位于美国明尼苏达州明尼阿波利斯市的第十大道桥建于1929年,并被列入国家历史遗址名录,其特色是七个标志性的拱门。该桥由著名的挪威裔美国工程师Kristoffer Olsen Oustad设计,是20世纪初在明尼阿波利斯-圣保罗建造的钢筋混凝土桥梁的典型,跨越密西西比河的高崖。 如今,这座桥也因其使用预埋混凝土构件为悬挂式工作平台提供连接点而闻名。目前,这些平台主要用于修复桥梁,但在未来也可以用于维护或桥梁检查,这也是现在鼓励桥梁所有者在设计中考虑的问题。混凝土嵌入并不新颖,然而,使用预埋嵌入式构件来附加专有的旋转悬挂点(RSP)组件是新颖的。2019年的时候,RSP组件曾在罗马尼亚的一个铁路高架桥修复项目(也是一个混凝土拱门)上证明了其在桥梁翻新、施工、检查、维护和维修活动中的价值。
位于美国明尼苏达州明尼阿波利斯市的第十大道桥建于1929年,并被列入国家历史遗址名录,其特色是七个标志性的拱门。该桥由著名的挪威裔美国工程师Kristoffer Olsen Oustad设计,是20世纪初在明尼阿波利斯-圣保罗建造的钢筋混凝土桥梁的典型,跨越密西西比河的高崖。
如今,这座桥也因其使用预埋混凝土构件为悬挂式工作平台提供连接点而闻名。目前,这些平台主要用于修复桥梁,但在未来也可以用于维护或桥梁检查,这也是现在鼓励桥梁所有者在设计中考虑的问题。混凝土嵌入并不新颖,然而,使用预埋嵌入式构件来附加专有的旋转悬挂点(RSP)组件是新颖的。2019年的时候,RSP组件曾在罗马尼亚的一个铁路高架桥修复项目(也是一个混凝土拱门)上证明了其在桥梁翻新、施工、检查、维护和维修活动中的价值。
老化后的多次修复
明尼苏达州的桥梁仍在老化,以第十大道大桥为例。
第十大道大桥,也曾称为雪松大道大桥(Cedar Avenue Bridge),于1989 年被列入国家史迹名录,标志着圣安东尼瀑布历史区的下游边界。
到20世纪初,明尼阿波利斯市已拥有多座密西西比河大桥。这些桥梁包括古老的马车桥、铁路桥、城市跨线桥以及更现代化的公路桥。这些基础设施大多集中在圣安东尼瀑布和市中心附近。市长对市中心的拥堵状况表示担忧,并担心随着城市的发展,拥堵状况只会越来越严重。为了解决这个问题,有人提议在明尼阿波利斯市核心区的东部边缘建造一座大桥。理论上,新桥将成为通往明尼阿波利斯市中心的绕行通道。它还有助于连接市中心东北部和东南部的一些新兴工业区。最后,新桥将成为新建的德卢斯高速公路(即今天的 US-8,I-35W 紧随其后)的良好连接点。
大桥于1924年获准修建,并于1926年最终确定了修建计划。引桥于1923年至1926年间建成。在建造主桥结构时,多家公司参与了竞标。明尼阿波利斯市也参与了竞标。事实上,明尼阿波利斯市最终中标。
竣工后的大桥全长2921英尺。其中包括两个跨度为265-1/2英尺的主拱,两个跨度为93英尺的较小侧拱,以及一些较小的混凝土梁跨。主拱的垂直净空距离密西西比河 110 英尺,是当时明尼阿波利斯市最高的桥梁。
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图1 2007年8月I-35W大桥倒塌几天后拍摄的第十大道大桥
雪松大道大桥在近40年的时间里一直发挥着它的作用。到20世纪60年代中后期,该桥亟需进行大修。与此同时,I-35W州际公路的新密西西比河渡口桥也正在建设中。这座新桥于1967年投入使用。在修建新的I-35W州际公路的过程中,I-94州际公路和密西西比河之间的街道发生了很大的变化。雪松大道大桥的南端不再连接第十大道。相反,大桥的引桥向东弯曲,从而与南第十九大道相连。北端也做了类似的改变,不再与约翰逊街相连。
为配合新的I-35W州际公路的建设,雪松大道大桥于1967年年底关闭,新的I-35W州际公路大桥成为正式的绕行线路。1971年,横跨密西西比河的I-35W州际公路建成通车。当时,明尼阿波利斯市决定对雪松大道大桥进行大规模重建。引桥将重新设计,以适应新的街道走向。主跨将被拆除。一些引桥将被较小的混凝土拱门取代,而另一些引桥将被填平或拆除。这样一来,大桥的长度缩短了约800英尺,但由于采用了更小的拱跨,因此更加美观。主跨得到修复,并安装了新的加宽交通桥面。这样,河上就有了4条车道和两条人行道。1976年重新开放时,大桥更名为第十大道大桥,以反映新的街道走向。由于大桥的设计是钢筋混凝土拱桥黄金时代最高形式的典范,因此被列入国家历史名胜。
1967年,位于第十大道大桥上游的I-35W大桥倒塌后,第十大道大桥于2007年8月1日关闭,当年8月底又重新开放,为双车道桥梁,向所有车辆开放,并设有专用自行车道。施工人员在桥的西侧安装了链条,并在桥的一侧设置了行人观赏区,以便人们观看I-35W新圣安东尼瀑布大桥的施工。新的I-35W大桥于2008年9月竣工。明尼阿波利斯市于2008年10月1日拆除了围栏和路障,将大桥恢复为四车道。在新的I-35W大桥施工期间,观景区受到了广泛欢迎和使用。
经济实用的预埋件
预埋件在预制混凝土行业中有多种用途:结构连接、固定搬运硬件、锚固模板、管道或其他支撑。在第十大道大桥上,预埋件是一种低成本的专有产品(可从多家制造商处购买),由一个直径为1.25英寸的数控螺纹套圈组成,焊接在支撑杆上,然后将支撑杆焊接到盘绕的钢丝上,形成一个剪力锥,以提高混凝土的拉伸和剪切能力。专有的 RSP 组件使用直径为1.25英寸的全螺纹杆固定在NC螺纹预埋件上。必须指定螺纹杆的材料,以满足所需的负载标准。项目结束后,第十大道大桥上的旋转组件会被拆除,但预埋锚固件会被保留下来,供将来需要进入大桥进行检查、维护、修理、翻新或防坠时使用。建议打算重新使用的锚固件在不使用时用金属或塑料紧固件塞住,以防止腐蚀或结垢。
确定混凝土预埋件和全螺纹杆的承载能力是一项挑战。多种用途需要遵守多种规范。例如,建筑工作平台的安全系数和荷载标准要求与模板连接、防坠系统、栏杆(永久或临时)或管道支撑不同。必须考虑的其他因素包括混凝土强度、特定制造商的插入件能力、插入件间距以及边缘距离。
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图2 在铺设新的第十大道大桥桥面之前, 将预埋件用箭头表示)用钢丝带固定在桥面板钢筋上
最重要的是,持证工程师必须设计和说明混凝土预埋件的抗剪和抗拉能力以及预期用途。这些能力和用途必须成为项目文件(计划和规格)的一部分,在某些情况下,可能需要根据适用的职业安全与健康管理局标准进行标注。
明尼阿波利斯市第十大道大桥的修复项目包括:更换桥面和混凝土栏杆、修补桥墩和拱门、更换和修补老化的横梁和横梁柱、对拱肋进行防腐蚀处理和新的表面处理。
承包商最初要求使用专有的悬挂式通道系统为第4跨和第5跨设计工作平台。由于该通道系统的承载能力,承包商能够同时安排多达30人在多个楼层工作。由于效率高,项目范围扩大到包括另外三个跨度的检修平台。
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图3 在现浇桥面上可以使用数百个预埋混凝土件
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图4 一种创新的专有旋转悬点组件
由于施工进度的限制,第5跨的现有桥面仍保持原样。在这种情况下,在桥面上钻孔,以便悬挂链条穿过。由于第3跨和第4跨的新桥面混凝土是在拱桥修复之前浇筑的,因此承包商能够安装320个混凝土嵌入件,而无须在新桥面或拱顶上钻孔安装后置锚。桥面完工后,将RSP组件连接到安装在预埋件中的螺纹杆上。工程结束后,RSP组件和螺纹杆被拆除,但预埋件仍保留在桥面下部,以满足未来的检修需要。
混凝土预埋件仅增加少量材料成本,只需几分钟即可完成安装,并可避免后置锚固件所需的钢筋干扰以及某些监督安装和检查要素等问题。在这种情况下,由于省去了钻孔和补孔的时间(每个孔约需一小时),使用320个混凝土预埋件为项目节省了约25万美元,并加快了施工进度。
由于混凝土预埋件在该项目中的优势得到了充分体现,因此在距离该项目仅7个街区的第三大道大桥(另一座标志性拱桥)上也采用了类似的解决方案。
在第十大道大桥上,成功的解决方案也可用于未来的修复或维护活动。如果要重新使用预埋件,应在使用前确认预埋件的状况及其可用容量。
本文刊载 / 《大桥养护与运营》杂志
2024年 第1期 总第25期
作者 / Doug Knapp(美) 等
资料来源 / ASPIRE杂志及相关网站
编译 / 裴小吟
美编 / 赵雯
审校 / 李天颖 裴小吟 廖玲