潘志明

(中鐵十九局集團(tuán)第四工程有限公司,內(nèi)蒙通遼 028000)

1 工程概況

陶樂黃河特大橋位于寧夏回族自治區(qū)北部,行政范圍屬于石嘴山市陶樂縣、平羅縣,以黃河為自然分界,河?xùn)|屬于陶樂縣,河西屬于平羅縣。橋梁設(shè)計全長1770m。全橋的跨徑組合為:(35×30+60+5×90+60+5×30)m=1 770m。主橋的跨徑組合為:(60+5×90+60)m,主橋為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。

39號、40號墩為水中大跨主墩,采用群樁承臺基礎(chǔ)。39號墩 14根鉆孔灌注樁,直徑 1.8m,40號墩 10根鉆孔灌注樁,直徑 1.8m,承臺平面均為八角形狀。39號墩承臺外形結(jié)構(gòu)最大平面尺寸為 1 685 cm×1 565 cm,頂面高程為 1 096.184 m,底面高程為1093.184m,承臺厚度為 3.0m。40號墩承臺外形結(jié)構(gòu)最大平面尺寸為 1 685 cm×1 100 cm,頂面高程為 1 093.497m,底面高程為 1 090.497m,承臺厚度為 3.0 m。陶樂黃河大橋主墩承臺采用雙壁鋼圍堰進(jìn)行設(shè)計施工(圖1)。

2 施工方案的確定

設(shè)計采用鋼套箱圍堰進(jìn)行承臺施工。考慮這種圍堰在水壓力作用下,只產(chǎn)生環(huán)向軸力,可不設(shè)內(nèi)支撐,因此能提供足夠的施工空間,鋼套箱圍堰的內(nèi)徑比承臺外徑稍大,在灌注承臺混凝土?xí)r,可作為承臺模板使用。另外,由于其截面可以導(dǎo)流,因此抗水流能力強(qiáng),對于流速較大的深水施工十分有利。

3 橋址處自然條件

3.1 水文條件

300年一遇最高水位1 099.96m,流量8 520m3/s,平均流速 1.26m/s;100年一遇最高水位 1 099.69m,流量 7 370m3/s,平均流速 1.21m/s;10年一遇最高水位 1099.17m,流量 4 900m3/s,平均流速 1.09m/s。汛期為 7、8、9三個月,平均每年 11月 24日至下一年 1月 14日為冰凌期,封河時水位較封河前水位平均上漲1.5～2.0 m。測時 (2003年 8月 22日)水位1096.95m。通航水位 1 099.17m(相當(dāng)于 10年一遇洪水位)。常水位 1097.77m(Q=1 050m3/s)。施工水位 1 098.684m。

3.2 地質(zhì)條件

主墩河床地質(zhì)條件自上而下依次為細(xì)砂、粉砂、亞黏土,細(xì)砂層為大橋的主要持力層。

3.3 河床沖刷

(1)河床高程:39號墩為 1 096.975m,40號墩為1094.460m。

(2)沖刷:一般沖刷,上層土壤平均粒徑 0.239 mm,一般沖刷后最大水深 9.12m;局部沖刷:群樁基礎(chǔ)取中層土壤平均粒徑 0.239mm,沖刷為 4.23m?？倹_刷深度:15.35m(包括 2m天然沖刷)。

4 鋼圍堰設(shè)計

4.1 設(shè)計參數(shù)

(1)設(shè)計荷載取值。流水?dāng)嗝嬖O(shè)計流速 1.21m/s;封底混凝土容重 23 kN/m3;水的容重 10 kN/m3;靜水壓力 10kPa;細(xì)砂容重 18 kN/m3。

(2)設(shè)計荷載組合。水平荷載:靜水壓力 +流水壓力 +土壓力 +其他;豎直荷載:鋼圍堰自重 +配重 +封底混凝土自重 +浮力 +其他。

(3)結(jié)構(gòu)參數(shù)取值。考慮施工 10 cm的誤差,鋼圍堰平面為圓形結(jié)構(gòu),雙壁鋼圍堰壁厚為 1.2m,39號墩鋼圍堰內(nèi)徑為 20.2m,外徑為 22.6m,刃腳高為 1.2 m,總體高度為 8.4m;40號墩鋼圍堰內(nèi)徑為 17.40m,外徑為 19.80m,刃腳高為 1.2m,總體高度為 12.0m。

4.2 強(qiáng)度計算(圖2)

圖2 封底抽水后鋼圍堰計算荷載模式

鋼圍堰吸泥下沉?xí)r,圍堰內(nèi)保持水面高程與圍堰外水位高程大致相同(邊射水邊吸泥)。圍堰下沉到設(shè)計高程,進(jìn)行水下混凝土封底,封底混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后,抽水進(jìn)行承臺施工,此時圍堰各桿件受力最大。計算結(jié)果見表1、表2。

表1 39號墩鋼圍堰最大受力計算結(jié)果 MPa

表2 40號墩鋼圍堰最大受力計算結(jié)果 MPa

4.3 鋼圍堰計算方法及模式

計算模型分析:將鋼圍堰面板所承受的水壓力轉(zhuǎn)化為節(jié)點力,節(jié)點力方向垂直于各構(gòu)件,按實際情況,桿件賦予了各自的材料特性,同時將豎向鋼箱模擬在模型中。計算內(nèi)容:鋼圍堰在水平水壓力、土壓力和浮力作用下,對鋼圍堰整體進(jìn)行計算,分析水平桁架、豎向桁架等。

由于具有顯著的抗病毒活性，脂氨基酸（lipoamino acids）已經(jīng)引起研究人員的重視。某些?；被嵫苌镆脖粓蟮揽梢砸种屏鞲猩窠?jīng)氨酸酶（influenza neuraminidase）[159]。一些Nα-棕櫚酰化的氨基酸/肽當(dāng)并入模型膜內(nèi)，會影響轉(zhuǎn)變溫度（transition temperature）（從雙層向六角聚集的轉(zhuǎn)變）。

約束條件:封底后鋼圍堰底為固接,水平桁架和豎向桁架節(jié)頭為固接。

4.4 鋼圍堰結(jié)構(gòu)布置(圖3、圖4)

圖3 39號墩雙壁鋼圍堰平面、立面(單位:cm)

圖4 40號墩雙壁鋼圍堰平面、立面(單位:cm)

39號墩雙壁鋼圍堰平面呈圓形,內(nèi)徑 20.2 m,外徑 22.6m,刃腳高為 1.2m,總體高度為 8.4m。根據(jù)起吊和運(yùn)輸能力,把鋼套箱在高度上分節(jié),除刃腳(高1.2m)外,分為 3節(jié),各節(jié)高均為 2.4m。鋼套箱在平面分成 8塊,各塊圓心角 45°,外弧長 8.875 m,內(nèi)弧長7.933m。鋼圍堰內(nèi)、外壁板和隔艙板厚度 δ=5mm;水平加勁肋 10mm×160mm,第一節(jié)至第三節(jié)豎向間距分別為 300、400、600mm;水平環(huán)形桁架弦板為 10 mm×200mm+16mm×110mm,腹桿為75mm×75 mm×6mm,水平環(huán)形桁架豎向間由第一節(jié)至第三節(jié)分別為 600、800、1 200 mm;豎向加勁肋63mm×63 mm×5mm,間距為 296mm(外壁板上)、264mm(內(nèi)壁板上);鋼套箱內(nèi)外壁板間設(shè)豎向桁架,弦桿75mm×75mm×6mm,腹桿63mm×63mm×5mm,節(jié)間長度為 1 200mm,豎向桁架間距為 4 438mm(外壁上)和3967mm(內(nèi)壁上);鋼套箱豎向設(shè) 8個隔艙,隔艙板板厚 δ=5mm,水平加勁肋63mm×63mm×5mm,豎向間距為 300、400、600mm。

40號墩雙壁鋼圍堰平面呈圓形,內(nèi)徑 17.40m,外徑 19.80m,刃腳高 1.2 m,總體高度 12.0m。根據(jù)起吊和運(yùn)輸能力,把鋼套箱在高度上分節(jié),分為 5節(jié),各節(jié)高均為 2.4 m。鋼套箱在平面分成 8塊,各塊圓心角 45°,外弧長 7.775m,內(nèi)弧長 6.833m。鋼圍堰內(nèi)、外壁板和隔艙板厚度 δ=5 mm;水平加勁肋 10mm×160mm,第一節(jié)至第三節(jié)豎向間距為 300 mm,第四節(jié)間距為 400mm,第五節(jié)間距為 600mm。水平環(huán)形桁架弦板第一、二節(jié)為 10mm×200mm,間距 600mm,第三、四節(jié)為 10mm×200mm+16mm×110mm,間距為600、800 mm,第五節(jié)為 10 mm×200mm,間距 1 200 mm;腹桿為75mm×75mm×6mm。水平環(huán)形桁架豎向間距第一、二、三節(jié)為 600mm,第四節(jié)為 800mm,第 5節(jié)為 1 200mm。豎向加勁肋63mm×63mm×5 mm,間距為 311mm(外壁板上)、273mm(內(nèi)壁板上);鋼套箱內(nèi)外壁板間設(shè)豎向桁架,弦桿75mm×75mm×6mm,腹桿63mm×63mm×5mm,豎向桁架設(shè)置在隔艙板中間,共有 8副;鋼套箱豎向設(shè) 8個隔艙,隔艙板板厚 δ=5mm,水平加勁肋63mm×63 mm×5 mm,豎向間距:第一 、二節(jié) 600mm,第三節(jié) 300mm,第四節(jié) 400mm,第五節(jié) 600mm。

5 鋼圍堰施工

鋼圍堰采用岸上分塊加工,通過水上運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)至墩位處,在水中平臺上焊拼。加工過程中嚴(yán)格控制質(zhì)量,實行工序控制,每完成一個工序的工作,經(jīng)檢驗合格后再進(jìn)行下一道工序的施工。加工完一節(jié)即在岸上進(jìn)行試拼裝,以減小加工過程中的人為誤差和累計誤差。鋼圍堰施工工藝流程見圖5。

圖5 鋼圍堰施工工藝流程

5.1 鋼圍堰吊裝塔架搭設(shè)

利用對稱的 4根鉆孔樁護(hù)筒(或在承臺范圍內(nèi)對稱地打設(shè) 4根鋼管樁)作為鋼圍堰起吊塔架基礎(chǔ),將護(hù)筒或鋼管樁接高,再在鋼護(hù)筒或鋼管樁上布設(shè)工字梁并在工字梁端頭設(shè)吊點用于起吊鋼圍堰。在吊裝塔架的工字梁的吊點上安裝 8臺容許起重量為 200 kN的倒鏈葫蘆作為起重設(shè)備。圍堰拼裝平臺搭設(shè)原鉆孔樁平臺上進(jìn)行改造,搭設(shè)鋼圍堰拼裝平臺,在拼裝平臺上加工、拼裝鋼圍堰。

吊裝塔架的吊裝設(shè)備為 8臺 200 kN倒鏈葫蘆,上端掛在工字梁的懸臂端的吊環(huán)上,下端掛在鋼圍堰上的吊環(huán)上,按鋼圍堰最大節(jié)重 1 500 kN,每個吊點的實際吊力為 187.5kN。

5.2 鋼圍堰的拼裝、下沉

5.2.1 拼裝

(2)鋼圍堰按序號逐塊連接拼裝接高,拼裝時必須以圍堰中心為對稱拼節(jié),保證鋼圍堰的整體穩(wěn)定及倒鏈葫蘆的均衡吊力。鋼圍堰接高完成后靠自重下沉到一定的深度時即不再下沉,這時就要給鋼圍堰增加配重使之克服浮力下沉到河床一定深度;增加配重的辦法是向鋼圍堰雙壁之間注水、填砂或者澆筑混凝土,使鋼圍堰及內(nèi)部填充體的重力大于鋼圍堰的浮力而繼續(xù)向河床下沉。在向鋼圍堰內(nèi)填充配重物時要保證配重均勻、鋼圍堰下沉均勻。

5.2.2 鋼圍堰吸泥下沉

鋼圍堰底部刃腳進(jìn)入河床后鋼圍堰開始下沉緩慢直至不再下沉,這時就要在鋼圍堰內(nèi)射水吸泥使其下沉到達(dá)設(shè)計高程。利用空壓機(jī)、吸泥泵、高壓射水裝置吸泥,在鋼圍堰雙壁間注水及灌注混凝土配重,使鋼圍堰緩慢下沉至設(shè)計高程。

5.2.3 鋼圍堰糾偏

鋼圍堰在配重下沉和內(nèi)部吸泥下沉過程中總是由于各種不均勻、不平衡因素而使鋼圍堰產(chǎn)生傾斜現(xiàn)象,在鋼圍堰的較高側(cè)內(nèi)部射水吸泥是糾正鋼圍堰傾斜現(xiàn)象的辦法。鋼圍堰在下沉過程中總是在邊下沉、邊測量、邊進(jìn)行射水吸泥糾偏,直至到達(dá)設(shè)計高程。

5.3 鋼圍堰封底

鋼圍堰下沉到位后,搭設(shè)封底平臺,采用剛性導(dǎo)管法灌注水下混凝土。39號墩封底凈面積為 285m2左右,厚度 2.5m,總方量為 720m3,根據(jù)導(dǎo)管的作用半徑和施工經(jīng)驗計算得出需要布設(shè) 13根導(dǎo)管;40號墩封底凈面積為 240m2左右,厚度 3.0m,總方量為 720 m3,根據(jù)導(dǎo)管的作用半徑和施工經(jīng)驗計算得出需要布設(shè) 10根導(dǎo)管?；炷僚浜媳戎袚郊泳從齽?混凝土初凝時間可達(dá) 24h左右。封底混凝土的澆筑順序為:先周邊,后中間。

6 雙壁鋼圍堰施工注意事項

(1)鋼圍堰及胎具制做的有關(guān)加工細(xì)節(jié)必須符合橋規(guī)中鋼結(jié)構(gòu)部分有關(guān)規(guī)定,對焊縫及輪廓尺寸須進(jìn)行嚴(yán)格檢查,以確保焊縫的焊接質(zhì)量。浮運(yùn)下水前必須做水密性試驗。

(2)拼裝平臺要保證水平。拼裝鋼圍堰時要保證圓曲線準(zhǔn)確、對正、垂直。鋼圍堰拼組時應(yīng)先將各塊點焊成型,待對其高度、傾斜度及結(jié)構(gòu)情況檢查簽證驗收合格后方可全面施焊。

(3)鋼圍堰下沉前進(jìn)行清基工作時,應(yīng)認(rèn)真探明河床地貌情況,以便最后確定鋼圍堰下沉著床方案。

(4)鋼圍堰下沉?xí)r注意:起重時注意 8個吊點時時保持同步,即保持鋼套箱的水平起吊。鋼圍堰放入水中后要時時保持鋼圍堰處于浮力小于重力狀態(tài),即要保持倒鏈葫蘆時時處于張力狀態(tài)。向鋼圍堰內(nèi)加配重時要保證對稱均勻施加。將鋼圍堰放入水中時,8臺倒鏈葫蘆要同步撤載,保證受力均勻、平穩(wěn)。鋼圍堰上接高時,隨著底層鋼圍堰的受力而不斷地、均勻地松弛倒鏈葫蘆,使鋼圍堰整體均勻地沉入水中。

(5)鋼圍堰下沉就位,在刃角處封堵后,由潛水員再次探測清基情況,以防基巖覆蓋物過多,影響封底效果。

(6)在澆筑水下封底混凝土前要精確探明基底各部位的高程,先澆筑低處的封底混凝土,以免高處導(dǎo)管內(nèi)混凝土往低處流淌造成導(dǎo)管底口脫空或埋入的厚度過薄,致使導(dǎo)管底口進(jìn)水發(fā)生質(zhì)量事故。并遵循從一側(cè)向另一側(cè)或從周圍向中間的原則,以免基底浮泥及封底頂面的浮漿集中在圍堰邊緣。同時在澆筑過程中,隨時測量澆筑高度,以防超澆或欠澆。

7 結(jié)語

陶樂黃河公路特大橋主墩承臺由于受局部沖刷和冰凌期等自然條件的影響,工期緊、施工難度大,經(jīng)過對圖紙、河床高程、水位高程及浪高的細(xì)致分析,結(jié)合實際情況和施工經(jīng)驗,采用雙壁圓形鋼圍堰進(jìn)行設(shè)計施工,大大縮短工期加快進(jìn)度。工期提前 20 d,且效益顯著。

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