謝支鋼 張家宇 李澐瓏 楊明秀 黃貴明 呂 寧

（1.宜昌市夷陵區(qū)公路管理局 宜昌 443100；2.宜昌市虹源公路工程咨詢監(jiān)理有限公司 宜昌 443000；3.中鐵十八局集團(tuán)有限公司 天津 300220）

三峽庫(kù)區(qū)百歲溪大橋全長(zhǎng)368.0 m，設(shè)計(jì)橋型為95m＋170m＋95m 連續(xù)剛構(gòu)橋，橋梁全寬10.0m。下構(gòu)主墩采用雙薄壁形式，墩高39m，主墩承臺(tái)尺寸為順橋向12.4m，橫橋向10.5m，承臺(tái)高4m，主墩設(shè)置4根直徑2.5m 的鉆孔樁，樁長(zhǎng)37m。在每年的10月初至次年的3月底，庫(kù)區(qū)水位在175m，4月初至9月底，庫(kù)區(qū)水位在175m～145m～175m 漲落，在汛期7月至8月初，庫(kù)區(qū)水位在145～160m，漲落頻繁，日最大漲落3.0m。

1 浮動(dòng)平臺(tái)和龍門(mén)吊的制作

浮動(dòng)平臺(tái)采用2 艘600t駁船拼接而成，間距15.5m，在每艘駁船承重梁上順船向鋪2條寬30cm、厚10mm 的鋼板，鋼板上面鋪縱梁（縱梁由I40b工字鋼組成），焊接穩(wěn)定。在縱梁上搭設(shè)6條貝雷梁，貝雷梁與駁船縱梁采用U 形扣接，在貝雷梁上鋪設(shè)間距1.3m22b工字鋼做平臺(tái)分配梁，分配梁上滿鋪竹跳板形成鉆孔平臺(tái)［1］。在船頭、船尾的橫向貝雷梁間搭設(shè)豎向貝雷梁架，高1 2m，在豎向貝雷梁上再搭設(shè)加強(qiáng)型貝雷梁形成2個(gè)龍門(mén)架，做龍門(mén)吊基礎(chǔ)軌道，設(shè)計(jì)龍門(mén)吊吊重50t，吊高12m。根據(jù)樁間距及鉆機(jī)的尺寸，每個(gè)承臺(tái)安排2臺(tái)鉆機(jī)對(duì)角進(jìn)行鉆孔，見(jiàn)圖1。

圖1 浮動(dòng)平臺(tái)操作圖

2 浮動(dòng)平臺(tái)錨碇系統(tǒng)

浮動(dòng)平臺(tái)錨碇系統(tǒng)由混凝土錨塊、錨桿（岸上）、鋼絲繩、卷?yè)P(yáng)機(jī)等組成。錨碇分為主錨、岸錨及安全錨。錨碇系統(tǒng)是6個(gè)混凝土錨塊和4個(gè)岸錨，每個(gè)混凝土錨塊重15t，岸上設(shè)置4臺(tái)岸錨，其中2個(gè)為方向錨，另2個(gè)為安全錨。岸錨采用機(jī)械鉆孔入巖，并用直徑30 mm 鋼筋做膨脹錨桿，深約3m。選用鋼絲繩直徑22mm、長(zhǎng)約250 m 的8t可調(diào)速卷?yè)P(yáng)機(jī)。錨碇系統(tǒng)按4個(gè)方向8個(gè)錨繩固定，基本按“井字型”布置，見(jiàn)圖2［2］。

圖2 浮動(dòng)平臺(tái)錨碇示意圖

3 錨碇系統(tǒng)的數(shù)值解法

浮動(dòng)平臺(tái)在某一水位就位后，錨碇系統(tǒng)形成，但由于水位變化，卷?yè)P(yáng)機(jī)松動(dòng)鋼絲繩，浮平臺(tái)產(chǎn)生位移，這時(shí)通過(guò)8個(gè)方向的卷?yè)P(yáng)機(jī)的松放，逐步調(diào)整浮動(dòng)平臺(tái)的位置，使位于新水位時(shí)的浮平臺(tái)準(zhǔn)確就位。而采用這種一邊測(cè)量一邊調(diào)整的方法往往使浮平臺(tái)左右擺動(dòng)，前后移動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)操作4～5d還難以準(zhǔn)確就位。

為解決這一施工難題，假設(shè)浮動(dòng)平臺(tái)在某一水位準(zhǔn)確就位后，錨碇系統(tǒng)平衡，取其中一塊錨碇為例進(jìn)行分析。設(shè)錨塊至卷?yè)P(yáng)機(jī)水平距離為200 m，卷?yè)P(yáng)機(jī)至錨塊高程差為25 m，卷?yè)P(yáng)機(jī)拉力為T(mén)，錨塊重10t，欲求得錨碇系統(tǒng)在新的水位時(shí)浮平臺(tái)的水平位置不變，豎直位置變化后，該錨定鋼絲繩通過(guò)長(zhǎng)度收放，達(dá)到浮動(dòng)平臺(tái)垂直移動(dòng)而不

發(fā)生水平位移。計(jì)算模式見(jiàn)圖3。

圖3 計(jì)算模式圖

解法如下。設(shè)水底是水平的，水深為h，錨鏈固定于o點(diǎn)。設(shè)錨鏈位于一垂直平面內(nèi)，不考慮錨鏈的三維變形；水流沒(méi)有垂直分量，水平流速也位于錨鏈所在平面內(nèi)，且流速大小恒定，不隨水深變化。設(shè)o點(diǎn)處錨鏈的張力為T(mén)0，力的作用線與x 軸成α 角，其水平分力記為R；系船處張力為T(mén)1，其力的作用線與水平方向的夾角記為β，T1在水平方向上的分力即為船舶的錨泊力，見(jiàn)圖4。

圖4 鋼絲繩受力分析圖

錨鏈單位長(zhǎng)度在水中的重量為q，水面上的部分鏈長(zhǎng)度較短，其單位長(zhǎng)度自重近似為q，懸鏈線部分長(zhǎng)度為L(zhǎng) 。在有錨鏈臥底的情況下，即在懸鏈線方程特例情況下，該坐標(biāo)系原點(diǎn)相當(dāng)于建立在臥底直線和懸鏈線的分界處。可以求出一般狀態(tài)下的懸鏈線方程［3］：

懸鏈線的長(zhǎng)度為：

在本題中，系船處張力T1保持不變，小于50 kN，不妨設(shè)為40kN。錨泊力R 決定了懸鏈線方程中的重要參數(shù)a。

對(duì)式（1）求導(dǎo)有

在x＝200m 處

綜上有，式（1）確定了方程f（y，a，α）＝0，式（3），（4），（5）確定了另一個(gè)方程g（a，α）＝0。只要將垂直高度y 值帶入再聯(lián)立這兩個(gè)方程組即可解出參數(shù)a 和α，繼而代入到式（2），算出鏈長(zhǎng)。

在初始條件下，x＝200m，y＝25m，T1＝50 kN。當(dāng)錨鏈夠長(zhǎng)，錨干水平貼地，即起錨角α＝0時(shí)，可將α，x，T1帶入計(jì)算，這時(shí)y＝12.4m＜25 m，說(shuō)明此時(shí)有起錨角。已知條件為x＝200 m，y＝25m，T1＝50kN，利用計(jì)算機(jī)容易求出α0＝0.0779°，a＝2142.4。再帶入式（2）求出初試狀態(tài)下錨鏈長(zhǎng)度為L(zhǎng)0＝201.63m。

如此反復(fù)帶入垂直高度y值，即可求出各個(gè)高度下錨鏈長(zhǎng)度L，相減即可算出放鏈長(zhǎng)ΔL與垂直高度y之間的關(guān)系，并做出函數(shù)圖，見(jiàn)表1，圖5、圖6。

圖5 張力40kN 時(shí)的放鏈長(zhǎng)與垂直高函數(shù)圖

由圖5、圖6可見(jiàn)，鋼絲繩的水平張力對(duì)在同一垂直高度下的放鏈長(zhǎng)度影響數(shù)據(jù)不大。

4 平臺(tái)位置調(diào)整方法

（1）主動(dòng)掌握水位變化情況，每天根據(jù)三峽官網(wǎng)的水位變化做好記錄，同時(shí)在靠岸邊設(shè)置一個(gè)水位尺，隨時(shí)觀察水位變化，并做好記錄。

（2）根據(jù)每個(gè)錨碇系統(tǒng)的放鏈長(zhǎng)ΔL與垂直高度y之間的函數(shù)關(guān)系圖，在對(duì)應(yīng)的垂直高區(qū)間，采用內(nèi)插法計(jì)算。

（3）在第一次浮平臺(tái)錨碇系統(tǒng)的卷?yè)P(yáng)機(jī)端頭鋼絲繩做好初始標(biāo)識(shí)，根據(jù)漲落情況直接松放和拉緊每個(gè)錨碇的放鏈長(zhǎng)度，浮平臺(tái)水平位置不變。

5 結(jié)論

（1）采用放張鋼絲繩的方式，將浮平臺(tái)測(cè)量－就位－復(fù)測(cè)的調(diào)整過(guò)程簡(jiǎn)化，方便及時(shí)準(zhǔn)確調(diào)整浮動(dòng)平臺(tái)位置，這種思路值得在今后同類施工中借鑒。

（2）通過(guò)建立錨碇系統(tǒng)每根鋼絲繩一般狀態(tài)下的懸鏈線方程，求解鋼絲繩的鏈長(zhǎng)與高度的關(guān)系，在施工過(guò)程中，根據(jù)計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行控制定位，實(shí)踐證明，所做的計(jì)算假定與工程實(shí)踐符合較好，能達(dá)到施工所要求的精度。

表1 放鏈長(zhǎng)ΔL 與垂直高度y計(jì)算表

圖6 張力30kN 時(shí)的放鏈長(zhǎng)與垂直高函數(shù)圖

（3）本工程位于三峽庫(kù)區(qū)，風(fēng)浪小，文中建立模型時(shí)未考慮水力、風(fēng)力的影響，適用范圍有限。若風(fēng)浪較大時(shí)，則需考慮水流動(dòng)力及風(fēng)力作用影響，情況更加復(fù)雜，該假定及由此推導(dǎo)的方程將會(huì)發(fā)生改變。

［1］涂長(zhǎng)平.浮動(dòng)式平臺(tái)鉆孔樁施工工法［J］.西部探礦工程，2002（Z1）：59－61.

［2］彭 程，孫春梅，劉仲平，等.一種新型SPAR 平臺(tái)系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)［Z］.第十四屆中國(guó)海洋（岸）工程學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集：上冊(cè).中國(guó)會(huì)議，2009（8）：60－63.

［3］王 丹，劉家新.一般狀態(tài)下懸鏈線方程的應(yīng)用［J］.船海工程，2007，36（3）26－28.