李益

【摘要】 鋼套箱圍堰技術(shù)是水中承臺施工的關(guān)鍵技術(shù)，本文結(jié)合實際工程環(huán)境對水中鋼套箱圍堰施工技術(shù)中的平臺搭設(shè)及封底混凝土經(jīng)濟厚度進行分析，總結(jié)幾點施工技術(shù)方法以供大家借鑒和參考。

【關(guān)鍵詞】 鋼套箱圍堰 棧橋 鋼平臺 封底 施工技術(shù)

1 工程概況

福建某跨江大橋，瀕臨入?？?，起訖樁號為K9+267～K10+078，路線總長為811m。主橋采用雙塔雙索面混合梁斜拉橋，主跨徑組合為135m+300m+135m=570m，組合梁斜拉橋主跨300m。主墩4#、5#兩個承臺為啞鈴型，承臺平面尺寸為28.6m×17.2m+9m×21.5m+28.6m×17.2m，厚度為6m，單承臺C40海工混凝土數(shù)量約為7064m3，鋼筋1072t。

2 棧橋施工

該項目位于主航道上，施工期間不斷航，所以棧橋不能拉通架設(shè)，左右岸分別沿橋向左側(cè)架設(shè)棧橋及承臺施工平臺，棧橋?qū)挾?m，使用凈寬6.83m，荷載按公路一級設(shè)計，主要用于建筑輔材、鋼筋及混凝土運輸?shù)取ｄ摪鍢恫捎肣235?800×8mm，間距為4m，縱向跨度15m，每5跨布置6根板凳式橋墩，采用150T浮吊，DZ90型振動錘振動施工鋼板樁到設(shè)計標(biāo)高，樁間采用?320×6mm鋼管連接以增加棧橋整體穩(wěn)定性。棧橋自下而上為樁頂橫梁、貝雷梁、次梁、面板。面板采用倒扣[25a，橫橋向間距30cm；沿縱橋向鋪設(shè)I16次梁（分配梁）間距75cm；“321”貝雷梁架設(shè)在樁頂橫梁上，樁頂橫梁采用2I56a，長9m。施工完成后再安裝1.2m高欄桿，欄桿內(nèi)側(cè)布置水管、通訊和電線槽等，邊線與橋梁投影間距為3m。為滿足溫度收縮要求，每105m設(shè)置溫度收縮縫一道。

3 鋼平臺搭設(shè)

該項目采用樁基施工鋼平臺兼做套箱圍堰底板這一特殊設(shè)計，既能縮短工期又減少投入。在承臺樁基兩側(cè)橫橋向搭設(shè)兩榀棧橋作為樁基鋼板樁施工先期平臺，布置一臺80噸龍門吊進行樁基平臺施工，龍門吊寬40m，高28m。該項目樁基全部為水下鉆孔灌注樁，鋼護筒采用龍門吊配合DZ180型振動錘進行施工，利用大跨度桁架式雙層導(dǎo)向架進行護筒導(dǎo)向定位，鋼護筒分兩節(jié)下沉，第二節(jié)頂上15m范圍采用鋼護筒專門定制帶肋鋼板直接螺旋卷成鋼護筒，鋼板厚度25mm，鋼板采用Q345C鋼，內(nèi)側(cè)肋條肋高不小于2.5mm，肋距不大于40mm，肋條與水平線夾角不大于40度。護筒外側(cè)在設(shè)計封底段上下各延伸50cm范圍內(nèi)焊制鋼肋條，肋距間距控制在10cm內(nèi)，肋條與水平線夾角不大于40度，帶肋護筒可以有效增加封底混凝土握裹力。插打結(jié)束后進行平臺上部施工，在鋼護筒下方焊接?630×6mm鋼管上下平面支撐系統(tǒng)，雙拼32槽鋼和20槽鋼作為剪刀撐，鉆孔平臺上部結(jié)構(gòu)有主龍骨、次龍骨、面板加勁肋，綜合統(tǒng)籌后期鋼套箱功能，利用樁基平臺兼做套箱圍堰底板。

3 封底混凝土厚度計算

封底混凝土是承臺進行干施工的關(guān)鍵工序，既要滿足施工要求又要節(jié)省投入，節(jié)約資源，控制工期。該項目樁徑2.8m，中心間距5m，34根樁基。承臺底高程-1.5m，海床泥面標(biāo)高-7.6m，4-6月最大潮水位3.5m，最低-1.5m。全年平均高潮位2.8m，平均低潮位-1.4m，平均流速1.5-2m/s，低潮位時為半露水承臺，可以作為最經(jīng)濟封底混凝土厚度研究對象，從業(yè)主投資、措施費控制及施工難度方面都能起到很好的參考作用，相比深水承臺更容易優(yōu)化施工方案。

為避開臺風(fēng)期，鋼套箱下沉及封底混凝土施工時間安排在4-6月，承臺施工安排在5-8月。參考蘇通大橋鋼護筒和混凝土握裹力實驗研究，考慮帶肋鋼板護筒握裹力較普通鋼板增加，綜合考慮握裹力取值160KN/m2（小于C20極限彎曲抗拉強度，滿足橋涵混凝土設(shè)計規(guī)范）；但施工期間鋼護筒長期受海水浸泡，封底之前派潛水員對握裹部分進行清洗和鋼刷。本例基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：海水γ水=10.25KN/m3，封底素混凝土γ素砼=23KN/m3，承臺混凝土γ臺砼=25KN/m3，鋼套箱自重約14000KN，承臺底面積1177.34m2，扣除34根鋼護筒面積216.79m2，封底混凝土凈面積960.55m2，鋼套箱外圍直徑2.850m，單根鋼護筒外圍周長3.14×2.85=8.95m，浪高按0.5m計。

3.1 工況分析求解最佳封底混凝土厚度

1） 第一次封底混凝土澆筑后，吊箱抗浮穩(wěn)定性計算，高潮位時，吊箱存在上浮可能（此時不計算懸吊系統(tǒng)和反壓系統(tǒng)受力），假設(shè)封底混凝土厚度為H1，總封底厚度加20cm抹平層，鋼套箱自重GW1=14000KN，封底混凝土重量GF1=23×H1×960.55KN，套箱受到浮力F浮1={4.0-（-1.5-H1-0.2）}×10.25×960.55KN，鋼護筒握裹力F1=160×8.95×H1×34KN。則此工況抗水浮安全系數(shù)為f1=F1/（F浮1-GW1-GF1），其中F1>（F浮1-GW1-GF1）鋼套箱處于穩(wěn)定狀態(tài)，f1>48688H1/（42120.15-12247.01H1），按臨界點求解H1>0.69m。從函數(shù)關(guān)系分析，隨著H1增大，f1也隨之增大。

2）對施工期間實測低潮位-1.5m工況進行計算（此時封底混凝土底位于水下），假設(shè)封底混凝土厚度為H2，吊箱可能下落。鋼護筒握裹力F2=160×8.95×H2×34KN，封底混凝土重量GF2=23×H2×960.55KN，F(xiàn)浮2={-1.5-（-1.5-H2-0.2）}×10.25×960.55KN，套箱自重不變，則抗滑落安全系數(shù)f2=F2/（GW1+GF2-F浮2），其中F2>（GW1+GF2-F浮2）鋼套箱處于穩(wěn)定狀態(tài)，f2>48688H2/（12030.87+12247.01H2），求解H2>0.33m。從函數(shù)關(guān)系分析，隨著H2增大，f2也隨之增大。

3）求解最佳封底厚度，根據(jù)兩種工況安全系數(shù)函數(shù)關(guān)系，當(dāng)封底厚度H增大到一個值時，無論在高潮位還是低潮位，套箱在兩種工況下都處于穩(wěn)定。安全系數(shù)相等即f1=f2>1.0，此時可求得最佳最經(jīng)濟混凝土厚度。即：（42120.15-12247.01H）=（12030.87+12247.01H），得出H=1.23m。安全系數(shù)f1=f2=2.21，

3.2 驗算鋼套箱受力情況

取封底混凝土1.5m計算，先澆筑1.3m，待水抽干后清除表面浮漿雜物，做20cm抹平處理。

按1.3m驗算安全系數(shù)f1=F1/（F浮1-GW1-GF1）=2.41；f2=F2/（GW1+GF2-F浮2）=2.26。驗算滿足設(shè)計要求。

3.3 分析第一次承臺砼澆筑最大厚度

按澆筑第一層1.3m厚度封底混凝土計算，抽水后做20cm抹平，計算第一層最大承臺混凝土澆筑厚度，最不利工況為低潮位（不考慮懸吊系統(tǒng)）。假設(shè)澆筑承臺厚度為H承，抗滑計算式f3=（F3/（GW1+GF3+G承-F浮3），F(xiàn)3=160×8.95×1.5×34=73032KN。GF3=23×1.5×960.55=33138.98KN，G承=1177.34×H承×25=29433.5H承KN，F(xiàn)浮3=1.5×10.25×960.55=14768.46KN，取抗滑安全系數(shù)為1.0，此時承臺澆筑最大厚度為1.38m。

在這個基礎(chǔ)上，利用懸吊系統(tǒng)、吊桿和反壓牛腿等組件提供的承載力單獨驗算超過首次承臺澆筑最大厚度的承臺重量，并可視實際情況加大抗滑和抗浮安全系數(shù)進行懸吊、反壓等組件受力分析和設(shè)計。

4 結(jié)語

在本工程實際施工中，按照施工組織設(shè)計采用了鋼平臺兼做套箱底板工藝，鋼護筒封底段外側(cè)焊制帶肋條施工技術(shù)要點，并按160KN/m2取值混凝土與鋼護筒間握裹力進行了受力驗算，最終確定封底混凝土厚度1.5m，順利、安全、快速完成了水中承臺施工，為類似項目安全施工提供了寶貴的工程實踐經(jīng)驗。

參考文獻

[1]楊紅，任回興，方俊 .蘇通大橋承臺封底混凝土與鋼護筒間握裹力實驗與研究[B].公路，2008.

[2]方詩圣，丁仕洪.鋼圍堰封底混凝土與樁基鋼護筒間的粘結(jié)力研究[A].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2009.

[3]建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范.中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 中國建筑工業(yè)出版社 .北京，2012.

[4]公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范.中交第一公路工程局有限公司. 人民交通出版社， 2011.