嚴　麗

(滄洲市交通運輸局　滄州　061000)

蘇通長江大橋主墩鋼套箱平臺設計施工

嚴麗

(滄洲市交通運輸局滄州061000)

摘要以蘇通長江大橋主墩鋼套箱平臺的施工過程為依托，在實施前進行了論證和比選，最終確立為鉆孔樁承臺基礎作為實施方案，并取得了成功。提出了蘇通長江大橋雙主墩投標階段鋼套箱平臺方案的設計和施工過程，探討了鋼套箱結構設計、制造、整體浮運、水中定位和體系轉換。

關鍵詞蘇通長江大橋主墩鋼套箱平臺設計施工

蘇通長江大橋主跨1 088 m雙塔斜拉橋堪稱世界之最，雙主塔基礎經(jīng)過1年多時間的論證和比選，最終確立為鉆孔樁承臺基礎。基礎結構特點：樁群密集，每基礎由131根D2.5或D2.8 m變徑樁組成，梅花形布置,樁長130 m，入土深度120 m，承臺為啞鈴型,每側平面尺寸50.55 m×48.1 m,中間由12.65 m×27.1 m系梁相連。基礎施工的技術標準高，要求樁垂度≤1/200，群樁及承臺平面偏差≤5 cm。因此，鋼護筒直徑不宜過大，護筒下沉要有嚴格導向約束，這一點必須著重加以關注。在選擇基礎施工方案時，提出了整體浮運鋼套箱平臺和先平臺后鋼套箱2種可比方案。理論上講，2種方案各有利弊，也都可以實施。先平臺后鋼套箱方案偏重于先期鉆孔平臺的建立和鋼護筒的下沉，這一時間無法規(guī)避長江洪水汛期，護筒導向難以發(fā)揮作用，樁垂度不易保證；后期鋼套箱水上拼裝、焊接作業(yè)時間長，工作量巨大，投入的水上吊船相對也是較大的。整體浮運鋼套箱平臺方案是將套箱和平臺合一，工廠整體制造、下水、浮運、定位，將大量的套箱拼裝工作集中在工廠完成，只要處理好水中定位和浮態(tài)到固定的體系轉換，該方案將比前者更具優(yōu)越性和先進性。橋式布置見圖1。

圖1　橋式布置(單位：cm)

1　施工環(huán)境

蘇通大橋位于長江下游，臨近長江入?？?，屬長江沖積平原，對工程有影響的不良天氣主要有：暴雨、雷暴、臺風、大風、大雪、霧等。對工程影響最大的是長江雨洪徑流和潮汐。每年5～10月為汛期，11月到翌年4月為枯水期，洪峰多出現(xiàn)在6～8月份，1～2月份水位最低。潮汐中等強度，高潮位主要受風暴潮影響，在汛期臺風和天文大潮遭遇時，出現(xiàn)高潮位，不同年份的高潮位不同，多年統(tǒng)計最大潮差4.01 m，平均潮差2.07 m。20年一遇設計漲潮流速北主墩2.62 m/s、南主墩2.73 m/s，落潮流速北主墩2.75 m/s、南主墩2.89 m/s，河床高程北主墩-20.0 m、南主墩-15.0 m。河床一般沖刷2.4～4.7 m，20年一遇局部沖刷，北主墩21.2 m、南主墩22.6 m[1]。地質(zhì)主要由第四紀地層覆蓋，分布穩(wěn)定，從上至下為亞砂土、粉細砂、亞粘土夾粉砂、中粗砂、粉細砂、中粗礫砂、粘土及亞粘土、粉細砂。

2　鋼套箱設計

2.1設計參數(shù)

浮運、錨碇時設計水流速度2.0 m/s，鋼套箱渡洪水位+4.3 m，渡洪設計水流速度2.75 m/s；風壓：浮運時400 Pa，錨碇時700 Pa；施工荷載：龍門吊機自重240 t/臺，起重量120 t，鉆孔荷載1 000 t。

2.2設計工況

(1) 鋼套箱定位錨碇形成平面約束，通過錨墩對鋼套箱預施張拉力，此時最大流速產(chǎn)生的水流沖擊阻力與風力同向，由錨墩承受。

(2) 鋼套箱自浮克服自重，壓水下沉支承在支承護筒上形成固定式平臺，為克服潮差水位影響，超壓水產(chǎn)生的垂直力由支承樁承受[2]。

(3) 龍門吊機、鉆機在平臺上作業(yè)，外加施工荷載由所有的鉆孔樁鋼護筒承受(鉆孔作業(yè)的鋼護筒支承約束解除)。

(4) 封底混凝土灌注時，吊掛系統(tǒng)受力；抽水后雙壁結構承受水頭差壓力。

2.3結構設計尺寸

鋼套箱主墩基礎計算項目及結構設計尺寸見表1。

表1　鋼套箱主墩基礎設計尺寸表

2.4鋼套箱結構

鋼套箱結構見圖2。

圖2　鋼套箱結構

3　鋼套箱制造

(1) 制造場地選擇。鋼套箱制造場地位于橋址上游82 km的江蘇靖江市蘇美達船舶工程有限公司，該公司有1 200 m長江岸線，200 m×61 m下水滑道總裝臺，滑道前沿水深8 m以上，制造平臺30 000 m2，配有75，50，20 t龍門吊機10臺，有制造、下滑入水、浮拖1艘20 000 t浮船塢(80 m×50 m×31.5 m)至日本的經(jīng)歷，滿足鋼套箱制造、拼裝、下水條件。

(2) 制造方案。根據(jù)結構設計圖，結合制造場地條件與能力，確定分6～8個分段，每段重量控制在700 t，各分段在拼裝臺組合成立體分段，各立體分段在總裝臺合龍。

4　鋼套箱下水、浮運

(1) 鋼套箱下水前的準備。進行鋼套箱質(zhì)量驗收和水密實驗；滑道前端河床臨時疏浚，水深滿足要求；鋼套箱在滑道上剛浮起時，后端支點受力較大，事先采取加固措施；浮拖時除航道水深條件滿足要求外，將由海事部門派監(jiān)督船只前后護船航行；選擇四級以下風力的某一風平浪靜的小潮期進行浮拖； 浮拖由1臺主拖船在前，2～4臺拖船輔助頂推及掌握浮拖方向，再派前后護航船只護航，確保浮拖安全。

(2) 浮拖路線。自蘇美達船廠下河水域啟航，經(jīng)夏仕港、護槽港、九龍港、南通港至南通市中遠鋼結構廠停泊，擇日再從中遠鋼結構廠拖運至本橋址主墩處定位。

5　錨墩設計

(1) 設計說明。錨墩按水流速2.0 m/s設計，2.75 m/s檢算，并考慮往復水流；錨墩頂最大水平力已計入纜繩預拉力和潮位變化對錨繩受力的影響。

(2) 設計計算成果。錨墩主墩計算項目及設計尺寸見表2。

表2　錨墩主墩設計尺寸表

6　鋼套箱初定位

錨墩混凝土平臺上布置1臺可轉向直線型拉纜器和鋼絲繩，用于鋼套箱初定位，另安裝自動股絞千斤頂和鋼絞線，用以鋼套箱精確定位。在平潮段利用錨墩拉纜鋼絲繩收緊拉纜，在拖船幫助下橫向移入墩位。鋼套箱雙壁內(nèi)注水，使套箱頂面標高達+5. 5 m左右，在測量監(jiān)控下收緊拉纜器對套箱平面位置再次調(diào)整，拋設邊錨，以控制橫向位置及可能發(fā)生的擺動，實現(xiàn)套箱平面位置初定位。

7　鋼套箱精確定位

7.1精確定位系統(tǒng)設計

(1) 設計參數(shù)。基本風壓700 Pa，定位時最高水位+2.0 m，最大水流速2.0 m/s，檢算水流速2.75 m/s。

(2) 精確定位計算。主墩結構流速計算表見表3。

表3　主墩結構流速計算表

7.2精確定位施工

自動股絞千斤頂先施加初張拉力100 kN，以保證各鋼絞線受力均勻。選擇適當時機，各錨墩頂2臺自動股絞千斤頂同時施加1 400 kN張拉力后固定。該千斤頂工作時始終處于電腦監(jiān)控下，以便及時補拉調(diào)整。解除初定位鋼絲繩，鋼絲繩重新交叉布置成邊拉纜，同時通過下拉纜調(diào)整鋼套箱的垂直度，平衡水流渦流和橫向風力的作用。 鋼套箱平臺設置多臺大功率水泵，通過注水、排水來改變套箱的吃水深度，適應潮位變化，保持鋼套箱頂面標高相對穩(wěn)定。

8　鋼套箱由浮態(tài)到固定體系轉換

鋼套箱的平面、高程變位在控制的范圍內(nèi)，下插24根支承鋼護筒，并下沉至-50.0 m或設計標高位置[3]。鋼護筒下沉設下置式導向架，導向架與鋼套箱樁位頂層桁架內(nèi)框凈尺寸一致，高度為15 m(與套箱同高度)，放入樁位并座落在鋼套箱底板上，各導向架在高度方向有3層導向，分別支撐在頂層桁架上弦、下弦和底板桁架上。3層導向架處設滾動導向裝置，并在水平方向設有彈簧，以微調(diào)鋼護筒平面位置。完成支承鋼護筒下沉后，及時安裝鋼護筒支承結構。利用落潮，調(diào)整雙壁內(nèi)注水高度，使鋼套箱下沉至設計高程，并支承在24根(主3號墩為6根)支承鋼護筒上，實現(xiàn)鋼套箱垂直方向限位，形成固定平臺。根據(jù)橋位處最大日潮差2.0 m的特征，為使靠壓水下沉至設計標高的鋼套箱，不因漲潮而浮起，鋼套箱雙壁內(nèi)超壓2.0～3.0 m的水位，并定期根據(jù)河床水位、潮差變化對套箱內(nèi)水位進行調(diào)整。此時，鋼套箱形成一個固定平臺，在固定平臺上下沉樁基鋼護筒，安裝支承結構，實現(xiàn)鋼套箱所有護筒支承的轉換。根據(jù)計算，24根鋼護筒下沉完成后，對最大水流速產(chǎn)生的系統(tǒng)變位為1.2 cm，但為保證系統(tǒng)安全，該狀態(tài)下錨碇系統(tǒng)仍不拆除，在鉆孔樁完成部分成樁后，再予以拆除。

9　結語

在長江上，特別有往復水流地域，超大體積高樁承臺基礎施工不多見，超大型鋼套箱結構由現(xiàn)場按積木式程序施工不利于工期、質(zhì)量，施工難度也增大。這里提出將大型鋼結構工廠化、整體化的設計施工理念具有前瞻性，值得推廣。

參考文獻

[1]張文萍,蔡輝,徐凱峰.吳州大橋主墩承臺無底鋼套箱的設計與施工技術[J].交通標準化,2010(1)：31-33.

[2]金剛.深水橋梁樁基礎鋼吊箱圍堰施工技術研究[D].西安：長安大學,2011.

[3]曾振海.深水基礎鋼套箱施工關鍵技術研究[D].長沙: 長沙理工大學,2012.

收稿日期：2015-04-07

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.004