嚴(yán)　麗

(滄洲市交通運(yùn)輸局　滄州　061000)

蘇通長江大橋主墩鋼套箱平臺(tái)設(shè)計(jì)施工

嚴(yán)麗

(滄洲市交通運(yùn)輸局滄州061000)

摘要以蘇通長江大橋主墩鋼套箱平臺(tái)的施工過程為依托，在實(shí)施前進(jìn)行了論證和比選，最終確立為鉆孔樁承臺(tái)基礎(chǔ)作為實(shí)施方案，并取得了成功。提出了蘇通長江大橋雙主墩投標(biāo)階段鋼套箱平臺(tái)方案的設(shè)計(jì)和施工過程，探討了鋼套箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造、整體浮運(yùn)、水中定位和體系轉(zhuǎn)換。

關(guān)鍵詞蘇通長江大橋主墩鋼套箱平臺(tái)設(shè)計(jì)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(chǔ)經(jīng)過1年多時(shí)間的論證和比選，最終確立為鉆孔樁承臺(tái)基礎(chǔ)?；A(chǔ)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：樁群密集，每基礎(chǔ)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(tái)為啞鈴型,每側(cè)平面尺寸50.55 m×48.1 m,中間由12.65 m×27.1 m系梁相連?；A(chǔ)施工的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高，要求樁垂度≤1/200，群樁及承臺(tái)平面偏差≤5 cm。因此，鋼護(hù)筒直徑不宜過大，護(hù)筒下沉要有嚴(yán)格導(dǎo)向約束，這一點(diǎn)必須著重加以關(guān)注。在選擇基礎(chǔ)施工方案時(shí)，提出了整體浮運(yùn)鋼套箱平臺(tái)和先平臺(tái)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(shí)施。先平臺(tái)后鋼套箱方案偏重于先期鉆孔平臺(tái)的建立和鋼護(hù)筒的下沉，這一時(shí)間無法規(guī)避長江洪水汛期，護(hù)筒導(dǎo)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(shí)間長，工作量巨大，投入的水上吊船相對(duì)也是較大的。整體浮運(yùn)鋼套箱平臺(tái)方案是將套箱和平臺(tái)合一，工廠整體制造、下水、浮運(yùn)、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(zhuǎn)換，該方案將比前者更具優(yōu)越性和先進(jìn)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(duì)工程有影響的不良天氣主要有：暴雨、雷暴、臺(tái)風(fēng)、大風(fēng)、大雪、霧等。對(duì)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(qiáng)度，高潮位主要受風(fēng)暴潮影響，在汛期臺(tái)風(fēng)和天文大潮遭遇時(shí)，出現(xiàn)高潮位，不同年份的高潮位不同，多年統(tǒng)計(jì)最大潮差4.01 m，平均潮差2.07 m。20年一遇設(shè)計(jì)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(jì)地層覆蓋，分布穩(wěn)定，從上至下為亞砂土、粉細(xì)砂、亞粘土夾粉砂、中粗砂、粉細(xì)砂、中粗礫砂、粘土及亞粘土、粉細(xì)砂。

2　鋼套箱設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)參數(shù)

浮運(yùn)、錨碇時(shí)設(shè)計(jì)水流速度2.0 m/s，鋼套箱渡洪水位+4.3 m，渡洪設(shè)計(jì)水流速度2.75 m/s；風(fēng)壓：浮運(yùn)時(shí)400 Pa，錨碇時(shí)700 Pa；施工荷載：龍門吊機(jī)自重240 t/臺(tái)，起重量120 t，鉆孔荷載1 000 t。

2.2設(shè)計(jì)工況

(1) 鋼套箱定位錨碇形成平面約束，通過錨墩對(duì)鋼套箱預(yù)施張拉力，此時(shí)最大流速產(chǎn)生的水流沖擊阻力與風(fēng)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(hù)筒上形成固定式平臺(tái)，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(jī)、鉆機(jī)在平臺(tái)上作業(yè)，外加施工荷載由所有的鉆孔樁鋼護(hù)筒承受(鉆孔作業(yè)的鋼護(hù)筒支承約束解除)。

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

2.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸

鋼套箱主墩基礎(chǔ)計(jì)算項(xiàng)目及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸見表1。

表1　鋼套箱主墩基礎(chǔ)設(shè)計(jì)尺寸表

2.4鋼套箱結(jié)構(gòu)

鋼套箱結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2　鋼套箱結(jié)構(gòu)

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(dá)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(tái)，滑道前沿水深8 m以上，制造平臺(tái)30 000 m2，配有75，50，20 t龍門吊機(jī)10臺(tái)，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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖，結(jié)合制造場地條件與能力，確定分6～8個(gè)分段，每段重量控制在700 t，各分段在拼裝臺(tái)組合成立體分段，各立體分段在總裝臺(tái)合龍。

4　鋼套箱下水、浮運(yùn)

(1) 鋼套箱下水前的準(zhǔn)備。進(jìn)行鋼套箱質(zhì)量驗(yàn)收和水密實(shí)驗(yàn)；滑道前端河床臨時(shí)疏浚，水深滿足要求；鋼套箱在滑道上剛浮起時(shí)，后端支點(diǎn)受力較大，事先采取加固措施；浮拖時(shí)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(hù)船航行；選擇四級(jí)以下風(fēng)力的某一風(fēng)平浪靜的小潮期進(jìn)行浮拖； 浮拖由1臺(tái)主拖船在前，2～4臺(tái)拖船輔助頂推及掌握浮拖方向，再派前后護(hù)航船只護(hù)航，確保浮拖安全。

(2) 浮拖路線。自蘇美達(dá)船廠下河水域啟航，經(jīng)夏仕港、護(hù)槽港、九龍港、南通港至南通市中遠(yuǎn)鋼結(jié)構(gòu)廠停泊，擇日再從中遠(yuǎn)鋼結(jié)構(gòu)廠拖運(yùn)至本橋址主墩處定位。

5　錨墩設(shè)計(jì)

(1) 設(shè)計(jì)說明。錨墩按水流速2.0 m/s設(shè)計(jì)，2.75 m/s檢算，并考慮往復(fù)水流；錨墩頂最大水平力已計(jì)入纜繩預(yù)拉力和潮位變化對(duì)錨繩受力的影響。

(2) 設(shè)計(jì)計(jì)算成果。錨墩主墩計(jì)算項(xiàng)目及設(shè)計(jì)尺寸見表2。

表2　錨墩主墩設(shè)計(jì)尺寸表

6　鋼套箱初定位

錨墩混凝土平臺(tái)上布置1臺(tái)可轉(zhuǎn)向直線型拉纜器和鋼絲繩，用于鋼套箱初定位，另安裝自動(dòng)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(biāo)高達(dá)+5. 5 m左右，在測量監(jiān)控下收緊拉纜器對(duì)套箱平面位置再次調(diào)整，拋設(shè)邊錨，以控制橫向位置及可能發(fā)生的擺動(dòng)，實(shí)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(shè)計(jì)

(1) 設(shè)計(jì)參數(shù)?；撅L(fēng)壓700 Pa，定位時(shí)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(jì)算。主墩結(jié)構(gòu)流速計(jì)算表見表3。

表3　主墩結(jié)構(gòu)流速計(jì)算表

7.2精確定位施工

自動(dòng)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(dāng)時(shí)機(jī)，各錨墩頂2臺(tái)自動(dòng)股絞千斤頂同時(shí)施加1 400 kN張拉力后固定。該千斤頂工作時(shí)始終處于電腦監(jiān)控下，以便及時(shí)補(bǔ)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(shí)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(fēng)力的作用。 鋼套箱平臺(tái)設(shè)置多臺(tái)大功率水泵，通過注水、排水來改變套箱的吃水深度，適應(yīng)潮位變化，保持鋼套箱頂面標(biāo)高相對(duì)穩(wěn)定。

8　鋼套箱由浮態(tài)到固定體系轉(zhuǎn)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(hù)筒，并下沉至-50.0 m或設(shè)計(jì)標(biāo)高位置[3]。鋼護(hù)筒下沉設(shè)下置式導(dǎo)向架，導(dǎo)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(dǎo)向架在高度方向有3層導(dǎo)向，分別支撐在頂層桁架上弦、下弦和底板桁架上。3層導(dǎo)向架處設(shè)滾動(dòng)導(dǎo)向裝置，并在水平方向設(shè)有彈簧，以微調(diào)鋼護(hù)筒平面位置。完成支承鋼護(hù)筒下沉后，及時(shí)安裝鋼護(hù)筒支承結(jié)構(gòu)。利用落潮，調(diào)整雙壁內(nèi)注水高度，使鋼套箱下沉至設(shè)計(jì)高程，并支承在24根(主3號(hào)墩為6根)支承鋼護(hù)筒上，實(shí)現(xiàn)鋼套箱垂直方向限位，形成固定平臺(tái)。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(shè)計(jì)標(biāo)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(duì)套箱內(nèi)水位進(jìn)行調(diào)整。此時(shí)，鋼套箱形成一個(gè)固定平臺(tái)，在固定平臺(tái)上下沉樁基鋼護(hù)筒，安裝支承結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)鋼套箱所有護(hù)筒支承的轉(zhuǎn)換。根據(jù)計(jì)算，24根鋼護(hù)筒下沉完成后，對(duì)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(jié)語

在長江上，特別有往復(fù)水流地域，超大體積高樁承臺(tái)基礎(chǔ)施工不多見，超大型鋼套箱結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)工廠化、整體化的設(shè)計(jì)施工理念具有前瞻性，值得推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]張文萍,蔡輝,徐凱峰.吳州大橋主墩承臺(tái)無底鋼套箱的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化,2010(1)：31-33.

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

[3]曾振海.深水基礎(chǔ)鋼套箱施工關(guān)鍵技術(shù)研究[D].長沙: 長沙理工大學(xué),2012.

收稿日期：2015-04-07

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.004