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        蘇通長江大橋主墩鋼套箱平臺設(shè)計施工

        2015-12-21 03:17:08嚴(yán)
        交通科技 2015年4期
        關(guān)鍵詞:蘇通鋼套主墩

        嚴(yán) 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(shè)計施工

        嚴(yán)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(chǔ)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(biāo)階段鋼套箱平臺方案的設(shè)計和施工過程,探討了鋼套箱結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造、整體浮運、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設(shè)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(chǔ)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(chǔ)?;A(chǔ)結(jié)構(gòu)特點: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,群樁及承臺平面偏差≤5 cm。因此,鋼護筒直徑不宜過大,護筒下沉要有嚴(yán)格導(dǎo)向約束,這一點必須著重加以關(guān)注。在選擇基礎(chǔ)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(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(zhuǎn)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??冢瑢匍L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(fēng)、大風(fēng)、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(fēng)暴潮影響,在汛期臺風(fēng)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(shè)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(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

        2.1設(shè)計參數(shù)

        浮運、錨碇時設(shè)計水流速度2.0 m/s,鋼套箱渡洪水位+4.3 m,渡洪設(shè)計水流速度2.75 m/s;風(fēng)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(shè)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(yù)施張拉力,此時最大流速產(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(jié)構(gòu)承受水頭差壓力。

        2.3結(jié)構(gòu)設(shè)計尺寸

        鋼套箱主墩基礎(chǔ)計算項目及結(jié)構(gòu)設(shè)計尺寸見表1。

        表1 鋼套箱主墩基礎(chǔ)設(shè)計尺寸表

        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(jié)構(gòu)設(shè)計圖,結(jié)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(zhǔn)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(fēng)力的某一風(fēng)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(yuǎn)鋼結(jié)構(gòu)廠停泊,擇日再從中遠(yuǎn)鋼結(jié)構(gòu)廠拖運至本橋址主墩處定位。

        5 錨墩設(shè)計

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

        (2) 設(shè)計計算成果。錨墩主墩計算項目及設(shè)計尺寸見表2。

        表2 錨墩主墩設(shè)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(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+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(shè)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(shè)計

        (1) 設(shè)計參數(shù)?;撅L(fēng)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(jié)構(gòu)流速計算表見表3。

        表3 主墩結(jié)構(gòu)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(dāng)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(fēng)力的作用。 鋼套箱平臺設(shè)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(yīng)潮位變化,保持鋼套箱頂面標(biāo)高相對穩(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根支承鋼護筒,并下沉至-50.0 m或設(shè)計標(biāo)高位置[3]。鋼護筒下沉設(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)滾動導(dǎo)向裝置,并在水平方向設(shè)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(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(shè)計標(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(jié)構(gòu),實現(xiàn)鋼套箱所有護筒支承的轉(zhuǎn)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(jié)語

        在長江上,特別有往復(fù)水流地域,超大體積高樁承臺基礎(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(shè)計與施工技術(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

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