章耀林

(中國(guó)鐵建大橋工程局集團(tuán)有限公司，天津300300)

公安長(zhǎng)江公鐵兩用特大橋3號(hào)墩雙壁鋼吊箱圍堰設(shè)計(jì)

章耀林

(中國(guó)鐵建大橋工程局集團(tuán)有限公司，天津300300)

公安長(zhǎng)江公鐵兩用特大橋主橋?yàn)?98+182+518+182+98)m的雙塔雙索面鋼桁梁斜拉橋，其3#橋塔墩采用變直徑鉆孔摩擦樁基礎(chǔ)。3#墩基礎(chǔ)施工采用雙壁鋼吊箱圍堰方案。圍堰為圓端形結(jié)構(gòu)，尺寸為68.2 m(長(zhǎng))×40.0 m(寬)×23.5 m(高)，分2節(jié)，底節(jié)高18.0 m，頂節(jié)為單壁，雙壁厚2.0 m。該圍堰的設(shè)計(jì)充分考慮了其建造、運(yùn)輸和運(yùn)營(yíng)階段的主要工況，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)反饋的情況對(duì)圍堰結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)修改和檢算。計(jì)算結(jié)果和工程實(shí)踐均表明圍堰結(jié)構(gòu)合理、可靠。

公鐵兩用橋;斜拉橋;樁基礎(chǔ);鋼吊箱圍堰;設(shè)計(jì)

1　工程概況

公安長(zhǎng)江公鐵兩用特大橋位于湖北省荊州市，大橋由江陵縣向南跨越長(zhǎng)江連接公安縣。公安長(zhǎng)江公鐵兩用特大橋上層為設(shè)計(jì)時(shí)速100 km/h雙向4車道高速公路，下層為國(guó)鐵雙線I級(jí)鐵路，全長(zhǎng)6 317.822 m。其中主橋?yàn)?98+182+518+182+98)m的雙塔雙索面鋼桁梁斜拉橋，由北向南依次為1#～6#墩(3#，4#墩為主橋的橋塔墩)。3#墩基礎(chǔ)采用36根2.8 m鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)85 m。樁長(zhǎng)范圍均為覆蓋層，地層結(jié)構(gòu)主要為粉細(xì)砂和細(xì)圓礫土。3#墩處原河床的高程約+13.250 m，一般沖刷后高程為+4.300 m，局部沖刷后高程為+2.740 m。3#墩承臺(tái)平面尺寸為58.4 m× 33.6 m，厚6.0 m，承臺(tái)頂高程為+21.450 m，承臺(tái)底高程為+15.450 m。3#墩基礎(chǔ)布置見(jiàn)圖1。

圖1　3#墩基礎(chǔ)布置(單位:m)

3#墩處100年一遇洪水位為+41.480 m，20年一遇洪水位為+39.770 m。洪水期水流流速2.5 m/s。水位最高時(shí)段為6月至10月，水位最低時(shí)段為當(dāng)年12月至次年3月，高水位與低水位相差約8 m。

2　3　#墩基礎(chǔ)施工方案

根據(jù)工期計(jì)劃安排，3#墩鉆孔樁在汛期施工，承臺(tái)安排在枯水期施工。鋼吊箱圍堰在鉆孔樁施工期間的設(shè)防水位為+38.5 m，承臺(tái)施工期間最大抽水水位按+34.0 m控制。綜合考慮水文地質(zhì)、環(huán)境條件、施工資源等因素，確定基礎(chǔ)采用雙壁鋼吊箱圍堰方案。

總體施工步驟是“先圍堰后平臺(tái)”:先制造鋼圍堰，底節(jié)圍堰浮運(yùn)到位后插打鉆孔樁鋼護(hù)筒，然后圍堰掛設(shè)于鋼護(hù)筒上，形成鉆孔樁施工平臺(tái);鉆孔樁施工完畢后，圍堰加高(安裝上節(jié)圍堰)后下放到設(shè)計(jì)高程，封底，圍堰內(nèi)抽水，施工承臺(tái)。

3　雙壁鋼吊箱圍堰的設(shè)計(jì)

3.1雙壁鋼圍堰結(jié)構(gòu)

3#墩鋼吊箱圍堰分2節(jié)，底節(jié)圍堰高18 m，頂節(jié)圍堰(單壁結(jié)構(gòu))高5.5 m，頂節(jié)在工廠內(nèi)分塊制造，在墩位處拼裝接高。圍堰尺寸為68.2 m(橫橋向)× 40.0 m(順橋向)×23.5 m(高)，壁厚2 m。3#墩圍堰布置見(jiàn)圖2。

3#墩雙壁鋼吊箱圍堰主要構(gòu)件均采用Q235B鋼材，除壁板、水平環(huán)板和底板面板采用鋼板外，其余構(gòu)件均采用型鋼。圍堰主要構(gòu)件參數(shù)見(jiàn)表1。除表1所列構(gòu)件外，圍堰上還需設(shè)置一些輔助構(gòu)件，如圍堰下河用拉耳、圍堰定位用馬口等。

圖2　3#墩圍堰布置(單位:m)

表1　3#墩圍堰構(gòu)件參數(shù)mm

3.2圍堰計(jì)算工況

根據(jù)圍堰加工—運(yùn)輸—施工的全過(guò)程，將圍堰的計(jì)算分為8個(gè)工況。

1)工況1:圍堰下水前

圖3　圍堰下水布置(單位:m)

圖4　3#墩圍堰錨碇系統(tǒng)布置

公安長(zhǎng)江公鐵兩用特大橋3#墩圍堰底節(jié)采用氣囊法下河。在下河前，底節(jié)圍堰位于坡度1∶10的斜坡上，并用地壟臨時(shí)錨固圍堰。圍堰下河布置見(jiàn)圖3。此工況主要分析圍堰下河拉纜和圍堰上拉耳的受力情況。

2)工況2:圍堰下水和浮運(yùn)

圍堰下水準(zhǔn)備工作完成后斷纜，在自重作用下，由氣囊托起圍堰沿坡道滑入水中。圍堰的底隔倉(cāng)和圍堰壁提供浮力，使得圍堰能自浮于水面。然后用拖輪將圍堰浮運(yùn)至墩位處。此工況主要計(jì)算圍堰的浮運(yùn)穩(wěn)定性和吃水深度。

3)工況3:圍堰定位

3#墩圍堰浮運(yùn)到墩位后需要借助拉纜定位。定位時(shí)設(shè)置前后定位船，水中拋設(shè)霍爾錨、岸上設(shè)置地壟，圍堰上設(shè)置轉(zhuǎn)向馬口。3#墩鋼圍堰錨碇系統(tǒng)布置見(jiàn)圖4。此工況主要分析錨碇和拉纜馬口的受力情況。

4)工況4:圍堰掛樁、渡洪

底節(jié)圍堰下水浮運(yùn)到位后，利用錨碇系統(tǒng)精確定位，浮吊插打14根定位鋼護(hù)筒，調(diào)整圍堰井壁內(nèi)水位，安裝掛樁牛腿，使定位鋼護(hù)筒與圍堰固結(jié)形成平臺(tái)，36根樁基礎(chǔ)分6個(gè)循環(huán)進(jìn)行鉆孔。鉆孔樁施工期間，依靠14根定位鋼護(hù)筒與圍堰形成的鉆孔平臺(tái)渡洪。渡洪期間最高水位為+38.5 m、最大流速為2.5 m/s。此時(shí)，設(shè)計(jì)荷載為鉆機(jī)重量、水流力、圍堰自重、圍堰浮力。此工況下，主要分析內(nèi)支架受力、護(hù)筒的入土深度以及護(hù)筒受力情況。

5)工況5:圍堰吊放系統(tǒng)計(jì)算

根據(jù)施工步驟，在鉆孔樁施工完成后圍堰需要接高、下放，二次掛樁?？紤]到在低水位(+28.000 m)時(shí)，鋼圍堰的浮力小于其重力，故需要設(shè)置吊放系統(tǒng)，見(jiàn)圖5。將圍堰先吊起，待解除圍堰掛裝設(shè)備后，再下放圍堰到設(shè)計(jì)高程，進(jìn)行二次掛裝。

圖5　3#墩圍堰吊放系統(tǒng)(長(zhǎng)度:mm;高程:m)

本文取+28.000 m施工水位計(jì)算圍堰吊放系統(tǒng)，一共利用4根鉆孔樁鋼護(hù)筒(1#，6#，31#，36#)作為支撐，每根鋼護(hù)筒處采用8根32精軋螺紋鋼筋(PSB930)吊放圍堰。吊放系統(tǒng)布置見(jiàn)圖6。由于1#，36#護(hù)筒偏位較大，將吊點(diǎn)位置水平轉(zhuǎn)動(dòng)90°。

圖6　3#墩圍堰吊放系統(tǒng)布置(單位:mm)

6)工況6:圍堰下沉

鉆孔樁施工完畢后，接高圍堰。當(dāng)水位較高時(shí)，圍堰浮力大于其自重，故在圍堰井壁內(nèi)注水下沉圍堰。圍堰下沉?xí)r，由于底隔艙已全部入水，所以圍堰總重靠圍堰井壁提供的浮力平衡，圍堰井壁承受由圍堰自重吃水產(chǎn)生的水壓力。此時(shí)，圍堰井壁內(nèi)外產(chǎn)生由自重引起的水頭差，設(shè)計(jì)荷載為圍堰井壁內(nèi)外水頭差引起的水壓力。此工況下，主要分析側(cè)板受力情況。

7)工況7:圍堰封底

圍堰下沉到位時(shí)，二次掛樁，施工封底混凝土。此時(shí)，封底混凝土重量由吊桿傳遞至內(nèi)支架，最后由掛樁牛腿承受。此時(shí)，設(shè)計(jì)荷載為封底混凝土浮重、圍堰自重、圍堰浮力。此工況下，主要分析底板、底龍骨、吊掛、內(nèi)支架受力情況。

8)工況8:圍堰內(nèi)抽水

封底混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，施工圍堰井壁內(nèi)填充混凝土，圍堰內(nèi)抽水至承臺(tái)底，施工承臺(tái)。此時(shí)，圍堰外最高抽水水位按+34.0 m設(shè)計(jì)，圍堰承受圍堰內(nèi)外水頭差產(chǎn)生的水壓力。此工況下，主要分析填充混凝土以上的側(cè)板、內(nèi)支架、封底混凝土的受力情況，圍堰抗浮計(jì)算(封底混凝土與護(hù)筒間粘結(jié)力)，以及低水位施工承臺(tái)時(shí)，封底混凝土與護(hù)筒間粘結(jié)力的計(jì)算。3.3計(jì)算結(jié)果

經(jīng)上述各工況的計(jì)算分析得到圍堰各主要構(gòu)件的應(yīng)力，見(jiàn)表2。計(jì)算結(jié)果表明，在整個(gè)施工過(guò)程中，各構(gòu)件受力均滿足相關(guān)規(guī)范要求。

表2　3#墩圍堰主要構(gòu)件應(yīng)力

4　結(jié)語(yǔ)

在公安長(zhǎng)江公鐵兩用特大橋3#墩雙壁鋼吊箱圍設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的施工情況和水文條件，對(duì)圍堰的結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)，以方便施工、節(jié)省投資。同時(shí)考慮施工中可能發(fā)生的實(shí)際情況對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了檢算，確保了結(jié)構(gòu)安全。經(jīng)實(shí)際工程檢驗(yàn)，證明了該圍堰的設(shè)計(jì)是合理、可靠的，可為后續(xù)同類橋梁基礎(chǔ)的施工提供借鑒。

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(責(zé)任審編 鄭冰)

Design of No．3 Pier Double-walled Steel Boxed Cofferdam of Gong'an Yangtze River Rail-cum-road Super-long Bridge

ZHANG Yaolin
(China Railway Construction Bridge Engineering Bureau Group Co．，Ltd．，Tianjin 300300，China)

T he main bridge of Gong'an Yangtze river rail-cum-road super-long bridge is a double-pylon and doublecable plane steel truss girder cable-stayed bridge with span arrangement of(98+182+518+182+98)m．The foundation for the No．3 pylon pier is the one of frictional bored piles with variable diam eters and constructed by the schem e of double-wall steel boxed cofferdam．The cofferdam is a round-end structure with a size of 68.2m long，40m wide and 23.5m high，which is divided into two lifts with the bottom lift being 18.0m high and the top lift being a single wall，the double-wall thickness is 2.0m．On the basis of fully considering the main working condition of the cofferdam within its construction，transportation and operation stages，com bining the situation of real-time feedback，the cofferdam structure was designed and checked．The calculation and engineering practice prove that the cofferdam structure is reasonab le and reliable．

Rail-cum-road bridge;Cable-stayed bridge;Pile foundation;Steel boxed cofferdam;Design

U445.55;U448.27

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2016．11．11

1003-1995(2016)11-0042-04

2016-04-24;

2016-09-07

章耀林(1984—)，男，工程師，碩士。