吳嬌媚

(招商局重慶交通科研設計院有限公司， 重慶 400067)

超大平面深水基礎施工平臺方案研究

吳嬌媚

(招商局重慶交通科研設計院有限公司， 重慶 400067)

萬州長江公路三橋南岸主塔為大直徑、深水高樁承臺，介紹該橋施工平臺貝雷梁方案和桁架方案并將其進行對比，提出施工平臺設計和施工中應注意的事項。

超大平面深水基礎；施工平臺；貝雷梁；桁架；方案比選

隨著我國交通事業(yè)的發(fā)展以及對航道要求的提高，大跨度橋梁得到越來越多的應用，其中主塔置于水中的案例也越來越多。橋梁深水基礎施工是橋塔(墩)施工的關鍵，水下地質條件及施工條件對深水基礎施工提出了較高要求，其中施工平臺的搭設是深水基礎施工中的重要一環(huán)[1]。本文以萬州長江公路三橋為工程背景，介紹該橋2種施工平臺方案的對比分析及方案選取，其可為同類橋梁施工平臺設計提供參考。

1 工程概況

萬州長江公路三橋主橋為4×57.5 m+730 m+4×57.5 m雙塔雙索面混合梁斜拉橋，長1 190 m。南岸主塔基礎采用直徑43 m的圓形高樁承臺，承臺高8 m，設置32根Φ3.0 m 的樁基。承臺底高程為131.76 m(黃海高程，下同)，墩位處河床標高平均為122.0 m。最低通航水位143.76 m，最高通航水位174.22 m。根據(jù)以往資料，橋位處最低通航水位水流速度2.5 m/s，20年一遇水位(164.884 m)水流速度2.0 m/s，最高通航水位水流速度0.6 m/s。橋型布置如圖1所示[2]，主墩承臺斷面如圖2所示[3]。

2 設計方案介紹

萬州長江公路三橋施工工期較長，工期內需經(jīng)歷三峽蓄水，因此施工平臺須距地面52.2 m以上。另外，因水流流速較大，需配合鋼圍堰施工，施工過程較為復雜，從而對施工平臺的設計提出了如下較高要求：

1) 高樁承臺樁基如何成孔。

2) 施工平臺上需承擔樁基成孔設備荷載和樁基鋼筋籠吊裝荷載。

3) 施工平臺需承受圍堰安裝荷載和起吊荷載[4]。

4)在施工荷載及水流作用下如何保證施工平臺的穩(wěn)定性。

圖1 主橋橋型布置

圖2 主墩承臺斷面示意

5) 施工平臺如何適應圓形高樁承臺且不在平臺角點附近出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象。

對于該類高樁承臺，施工中常采用鋼護筒+貝雷梁或桁架組成施工平臺[5-7]。萬州長江公路三橋設計時提出了如下2套施工方案，現(xiàn)對其分別進行闡述。

2.1 方案1：貝雷梁方案

根據(jù)南岸主塔樁基呈行列式設計的特點，鋼護筒導向定位船設計采用2艘1 500 t甲駁船，在甲駁上分別設置6個導向架，且導向架對應連接為整體。從墩軸線2排基樁開始插打鋼護筒，再分離鋼護筒導向船，逐排完成鋼護筒的插打，最終將32根Φ3.3 m鋼護筒分別插打嵌固入河床內，并采用2I45b工字鋼將鋼護筒兩兩相連，最后形成以貝雷梁為主要受力體系的鋼平臺。

當鋼護筒接高到預定高程后，在預設牛腿上布置順橋向貝雷梁桁片，頂層布置I25工字鋼，并在其上布置軌道鋼，軌道鋼型號為43 kg/m。在平臺頂設置2套60 t龍門吊機。在鋼護筒上設置牛腿分別承擔施工平臺上部結構荷載和鋼圍堰首節(jié)段安裝起吊荷載。方案1施工平臺布置如圖3所示。

其中，為發(fā)射功率，fc為載波頻率，α=2為視距通信的路徑衰減指數(shù)，η為自由空間傳播損耗余量，c為光速.

圖3 方案1 施工平臺布置

2.2 方案2：桁架方案

施工平臺下部結構(鋼護筒)與方案1相同，只是施工平臺上部結構采用鋼桁架為主要受力體系。

當鋼護筒接高到預定高程后，在預設牛腿上布置導向架，導向架上布置2根Ⅰ45b型鋼用于放置鉆機分配梁，在分配梁間放置12.6型Ⅰ鋼并在其上鋪設8 mm厚花紋鋼板作為施工平臺。在2根Ⅰ45b分配梁沿順橋向布置2根Ⅰ25b型鋼將其作為龍門吊軌道分配梁，并在其上布置軌道鋼。方案2施工平臺布置如圖4所示。

圖4 方案2施工平臺布置

2.3 2個方案的主要區(qū)別

方案1上部結構采用貝雷梁體系，方案2采用鋼桁架體系；方案1牛腿采用帶單根斜撐的牛腿形式，方案2對部分牛腿采用加設斜撐或拉桿進行加強。

3 方案對比及選取

3.1 作業(yè)方式

方案1：采用流水作業(yè)方式，先用浮式導向架完成南塔32根樁基鋼護筒的插打嵌巖，然后拆除鋼護筒導向船及導向架，通過嵌巖鋼護筒設置牛腿并安裝貝雷梁型鋼施工平臺，最后在施工平臺上布置沖擊鉆機完成樁基成孔。

方案2：按方案1作業(yè)方式，首先插打南塔中間12根基樁鋼護筒(11#～22#)嵌巖，然后將已完成嵌巖的12根鋼護筒相聯(lián)并形成獨立的鉆孔平臺，進行首批樁基先期成孔；在先期基樁成孔的同時，接長河心、河岸側導向架，并分別平移兩岸導向船至插打第2批(5#～10#、23#～28#)基樁鋼護筒位置泊定；當?shù)?批基樁鋼護筒插打嵌巖完成后，在鋼護筒之間設置剛性支承牛腿，并將導向架荷載轉換到鋼護筒牛腿上，且通過導向架懸臂插打第3批樁基鋼護筒。

為滿足南塔基樁成孔的連續(xù)性，當鋼護筒嵌巖完成后，將鋼護筒導向架支承于鋼護筒牛腿上，并在牛腿支點處增加桁架豎向立桿，以使鋼護筒導向架形成鉆孔施工平臺。

3.2 工作平面

方案1：需在貝雷梁架設完成后才可形成鉆孔平臺。

方案2：在插打完主墩中間2排12根鋼護筒后，將12根鋼護筒接高(高出現(xiàn)有導向架平臺)并相聯(lián)，以形成獨立鉆孔平臺。

3.3 施工工序

方案1：在完成南塔32根鋼護筒施工后，拆除導向架，移除駁船，安裝貝雷梁鋼平臺。

方案2：采用方案1的鋼護筒平臺，將導向架作為鉆孔鋼平臺，無需拆除導向架后再安裝貝雷梁鋼平臺，僅對導向架進行細微改動即可。

3.4 計算結果

由于施工過程中存在各種不確定因素，故計算時需做如下假定：

1) 未考慮結構加工制作、鋼材厚度的偏差；

2) 假定各構件間通過焊縫完整結合，組成聯(lián)合截面共同參與受力；

3) 假定平臺桁架下弦桿與分配梁為固結；

4) 未考慮地震、漂流物撞擊及爆炸等偶然外力作用；

5) 未考慮平臺停泊施工船只時的系纜力、靠船時的擠靠力。

計算中主要考慮了恒載、溫度、流水壓力、風荷載、水浮力、施工設備等荷載，其中活載為吊裝鋼筋籠的龍門吊。另外，由于圍堰首節(jié)段安裝是在施工平臺上完成并起吊的，故計算時應考慮圍堰安裝時牛腿上的荷載以及起吊時施工平臺上的荷載。

采用有限元計算軟件MIDAS2013對施工平臺進行有限元劃分，并賦予相應的荷載及邊界條件，計算模型如圖5所示。

圖5 計算模型

對計算模型進行分析，得出如下結論：1) 方案1桿件最大應力出現(xiàn)在貝雷梁豎桿，桿件(16Mn鋼)最大應力為293 MPa，大于容許應力[σ]=273 MPa，不滿足規(guī)范要求，其余構件均滿足受力要求；2) 方案2桿件最大應力出現(xiàn)在導向架下弦，導向架下弦(2I56，Q235鋼)最大等效拉應力為148.2 MPa，最大等效壓應力為169.4 MPa，均小于容許應力[σ]=182.0 MPa，滿足規(guī)范要求，其余構件均滿足受力要求。

3.5 方案選取

根據(jù)以上方案對比和分析，確定萬州長江公路三橋南主塔施工平臺的施工方案選用方案2。

4 施工要求

1) 由于計算時未考慮漂浮物對平臺下部結構的影響，故施工過程中須加強監(jiān)管并采取預防措施，及時清理平臺橋墩與梁前的漂流物，減少阻水面積,減輕對結構的負擔。

2) 為保證護筒偏位和傾斜度控制在容許范圍內，護筒下沉過程中應進行全過程測量。

3) 加強汛期對鉆孔平臺及鋼圍堰的觀測，護筒平聯(lián)處的位移須控制在一定范圍內(根據(jù)計算確定)。

4) 首節(jié)段鋼圍堰起吊與龍門吊起吊不能同時工作，現(xiàn)場應加強施工管理。

5 結束語

在橋梁建設中，雖然貝雷梁為標準構件，采用貝雷梁能有效提高桿件拼裝進度,但是由于貝雷梁為定型化產(chǎn)品，故其不能較好地適應現(xiàn)場施工需要。而采用桁架作為施工平臺的上部結構，雖進行桿件拼裝時較為費力，但卻能夠較好地適應現(xiàn)場施工條件[8]。

本文對萬州長江公路三橋南塔基礎施工平臺設計及施工方案進行了介紹。方案1采用貝雷梁，雖然其可以加快平臺施工過程，但構造較復雜，且部分桿件受力超過容許應力。方案2采用桁架梁，其傳力途徑較為直接，且桿件應力較方案1小很多。通過現(xiàn)場施工表明，方案2安全可靠，能夠較為靈活地適應超大面積高樁承臺的施工條件。

[1]沈平歡，祝 強.江中圍堰及鋼平臺施工技術[J].四川建材，2008(4)：193-195.

[2]四川公路橋梁建設集團有限公司萬州長江公路三橋B合同段項目.萬州長江公路三橋南塔Z09樁基專項施工方案圖[Z].成都：四川公路橋梁建設集團有限公司，2014.

[3]四川公路橋梁建設集團有限公司萬州長江公路三橋B合同段項目.萬州長江公路三橋南塔Z09樁基施工優(yōu)化方案圖紙[Z].成都：四川公路橋梁建設集團有限公司，2014.

[4]袁華昭.萬州長江公路三橋Z09#主墩鋼圍堰首節(jié)段拼裝及下放施工技術[J].四川水泥，2016(4)：51.

[5]肖躍文，陳 璋，裴炳志，等.荊岳長江公路大橋北主塔深水基礎施工技術[C]//中國公路學會橋梁和結構工程分會全國橋梁學術會議.北京：人民交通出版社，2007：502-510.

[6]鄒 歡.淺談瑯岐閩江大橋鉆孔平臺設計與施工方案[J].江西建材，2014(2)：147-148.

[7]孫百峰.深水裸巖鉆孔平臺施工方案比選[J].鐵道建筑技術，2015(11)：22-25.

[8]李躍穗，吳能森.烏龍江大橋新建復線橋深水基礎施工平臺設計研究[J].土木工程與管理學報，2011，28(3)：31-34.

Study on Construction Platform of Super-large Surface Deep-water Foundation

WU Jiaomei

The main tower on the south bank of the Wanzhou Yangtze River Expressway No. 3 Bridge is a large-diameter,deep-water high-rise pile cap. This paper introduces and compares the Bailey beam scheme and the truss scheme of the bridge construction platform,and puts forward attentions to be taken in design and construction of the construction platform.

super-large surface deep water foundation; construction platform; Bailey beam; truss; scheme comparison and decision

10.13607/j.cnki.gljt.2016.06.010

國家自然科學基金青年科學基金項目(51608080)

2016-08-25

吳嬌媚(1984-)，女，福建省莆田市人，碩士，工程師。

1009-6477(2016)06-0043-03

U445.55

A