黃 鵬
(四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司大橋工程分公司, 四川成都 610015)
伴隨我國(guó)公共交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展,一方面為滿足橋梁大跨度的要求,橋梁基礎(chǔ)尺寸日益增大[1-3];另一方面,在橋梁建設(shè)技術(shù)不斷提高的推動(dòng)作用下,大跨度橋梁建設(shè)逐漸走向深水區(qū),為滿足橋梁基礎(chǔ)施工期間的安全需求,不同結(jié)構(gòu)形式、尺寸的圍堰施工技術(shù)也不斷得到發(fā)展。在橋梁基礎(chǔ)施工中,常見的圍堰形式有鋼板樁圍堰、雙壁鋼圍堰、鎖口鋼管樁圍堰、咬合樁圍堰以及各類組合結(jié)構(gòu)形式的圍堰[4-5]。
由于橋梁基礎(chǔ)施工中,各類圍堰結(jié)構(gòu)形式日益復(fù)雜、體量日趨巨大,針對(duì)此類大型圍堰工程,為確保橋梁施工期間的安全性,在圍堰設(shè)計(jì)階段必須對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算,施工期間必須對(duì)其工作狀態(tài)進(jìn)行結(jié)構(gòu)應(yīng)力、變形監(jiān)測(cè)[6-7],保證圍堰結(jié)構(gòu)處于合理的工作狀態(tài)內(nèi)。本文以位于四川省宜賓市長(zhǎng)江上游的宜賓臨港長(zhǎng)江公鐵兩用大橋3#主墩基礎(chǔ)施工期間,實(shí)施性圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控測(cè)量數(shù)據(jù)分析,以期為將來類似工程提供參考借鑒。
宜賓臨港長(zhǎng)江公鐵兩用大橋(以下簡(jiǎn)稱臨港橋)位于宜賓市內(nèi),該橋?yàn)槿乩ジ哞F、渝昆高鐵及連接宜賓北岸臨港區(qū)、南岸翠屏區(qū)市政交通的共同過江通道。臨港橋?yàn)殡p塔四索面平層公鐵兩用斜拉橋。
臨港長(zhǎng)江公鐵兩用大橋主橋全長(zhǎng)1 073 m,橋跨布置為(72.5+203+522+203+72.5)m,為國(guó)內(nèi)首座公路與高鐵合建鋼箱梁斜拉橋、世界跨度最大公鐵兩用鋼箱梁斜拉橋。臨港橋主橋立面圖如圖1所示。
圖1 宜賓臨港長(zhǎng)江公鐵兩用大橋主橋立面(單位:m)
臨港橋位于長(zhǎng)江上游地區(qū),為雨源性山區(qū)河流,水位變化劇烈。每年11月至次年5月,圍堰所處區(qū)域水位維持在258.0附近,為長(zhǎng)江水位枯水位,圍堰所處區(qū)域水流速度約為3 m/s;每年6月至10月,該區(qū)段內(nèi)長(zhǎng)江水位上漲,最高水位超過267.0,為汛期洪水水位。
臨港橋采用矩形承臺(tái)基礎(chǔ),承臺(tái)基礎(chǔ)平面尺寸67 m×35.75 m(以3#主墩承臺(tái)為例),承臺(tái)高度7 m,承臺(tái)頂面高程252.3,位于河床底面基巖上方。3#主墩基礎(chǔ)施工區(qū)段內(nèi),長(zhǎng)江枯水期最高施工水位260.0,洪水期間最高施工水位269.0,臨港橋3#主墩基礎(chǔ)立面如圖2所示。
圖2 臨港橋承臺(tái)立面布置
1.4.1 人工筑島
在臨港橋3#主墩基礎(chǔ)施工前,在長(zhǎng)江水位位于枯水位期間,人工筑島至主墩承臺(tái)施工區(qū)域,筑島面高程260.5,枯水期人工筑島如圖3所示。
圖3 枯水期人工筑島
1.4.2 施工咬合樁
待人工筑島完成后,施工3#主墩圍堰下部咬合樁部分,并對(duì)承臺(tái)基礎(chǔ)區(qū)域進(jìn)行開挖,承臺(tái)最大開挖深度15.2 m,開挖期間伴隨深度的增加,及時(shí)施作上部鋼管支撐。安裝圍堰內(nèi)部支撐如圖4所示。
1.4.3 上部鋼圍堰接長(zhǎng)
待下部咬合樁施工完成后,在汛期來臨前,接長(zhǎng)上部雙壁鋼圍堰。雙壁鋼圍堰頂面標(biāo)高270.5,滿足汛期施工長(zhǎng)江最高水位269.0要求,臨港橋3#主墩圍堰接長(zhǎng)如下圖5所示。
圖5 接長(zhǎng)上部雙壁鋼圍堰
在組合圍堰結(jié)構(gòu)模擬中,采用了三種不同的模擬方法,將咬合樁簡(jiǎn)化為梁?jiǎn)卧?、板單元進(jìn)行模擬有限元模型如圖6所示。
圖6 梁、板單元模擬咬合樁模型示意
在此計(jì)算方法中,咬合樁葷樁作為組合圍堰下部主要受力結(jié)構(gòu),假定所有荷載均由葷樁承擔(dān),咬合樁素樁不作為一般受力結(jié)構(gòu),主要完成防滲止水功能,不計(jì)咬合樁-素樁傳遞豎向彎矩、橫向彎矩及徑向剪力[8]。
在圍堰咬合樁數(shù)值計(jì)算方法中,較為常見的方法有等效剛度法。其原理為,根據(jù)等效剛度原則,將咬合樁等效為地下連續(xù)墻,以此來進(jìn)行圍堰結(jié)構(gòu)的變形及穩(wěn)定性分析[9-10],通過等效剛度法折算厚度取t=1300mm。
違法藥品廣告一直是個(gè)頑疾,長(zhǎng)期困擾著食品藥品監(jiān)管部門。贛州市局創(chuàng)新監(jiān)管手段,在全國(guó)首推違法藥品廣告治理的藥品經(jīng)營(yíng)企業(yè)“扣分制”,對(duì)違法產(chǎn)品監(jiān)督下架、刊播企業(yè)道歉聲明,效果明顯,該局也因此獲得全國(guó)藥品廣告治理先進(jìn)單位。
因此,針對(duì)重要結(jié)構(gòu),應(yīng)當(dāng)考慮兩咬合樁之間真實(shí)咬合厚度,即只計(jì)算兩咬合樁件最小結(jié)合厚度,其余部分作為安全儲(chǔ)備,計(jì)算結(jié)果偏于不安全。通過有效咬合厚度法計(jì)算板單元厚度t=830mm。
臨港橋3#主墩圍堰施工枯水期開挖深度深,汛期水位高,組合結(jié)構(gòu)圍堰承受荷載大,在施工期間需要對(duì)圍堰的工作狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。組合結(jié)構(gòu)圍堰監(jiān)測(cè)主要包含圍堰內(nèi)部鋼管支撐、上部雙壁鋼圍堰壁板應(yīng)力以及咬合樁水平位移等內(nèi)容。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況,臨港橋3#主墩基礎(chǔ)施工期間,組合圍堰監(jiān)控主要設(shè)置咬合樁水平位移等內(nèi)容。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況,臨港橋3#主墩基礎(chǔ)施工期間,組合圍堰監(jiān)控主要設(shè)置咬合樁水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)8處,內(nèi)外壁板應(yīng)力監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)3處,鋼支撐軸向應(yīng)力測(cè)點(diǎn)2處。利用標(biāo)貼式智能應(yīng)變計(jì)、傾角探頭對(duì)組合結(jié)構(gòu)圍堰應(yīng)力、咬合樁水平位移進(jìn)行測(cè)量。臨港橋3#主墩圍堰監(jiān)控布置方案如圖7所示。
圖7 臨港橋3#主墩圍堰監(jiān)控布置方案
臨港橋3#主墩圍堰施工過程中計(jì)算結(jié)果如下。
4.1.1 圍堰內(nèi)部鋼支撐應(yīng)力
臨港橋3#主墩計(jì)算模型中,內(nèi)部鋼支撐最大應(yīng)力出現(xiàn)在咬合樁圍堰內(nèi)部冠梁支撐處,匯總各階段計(jì)算應(yīng)力如圖8所示。整體而言,葷樁極限承載法所得應(yīng)力值最大,有效咬合厚度法最小,最大差異約40 %。
圖8 鋼支撐1應(yīng)力計(jì)算結(jié)果
4.1.2 圍堰外壁板應(yīng)力
鋼圍堰外壁板屬于組合圍堰結(jié)構(gòu)上部構(gòu)件,在前期施工中尚未安裝,故在第四施工階段中參與結(jié)構(gòu)計(jì)算。整理3#主墩圍堰鋼結(jié)構(gòu)中部測(cè)點(diǎn)一處及迎水面方向測(cè)點(diǎn)3處應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如圖9所示。
圖9 外壁板測(cè)點(diǎn)1應(yīng)力計(jì)算結(jié)果
4.1.3 圍堰下部咬合樁變形
臨港橋3#主墩圍堰施工期間,咬合樁結(jié)構(gòu)最大變形區(qū)域集中在圍堰結(jié)構(gòu)中部以及受水流沖擊影響最大迎水面處,選擇最有代表性的咬合樁變形測(cè)點(diǎn)1,匯總計(jì)算結(jié)果如圖10所示。
圖10 圍堰結(jié)構(gòu)下部咬合樁測(cè)點(diǎn)1變形
臨港橋3#主墩施工期間,監(jiān)控控制時(shí)間節(jié)點(diǎn)為基礎(chǔ)開挖最大深度以及最高施工水位階段,整理現(xiàn)場(chǎng)施工過程中監(jiān)控記錄基礎(chǔ)最大開挖深度、最高施工水位267.3(現(xiàn)場(chǎng)記錄最高水位),采集數(shù)據(jù)及計(jì)算模擬數(shù)據(jù)對(duì)比分析分別如表1、表2所示。通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)和理論計(jì)算模擬較為吻合。當(dāng)采用忽略素樁法時(shí),由于忽略了素樁的承載能力,計(jì)算應(yīng)力位移均為最大值,相較測(cè)量結(jié)果最大誤差接近30 %。采用等效剛度法時(shí),由于忽略了現(xiàn)場(chǎng)施工偏差對(duì)于結(jié)構(gòu)質(zhì)量的削弱,相較現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果明顯偏小,計(jì)算結(jié)果偏于不安全。當(dāng)采用有效咬合厚度法時(shí),能獲得較為接近最佳真實(shí)的測(cè)量結(jié)果,結(jié)算結(jié)果偏于安全。
表1 基礎(chǔ)最大開挖深度數(shù)值模擬與監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)結(jié)果分析
本文以臨港橋3#主墩基礎(chǔ)圍堰結(jié)構(gòu)為例,結(jié)合采用數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控相結(jié)合的方法對(duì)組合圍堰結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元模擬分析計(jì)算,比較了三種建模簡(jiǎn)化方法的計(jì)算結(jié)果,總體結(jié)論如下。
(1)采用忽略素樁法只考慮葷樁作為持力結(jié)構(gòu)時(shí),計(jì)算結(jié)果偏于安全。但是由于忽略咬合樁素樁參與結(jié)構(gòu)受力,最終計(jì)算結(jié)果與實(shí)際差異較大,如采用此方法進(jìn)行設(shè)計(jì),將可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)費(fèi)用不經(jīng)濟(jì)。
(2)采用等效剛度法計(jì)算時(shí),由于采用了理想剛度換算公式,導(dǎo)致折算板單元厚度偏大,而在實(shí)際施工中,由于多種因素干擾,難以保證有效的咬合厚度,因此在計(jì)算中,采用等效剛度法計(jì)算結(jié)果偏于不安全。采用此方法設(shè)計(jì)臨時(shí)結(jié)構(gòu),對(duì)于后續(xù)施工,存在一定安全隱患。
(3)采用有效咬合厚度法計(jì)算圍堰結(jié)構(gòu)時(shí),最終結(jié)果介于前兩種方法之間。相較于等效剛度法,削減了板單元厚度,更加接近工程施工中可能出現(xiàn)的情況,因此計(jì)算結(jié)果偏于安全。
綜上,在大型臨時(shí)結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)中,當(dāng)把結(jié)構(gòu)安全性作為第一控制因素時(shí),建議可將有效咬合厚度法作為首選方法,以提高臨時(shí)工程的安全可靠度。
表2 最高施工水位267.3數(shù)值模擬與監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)結(jié)果分析