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        方尖港中橋水上施工平臺(tái)搭設(shè)方案淺析

        2021-05-22 11:02:20劉啟華
        中國(guó)水能及電氣化 2021年4期
        關(guān)鍵詞:工字鋼灌注樁土層

        周 屹 劉啟華

        (昆山市水利建筑安裝工程有限公司,江蘇 昆山 215300)

        1 概 況

        方尖港中橋工程位于江蘇省蘇州市吳江區(qū)境內(nèi),新建橋梁跨越方尖港,連接堤頂?shù)缆?,現(xiàn)狀河口寬63m,橋位處無堤頂?shù)缆?,設(shè)置橋梁溝通兩岸,橋梁直做正交,跨徑組合2×13m+20m+2×13m=72m。方尖港中橋橋梁的全寬為6m,分為兩側(cè)的防撞護(hù)欄和中間的機(jī)動(dòng)車道,橫斷面的布置為:50cm寬的左側(cè)防撞護(hù)欄+5m寬的中間機(jī)動(dòng)車道+50cm寬的右側(cè)防撞護(hù)欄。由于方尖港中橋橋梁主體建設(shè)于京杭大運(yùn)河?xùn)|側(cè)支河方尖港河道上,而該支河不具備斷河的外部條件,施工時(shí)需要在方尖港河道上搭設(shè)鉆孔樁水上平臺(tái),從而進(jìn)行方尖港中橋下部結(jié)構(gòu)(鉆孔灌注樁、橋墩、蓋梁等)的施工。

        2 方案編制依據(jù)

        《方尖港中橋水上施工平臺(tái)搭設(shè)方案》編制的依據(jù)為《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 303—2017)、《水利水電工程施工測(cè)量規(guī)范》(SL 52—2015)、《水利水電工程施工安全防護(hù)設(shè)施技術(shù)規(guī)程》(SL 714—2015)、《水利水電工程施工安全管理導(dǎo)則》(SL 721—2015)、《水利工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性條文》(2020年版)、《施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ 46—2005)、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50017—2017)以及本工程的有關(guān)招標(biāo)文件、設(shè)計(jì)圖紙等。

        3 具體施工流程及施工方案

        3.1 施工工藝整體思路

        根據(jù)方尖港中橋的設(shè)計(jì)圖紙文件的要求,結(jié)合類似工程的施工經(jīng)驗(yàn),按照水上平臺(tái)施工排架的方案,進(jìn)行方尖港中橋鉆孔操作平臺(tái)的搭設(shè)。本施工工藝整體思路是將方尖港中橋的水上鉆孔操作平臺(tái),搭設(shè)成為南北兩塊不相連接的獨(dú)立施工操作平臺(tái),方尖港河道中間平臺(tái)位置預(yù)留、斷開,以確保方尖港過往的船只能夠通行通暢,水上鉆孔操作平臺(tái)的樁基礎(chǔ)采用的是φ400的定型鋼管,鋼管的間距嚴(yán)格按照整體平臺(tái)排架的搭設(shè)平面尺寸、位置等合理的布置,每根鋼管間距橫向?yàn)?m,縱向?yàn)?.5~3.3m。

        3.2 打樁施工工藝

        水上鉆孔操作平臺(tái)的樁基礎(chǔ)(鋼管)打樁采用兩臺(tái)水上長(zhǎng)臂挖掘機(jī)配相關(guān)測(cè)量、定位儀器錘打沉樁的施工工藝,鋼管的入土深度則根據(jù)方尖港河道的土質(zhì)土層不同,控制在5.5~6m之間,其中南側(cè)平臺(tái)鋼管的入土深度5.5m,北側(cè)平臺(tái)鋼管的入土深度6m,鉆孔操作平臺(tái)的橫梁及縱梁均采用國(guó)標(biāo)I14優(yōu)質(zhì)工字鋼,每根鋼管的立桿之間再用∠80的角鋼焊接,達(dá)到交叉支撐的效果,確保水上鉆孔操作平臺(tái)的穩(wěn)定。

        每根φ400定型鋼管頂部位置布置鋼板支撐,焊接牢固,鋼板的尺寸為200mm×200mm,厚度6mm,再將I14工字鋼(作為平臺(tái)的橫梁)擱置、焊接于鋼板的上面。操作平臺(tái)每根定型鋼管(φ400)與橫縱梁(I14)的工字鋼之間的連接采用厚度6mm、200mm×200mm的鋼板焊接,焊接采用φ10的鋼筋包焊或兩邊綁焊(見圖1~圖2、表1)。

        圖1 水上平臺(tái)施工簡(jiǎn)圖

        圖2 方尖港橋梁施工水上平臺(tái)平面

        表1 搭設(shè)水上臺(tái)所需要的主要材料

        4 施工平臺(tái)驗(yàn)算書

        4.1 單根樁的承載力計(jì)算

        據(jù)地質(zhì)資料,方尖港水上平臺(tái)搭設(shè)施工區(qū)域的土層為③-1層土,土質(zhì)為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土,該土層土壤的靜力觸探測(cè)得的側(cè)阻力fs=20kPa,取該土層土壤的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)τ=20kPa。用下式計(jì)算土層土的承載力:

        F=CLτ

        公式中τ為該土層土壤的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)(τ=20kPa)、L為φ400鋼管的入土深度、C為φ400鋼管的周長(zhǎng),經(jīng)計(jì)算方尖港該處土層F1=π×0.4×5×20=125.6kN。

        鉆孔機(jī)械GPS-15的尺寸為4m×2.30m×10.3m,自重為8000kg;施工過程中每個(gè)料斗可裝的混凝土體積為1.5m3(則重量約為3500kg),10節(jié)導(dǎo)管的自身重量為3000kg,其他設(shè)備(電焊機(jī)、水泵、測(cè)量?jī)x器等)的自身重量為1500kg。φ400鋼管(8m長(zhǎng)、鋼管壁厚4mm)的自身重量為127kg,而在最不利工況下,鉆孔機(jī)械GPS-15在水上施工平臺(tái)時(shí)移動(dòng)機(jī)械過程中需要跨越其中的4根φ400鋼管,總鋼管重量為4×127=0.508t。

        整個(gè)荷載為8+3.5+3+1.5+0.508=16.508t,則鋼管的總承載力為4根φ400鋼管樁的承載力的和:

        F=∑Fi=4×125.6=502.4kN

        而所有的自重P0=16.508×10=165.08kN??紤]到動(dòng)力系數(shù)為K0=1.1,安全系數(shù)為K=1.5,則G=K0K1P0=1.1×1.5×165.08=272.38kN,F(xiàn)>G,證明結(jié)構(gòu)的運(yùn)行是安全、可靠的。

        4.2 鋼管自身強(qiáng)度計(jì)算

        根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50017—2017)要求,Q235鋼材(鋼材的厚度不大于16mm)的最大抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fm取值為215MPa,考慮到方尖港中橋水上平臺(tái)的施工工期較短,故調(diào)整系數(shù)K0取值為1.2。

        單根鋼管自身強(qiáng)度為:

        3.14×(2062-2002)/106

        4根鋼管所提供的承載力為:

        F=4×F1=5481.8kN

        F>G=K0×K1×P0=1.1×1.5×165.08=272.38kN,鋼材本身的強(qiáng)度可滿足工程要求。

        φ400鋼管的吊裝和沉樁采用定位樁船、水上長(zhǎng)臂挖掘機(jī)配套相應(yīng)的量測(cè)設(shè)備進(jìn)行。具體的施工步驟如下:φ400鋼管準(zhǔn)備充足、設(shè)備就位并固定→用水上長(zhǎng)臂挖掘機(jī)將單根φ400鋼管慢慢吊起,并在現(xiàn)場(chǎng)指揮人員的整體指揮下,將該鋼管慢慢移動(dòng)至平臺(tái)指定的位置并定位→用水上長(zhǎng)臂挖機(jī)的抓手將該鋼管緩慢壓入方尖港表層軟土中,在壓入過程中,挖機(jī)臂須控制到位,確保鋼管的垂直的小于1%→重復(fù)上述的沉樁操作,直至將平臺(tái)所需的所有的φ400鋼管都沉樁到位,打好的豎向鋼管應(yīng)確保樁位準(zhǔn)確、整齊排列,樁的間距須大致相等。

        4.3 I14工字鋼鋼的強(qiáng)度與剛度驗(yàn)算

        允許撓度:跨中[f]=L/250、懸臂[f]=L/400;

        鋼材允許抗彎和抗拉強(qiáng)度:[σ]=1.7×105kN/m2;

        鋼材彈性模量E=2.1×108kN/m2;

        I14工字鋼截面系數(shù)Wx=102cm3;

        I14工字鋼慣性矩Ix=712cm4。

        取最不利工況,即G=272.38kN全部作用于一跨工字鋼正中間,縱向跨距取最大值3.3m,則最大彎矩為

        Mmax=Gx0/4=272.38×3.3/4=224.7kN·m

        所需抗彎截面系數(shù)[W]=Mmax/[σ]=224.7/(1.7×105)=13.2cm3

        4.4 加固措施與安全防護(hù)

        當(dāng)灌注樁澆筑成型后,及時(shí)用圖3所示的井字形鋼管支架與已成型的灌注樁進(jìn)行硬連接,以保證整個(gè)水上平臺(tái)的穩(wěn)定性。

        圖3 水上平臺(tái)加固

        陸地與施工平臺(tái)之間采用防墜網(wǎng)連接,掛設(shè)救生圈,平臺(tái)作業(yè)人員須穿戴救生衣施工。

        5 水上平臺(tái)變形及監(jiān)測(cè)

        在該水上平臺(tái)的搭設(shè)過程中及搭設(shè)完成后方尖港中橋的施工期內(nèi),分別在水上平臺(tái)橫梁、縱梁上設(shè)置多個(gè)觀測(cè)點(diǎn),并經(jīng)常注意觀察水上平臺(tái)橫梁、縱梁有無下沉和位移變形,特別觀測(cè)了灌注樁鉆機(jī)開鉆、鋼筋籠吊裝及混凝土澆筑過程中,整個(gè)平臺(tái)的沉降、移位變形及整體的運(yùn)行狀態(tài)等,均未出現(xiàn)異常情況。

        6 結(jié) 語(yǔ)

        由于水上平臺(tái)涉及搭設(shè)結(jié)構(gòu)物支架受力情況復(fù)雜、運(yùn)行工況多樣及變形監(jiān)測(cè)等綜合技術(shù)難題,本文中的水上平臺(tái)采用了合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),節(jié)約了水上平臺(tái)的搭設(shè)的成本,較好控制了方尖港中橋的施工工期及其質(zhì)量。

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