深水橋梁承臺施工鋼圍堰、鋼吊箱設計.doc

深水橋梁承臺施工鋼圍堰、鋼吊箱設計武漢港灣工程設計研究院 李宗哲摘 要：深水橋梁承臺施工，多采用鋼吊箱、鋼圍堰做為維護擋水結構，本文對長江上幾座特大橋的鋼圍堰、鋼吊箱設計作一總結關鍵詞：深水橋梁 承臺 鋼圍堰 近二十幾年來，長江上特大橋的建設發(fā)展迅速，在已建的大橋中，其承臺在施工期均淹沒在水下或部分沒入水中，承臺的施工多采用擋水雙壁鋼圍堰或鋼吊箱。現(xiàn)就江陰長江大橋、鄂黃長江大橋和潤揚長江大橋的這些大型水上施工設施的設計型式和設計要點作一總結。1鋼圍堰、鋼吊箱的形式鋼圍堰、鋼吊箱作為水上大型橋墩施工的擋水結構，首先是安裝沉放到位，再澆筑水下封底砼，最后抽水，為承臺提供無水環(huán)境下的施工條件。其主要型式有矩形、多邊形、圓形或啞鈴型等。以下就長江上幾座特大橋承臺圍堰的型式選擇進行比較。江陰長江大橋為懸索橋，主跨1385m，北塔主墩樁基為96根2.0的鉆孔灌注樁，承臺分為兩個，單個尺寸為28.5538.55m，高為10.36m，設計水深8.00m。本承臺特點是外形規(guī)整，水深淺，鋼圍堰入土深度小。設計考慮1.0m的波高，結合地質條件，最終選定雙壁無底鋼圍堰。圍堰外型平面尺寸為30.740.7m，壁厚1.0m，承臺和圍堰之間考慮0.15m的安裝偏位，圍堰總高度為10.2m，滿足入土和防浪要求（見圖1）。安放方式為現(xiàn)場分塊拼裝，整體下放。鄂黃長江大橋為主跨480m的斜拉橋，其南塔主墩為19根3.0m的鉆孔灌注樁，承臺為圓形，直徑30.2m，厚6.0m，水深約35.0m。由于本橋墩處水深大，承臺底距河床有較大距離，所以選用外徑為33.3m的雙壁有底鋼吊箱，壁厚1.5m，承臺和套箱之間預留0.05m的安裝偏位，吊箱總高28.5m，在上部，為不影響斜向的塔肢施工，鋼吊箱做成喇叭口形（見圖2）。拼裝方式為，豎向按36m不等的分節(jié)高度分為5層，每層均勻分為8塊，在現(xiàn)場原位分塊分層拼裝，由均布在圍堰圓周上的28個手拉葫蘆緩慢同步下放就位。潤揚長江大橋南汊懸索橋，主跨1490m，北塔主墩樁基為32根2.8m的鉆孔灌注樁，承臺為啞鈴型，平面最大長度為63.0m，寬21.6m，厚6.0m，水深約9.0m，鋼吊箱根據(jù)主墩和聯(lián)系梁的外形設計而成，壁厚1.0m，有底雙壁結構（見圖3）。安裝方式按整體起吊設計，采用8點吊，在中部系梁區(qū)設置鋼撐桿滿足起吊穩(wěn)定要求，吊箱在駁船上整體拼裝完成，用1300t浮吊，整體一次吊放入水并自浮，用調整箱梁壁內水位的方法，使其安放至設計位置。該吊箱重近千噸，起吊安裝時有“長江第一吊”之稱（見圖4）。從以上幾個承臺的鋼圍堰、鋼吊箱形式的選擇可以看出，影響鋼圍堰、鋼吊箱設計的主要因素有：承臺型式的設計、水流水深條件、地質條件、安裝工藝和設備的選擇等等。圖4 潤揚長江大橋北塔主墩鋼吊箱整體起吊圖2設計工況及荷載 利用雙壁鋼吊箱鋼圍堰進行大橋橋墩的承臺施工，一般情況下，主要設計工況為：（1）注水下沉鋼圍堰、鋼吊箱若水上分塊分層拼裝，則在每一節(jié)段拼裝完成后注水下沉，直至拼完所有節(jié)段，沉放到設計標高，整個過程需考慮水流力、波浪力及圍堰壁體內外水位差產生的水壓力等。若為整體起吊安裝對起吊方案和起吊荷載要進行專門的研究和驗算。（2）圍堰內澆筑水下封底砼在封底砼澆注施工中，對無底鋼圍堰通常要計算水流力、波浪力、豎向地基的承載力、側面土壓力及砼對圍堰壁板的壓力。對有底鋼吊箱還要考慮底板壓力和吊桿拉力等。（3）圍堰抽水圍堰抽水，通常情況下主要的控制工況為設計高水位，應考慮的結構受力主要為整體受力和箱壁受力。整體受力，主要包括水流力、波浪力、圍堰抽水后封底砼底板受到向上浮托力和浮托力對每根樁產生上拔荷載，同時還要考慮封底砼的自身強度承載能力和砼與樁之間的握裹能力等。箱壁受力，為了使圍堰內外壁板受力均衡，在封底砼達到設計強度后，圍堰抽水時，應保持圍堰雙壁間適當?shù)乃唬@樣可使得圍堰的內外壁板受力合理均衡，設計時要分別計算內外壁板、縱橫梁、桁架及支撐的受力。3結構設計鋼圍堰、鋼吊箱作為大型橋梁承臺施工的臨時工程結構，水上施工條件和外部環(huán)境影響因素比較復雜，又沒有統(tǒng)一設計標準，設計計算工況和安全度的掌握十分重要。因此，在設計時要對基礎資料、使用條件進行認真的研究和分析。首先是型式的確定，如江陰大橋北塔主墩承臺施工，根據(jù)水淺、承臺標高低的特點，選擇無底鋼圍堰；鄂黃大橋南塔主墩承臺處水深大、承臺標高較高，若選用無底圍堰，圍堰的高度需增加1520m，經(jīng)濟上不合理，同時封底砼厚度加大，增加了基礎的永久荷載，所以選用有底鋼吊箱結構；潤揚懸索橋北塔承臺外形復雜，地基承載力低，工期緊，但具有大型起重船，因此選用有底鋼吊箱，整體起吊安裝；實踐證明上述幾個大橋的鋼圍堰、鋼吊箱設計是很成功。其次是在整體結構布置上，要結合不同的受力條件認真分析，江陰大橋鋼圍堰主桁豎向布置，下支撐點借助于封底砼，上支撐點恰當?shù)乩勉@孔平臺的桿系結構，實現(xiàn)了主桁跨度小，受力傳遞明確，選用桿件小節(jié)省材料的目的；鄂黃大橋鋼吊箱，圓型結構，上部為滿足斜向塔肢施工設計成喇叭口，和箥箕口設計方案相比顯得受力明確合理、施工方便，且用料節(jié)省；潤揚懸索橋北塔鋼吊箱，在系梁區(qū)寬度較窄，為滿足整體起吊的要求，增設加強聯(lián)系撐，解決了起吊局部荷載較大的問題。4應用效果從鋼吊箱、鋼圍堰在長江上幾座特大橋施工的使用情況來看，設計能夠結合工程特點，選擇合理的結構型式，滿足各種不同工況條件下的使用要求。整體受力上，穩(wěn)定性較好，能抵抗水流及風浪的作用，同時具有良好的抗浮穩(wěn)定性，箱體和封底砼無滲漏發(fā)生。在局部受力上，沒有出現(xiàn)結構變形、構件失穩(wěn)損壞等現(xiàn)象；在分塊拼裝時，拼縫錯臺在局部地方存在，這需要在制做控制上采取必要的措施，如采用導向加強連撐等方法給以解決。總體上講，鋼吊箱、鋼圍堰在深水橋梁承臺施工上的應用是成功的。從方案的確定和結構的設計都較為切合工程實際，應用效果良好。5小結大型深水橋梁主墩施工鋼圍堰、鋼吊箱設計和永久性工程設計有相同之處，也有許多區(qū)別的地方，通過對上述幾個鋼圍堰、鋼吊箱設計和使用效果的總結，就其設計和實施情況有如下幾點認識： （1）鋼圍堰、鋼吊箱，結構型式隨承臺的形狀確定，荷載條件除常見外荷載外，還需隨施工設備及工藝調整。因此在進行設計之前，承臺的主要施工方案和鋼圍堰、鋼吊箱制作安裝方式要確定下來，若使用條件變化就要對其結構進行復核，甚至調整整體結構設計；（2）設計工況和荷載的考慮要緊密結合施工方案，設計人員對鋼圍堰、鋼吊箱的加工、安裝和使用過程要充分掌握，認真分析各種工況下的不利因素，確保結構安全；（3）鋼圍堰、鋼吊箱往往一次性使用，使用周期僅幾個月時間，施工方特別注重要盡可能的節(jié)省用料，但施工工況、施工條件的變化又特別多，不確定因素多，因此設計要在保證整體結構安全的前提下，還要認真分析局部問題，使用