公安長江公鐵兩用特大橋3號墩雙壁鋼吊箱圍堰設計

章耀林

(中國鐵建大橋工程局集團有限公司，天津300300)

公安長江公鐵兩用特大橋3號墩雙壁鋼吊箱圍堰設計

章耀林

(中國鐵建大橋工程局集團有限公司，天津300300)

公安長江公鐵兩用特大橋主橋為(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。3#墩基礎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)×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。該圍堰的設計充分考慮了其建造、運輸和運營階段的主要工況，并結(jié)合現(xiàn)場實時反饋的情況對圍堰結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)修改和檢算。計算結(jié)果和工程實踐均表明圍堰結(jié)構(gòu)合理、可靠。

公鐵兩用橋;斜拉橋;樁基礎;鋼吊箱圍堰;設計

1　工程概況

公安長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江連接公安縣。公安長江公鐵兩用特大橋上層為設計時速100 km/h雙向4車道高速公路，下層為國鐵雙線I級鐵路，全長6 317.822 m。其中主橋為(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#墩基礎采用36根2.8 m鉆孔灌注樁，樁長85 m。樁長范圍均為覆蓋層，地層結(jié)構(gòu)主要為粉細砂和細圓礫土。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#墩承臺平面尺寸為58.4 m× 33.6 m，厚6.0 m，承臺頂高程為+21.450 m，承臺底高程為+15.450 m。3#墩基礎布置見圖1。

圖1　3#墩基礎布置(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。水位最高時段為6月至10月，水位最低時段為當年12月至次年3月，高水位與低水位相差約8 m。

2　3　#墩基礎施工方案

根據(jù)工期計劃安排，3#墩鉆孔樁在汛期施工，承臺安排在枯水期施工。鋼吊箱圍堰在鉆孔樁施工期間的設防水位為+38.5 m，承臺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，確定基礎采用雙壁鋼吊箱圍堰方案。

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

3　雙壁鋼吊箱圍堰的設計

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)見表1。除表1所列構(gòu)件外，圍堰上還需設置一些輔助構(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圍堰計算工況

根據(jù)圍堰加工—運輸—施工的全過程，將圍堰的計算分為8個工況。

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，并用地壟臨時錨固圍堰。圍堰下河布置見圖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

圍堰下水準備工作完成后斷纜，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至墩位處。此工況主要計算圍堰的浮運穩(wěn)定性和吃水深度。

3)工況3:圍堰定位

3#墩圍堰浮運到墩位后需要借助拉纜定位。定位時設置前后定位船，水中拋設霍爾錨、岸上設置地壟，圍堰上設置轉(zhuǎn)向馬口。3#墩鋼圍堰錨碇系統(tǒng)布置見圖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)圍堰下水浮運到位后，利用錨碇系統(tǒng)精確定位，浮吊插打14根定位鋼護筒，調(diào)整圍堰井壁內(nèi)水位，安裝掛樁牛腿，使定位鋼護筒與圍堰固結(jié)形成平臺，36根樁基礎分6個循環(huán)進行鉆孔。鉆孔樁施工期間，依靠14根定位鋼護筒與圍堰形成的鉆孔平臺渡洪。渡洪期間最高水位為+38.5 m、最大流速為2.5 m/s。此時，設計荷載為鉆機重量、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、護筒的入土深度以及護筒受力情況。

5)工況5:圍堰吊放系統(tǒng)計算

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，鋼圍堰的浮力小于其重力，故需要設置吊放系統(tǒng)，見圖5。將圍堰先吊起，待解除圍堰掛裝設備后，再下放圍堰到設計高程，進行二次掛裝。

圖5　3#墩圍堰吊放系統(tǒng)(長度:mm;高程:m)

本文取+28.000 m施工水位計算圍堰吊放系統(tǒng)，一共利用4根鉆孔樁鋼護筒(1#，6#，31#，36#)作為支撐，每根鋼護筒處采用8根32精軋螺紋鋼筋(PSB930)吊放圍堰。吊放系統(tǒng)布置見圖6。由于1#，36#護筒偏位較大，將吊點位置水平轉(zhuǎn)動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。當水位較高時，圍堰浮力大于其自重，故在圍堰井壁內(nèi)注水下沉圍堰。圍堰下沉時，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，圍堰井壁內(nèi)外產(chǎn)生由自重引起的水頭差，設計荷載為圍堰井壁內(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，二次掛樁，施工封底混凝土。此時，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，設計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

封底混凝土達到設計強度后，施工圍堰井壁內(nèi)填充混凝土，圍堰內(nèi)抽水至承臺底，施工承臺。此時，圍堰外最高抽水水位按+34.0 m設計，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，圍堰抗浮計算(封底混凝土與護筒間粘結(jié)力)，以及低水位施工承臺時，封底混凝土與護筒間粘結(jié)力的計算。3.3計算結(jié)果

經(jīng)上述各工況的計算分析得到圍堰各主要構(gòu)件的應力，見表2。計算結(jié)果表明，在整個施工過程中，各構(gòu)件受力均滿足相關規(guī)范要求。

表2　3#墩圍堰主要構(gòu)件應力

4　結(jié)語

在公安長江公鐵兩用特大橋3#墩雙壁鋼吊箱圍設計過程中，根據(jù)施工現(xiàn)場的施工情況和水文條件，對圍堰的結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化設計，以方便施工、節(jié)省投資。同時考慮施工中可能發(fā)生的實際情況對結(jié)構(gòu)進行了檢算，確保了結(jié)構(gòu)安全。經(jīng)實際工程檢驗，證明了該圍堰的設計是合理、可靠的，可為后續(xù)同類橋梁基礎的施工提供借鑒。

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［12］中華人民共和國交通運輸部．JTG/T F50—2011公路橋涵施工技術規(guī)范［S］．北京:人民交通出版社，2011．

(責任審編 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。