海上懸索橋錨碇沉箱基礎(chǔ)施工方案

馬振民，梁磊磊

(中交二公局二公司，陜西 西安 710119)

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海上懸索橋錨碇沉箱基礎(chǔ)施工方案

馬振民，梁磊磊

(中交二公局二公司，陜西 西安 710119)

以大連南部濱海大道工程錨碇沉箱基礎(chǔ)施工為依據(jù)，闡述海上懸索橋錨碇沉箱基礎(chǔ)施工的主要施工工藝，為海上懸索橋錨碇基礎(chǔ)選型及施工提供新的思路。

海上；懸索橋；錨碇沉箱基礎(chǔ)；施工方案

1 工程簡(jiǎn)介

大連南部濱海大道東起金沙灘東側(cè)的金銀山，向西跨越星海灣，在高新園區(qū)填海區(qū)登陸，全長(zhǎng)約10.36 km。在經(jīng)過星海廣場(chǎng)時(shí)，線路垂直于廣場(chǎng)中軸線，并將主橋主跨中心設(shè)于廣場(chǎng)軸線上。線路距離星海廣場(chǎng)百年城雕1 000 m。主橋?yàn)殡p塔三跨地錨式懸索橋，跨度布置為180+460+180=820 m。橋塔采用“門”式框架混凝土結(jié)構(gòu)，塔高112.31 m，由塔柱和上下橫梁組成。錨碇采用重力式沉箱基礎(chǔ)，沉箱尺寸為69 m×44 m×17 m，單個(gè)沉箱重約26 000 t，為國(guó)內(nèi)最大沉箱基礎(chǔ)。

錨碇基礎(chǔ)大沉箱設(shè)計(jì)尺寸為69 m×44 m×17 m，共150個(gè)艙格，其中底板厚1.0 m，外壁厚45 cm，隔墻厚30 cm，艙格尺寸為4.26 m×4.04 m，沉箱隔墻頂部下臥3.0 m，最外側(cè)艙格維持設(shè)計(jì)高度。本工程共需預(yù)制大沉箱2個(gè)，單個(gè)沉箱混凝土方量約10 400 m3，鋼筋用量約1 128.23 t，重約26 000 t。

錨碇沉箱底面尺寸為72.0 m×47.0 m(包括沉箱趾)，基床頂面每邊比沉箱底面尺寸超出3.0 m，為78.0 m×53.0 m，四周按1∶1坡比放坡至底面。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，基床底部需開挖至強(qiáng)風(fēng)化巖面，同時(shí)基床厚度不得低于1.5 m。東側(cè)錨碇基床底標(biāo)高施工中由設(shè)計(jì)及地勘單位根據(jù)實(shí)際開挖土樣共同確定，基床厚度超過10 m；西側(cè)錨碇基床按設(shè)計(jì)要求厚度為1.5 m，實(shí)際地質(zhì)中局部區(qū)域存在溶洞及海溝，海溝處要求挖至強(qiáng)風(fēng)化巖層，然后用骨料填滿。

基床拋石變更為50～200 mm骨料，沉箱安裝后，采取升漿措施，以消除基床沉降量。

2 施工工藝

2.1 基槽開挖

利用GPS基準(zhǔn)站和GPS測(cè)量系統(tǒng)相對(duì)坐標(biāo)系以及測(cè)量控制軟件，對(duì)挖泥施工進(jìn)行總體測(cè)量控制。東、西錨碇基礎(chǔ)基床沿橋梁縱橋向設(shè)置船地建立網(wǎng)格，在每個(gè)船地再次進(jìn)行縱橫向分條形成小網(wǎng)格，小網(wǎng)格縱向?yàn)? m，橫向?yàn)? m，每個(gè)小網(wǎng)格就代表抓斗開口尺寸。把已經(jīng)分好網(wǎng)格的全部挖泥區(qū)位置圖連同開挖設(shè)計(jì)輪廓線輸入電腦，利用測(cè)量控制軟件控制，用于挖泥施工。其中西側(cè)分五個(gè)船地進(jìn)行施工，東側(cè)分六個(gè)船地進(jìn)行施工。

挖泥船縱向上由南向北，橫向上由西向東依次對(duì)每個(gè)單位施工區(qū)域進(jìn)行挖泥施工。東西兩側(cè)同時(shí)施工，分別配備挖泥船和泥駁。挖泥采用“橫移挖寬，縱移挖長(zhǎng)“的方法進(jìn)行。

挖泥船移位一次的作業(yè)寬度為挖泥船自身的寬度；挖泥船每次前移長(zhǎng)度即船的縱移寬度等于挖斗的一次向前開挖的長(zhǎng)度。每一挖泥區(qū)開挖前，應(yīng)根據(jù)所挖基槽的寬度和挖泥船寬計(jì)算該基槽橫向幾次開挖。

深基槽、泥層厚部分需分層挖泥，以免泥土塌入已挖基槽。每層深度控制在2 m以內(nèi)，為控制好基槽底標(biāo)高和基槽平整度，最后一層挖泥需控制抓斗下落深度和巖層的硬度，其中深度不高于-16.5 m，巖層要到強(qiáng)風(fēng)化巖(承載力不小于1 000 kPa)，一直挖到挖不動(dòng)為止。

2.2 基槽炸礁

(1)鉆孔：在船上確定的孔位處下鉆鉆孔。下鉆前用水砣或套管量測(cè)巖面標(biāo)高，根據(jù)水位與設(shè)計(jì)孔底標(biāo)高計(jì)算鉆孔深度，當(dāng)鉆孔深度達(dá)到要求時(shí)，吹清孔內(nèi)碎碴提鉆，用水砣測(cè)量套管內(nèi)的孔底標(biāo)高，如達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高進(jìn)行裝藥。若出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象需再次下鉆使成孔達(dá)到要求的標(biāo)高。

(2)裝藥：當(dāng)成孔深度達(dá)到規(guī)定要求，按設(shè)計(jì)要求藥量進(jìn)行連續(xù)裝藥。

(3)聯(lián)線起爆：根據(jù)不同距離控制最大齊爆藥量，視現(xiàn)場(chǎng)的施工情況，單排或多排起爆(放炮)一次。采用串聯(lián)法聯(lián)接，尾端接兩發(fā)電雷管引爆。在移船前應(yīng)仔細(xì)檢查聯(lián)線有無錯(cuò)、漏接，確認(rèn)無誤后將危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)的人員和船只撤至安全區(qū)，炸礁船撤出距爆區(qū)150 m外發(fā)出起爆信號(hào)起爆。

2.3 基底拋石

為了便于升漿，西錨碇基床拋填劃分為3個(gè)區(qū)域分別進(jìn)行升漿，為防止漏漿，每個(gè)施工區(qū)域間采用鋪設(shè)雙層土工布作為施工隔斷，拋填順序由中間到兩邊，對(duì)于溶洞及海溝位置，先拋填骨料找平。將每個(gè)分區(qū)的分區(qū)的拋石范圍根據(jù)方駁甲板裝載石料長(zhǎng)度尺寸再分成若干條狀區(qū)域，通常分條寬度小于方駁裝載石料長(zhǎng)度4.0～6.0 m。

采用裝載有反鏟挖機(jī)的600 t自航式甲板駁施工。拖輪拖帶拋石方駁在定位方駁引導(dǎo)下駐位于指定拋石區(qū)域，定位方駁噸位不小于600 t。測(cè)深儀測(cè)出方駁舷外水深，反鏟挖掘機(jī)按指揮人員指引在方駁一側(cè)船舷外指定位置拋石，拋石指揮人員應(yīng)勤問水位，用水砣勤測(cè)水深，直到拋石頂標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)要求及規(guī)范規(guī)定為止。

本船位拋石達(dá)到設(shè)計(jì)要求頂標(biāo)高后，方駁向另一側(cè)移動(dòng)，移船位置2.0 m，重新測(cè)量，繼續(xù)拋石施工。本條拋石完成后方駁移至下一分條，直至本施工區(qū)域全部完成。

基床驗(yàn)收時(shí)測(cè)量船按規(guī)定的網(wǎng)格測(cè)量，測(cè)量間距5.0×2.0 m，測(cè)量水深與設(shè)計(jì)斷面校核后，確定局部需補(bǔ)拋的位置，由方駁加反鏟重新定位進(jìn)行補(bǔ)拋，直至全部合格。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)西側(cè)錨碇基床預(yù)留5 cm沉降量。

2.4 基底整平

整平導(dǎo)軌用φ90鋼管加工而成，單根長(zhǎng)度12 m。導(dǎo)軌沿碼頭軸線方向布設(shè)，整平時(shí)向?qū)к墐蓚?cè)各加寬0.5 m，共計(jì)整平寬度為48 m。據(jù)此寬度設(shè)計(jì)布設(shè)5排導(dǎo)軌，每排導(dǎo)軌間距為9.6 m。

整平刮道采用兩根槽鋼I12對(duì)扣而成，其長(zhǎng)度12 m；并在刮道中間利用小浮鼓吊浮，以減小刮道撓度，同時(shí)起到標(biāo)志作用。潛水員按軌道頂面標(biāo)高，用刮道進(jìn)行粗平。刮道粗平完畢后，進(jìn)行整平導(dǎo)軌的復(fù)測(cè)工作，然后再進(jìn)行一遍刮平、細(xì)平工作。

2.5 錨碇沉箱基礎(chǔ)托運(yùn)安裝

在船塢注水前，利用纜繩將沉箱與船塢兩側(cè)系船柱連接，以限制沉箱橫向移動(dòng)，防止沉箱碰撞塢墻。綜合考慮沉箱起浮跳躍高度(沉箱起浮過程中，由于沉箱與底胎之間存在粘結(jié)力，沉箱脫離底胎的一瞬間，可能會(huì)出現(xiàn)“跳躍”現(xiàn)象)及沉箱趾部與塢墻距離(10.5 m)，為防止沉箱起浮瞬間碰撞塢墻，帶纜時(shí)，纜繩不能繃緊，要保證有5 m左右的富余伸長(zhǎng)量。

所有準(zhǔn)備工作完成后，分階段進(jìn)行注水起浮作業(yè)，如表1所示。

表1 沉箱注水水位控制表

沉箱拖運(yùn)采用“四點(diǎn)三拖+兩傍拖”形式，根據(jù)拖運(yùn)沉箱需用拖帶力，配備主拖輪1艘，功率7 200 hp，最大拖帶力78.5 t；4艘輔助拖輪，每艘功率3 600 hp，最大拖帶力45 t，總拖帶力滿足拖運(yùn)要求。

大沉箱拖運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)之后，以預(yù)先安放好的小沉箱為依托，利用拖輪對(duì)大沉箱進(jìn)行粗定位。粗定位完成后，通過600 t吊船上的卷?yè)P(yáng)機(jī)和拖輪配合對(duì)沉箱進(jìn)行細(xì)定位，直到達(dá)到安裝要求為止，如圖1所示。

圖1 沉箱安裝方法示意圖

2.6 基床升漿

錨碇基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)需要平衡由主纜傳遞至錨碇的斜向力，故沉箱基礎(chǔ)與基床之間需要足夠的水平抗拉力。因錨碇基床的厚度和面積特別大，致使基床升漿總量很大，無法一次升漿完成，必須對(duì)基床進(jìn)行隔斷分塊分次升漿。東錨碇基床采用預(yù)制空心方塊進(jìn)行隔斷，隔斷豎向布置4道，使基床形成5個(gè)獨(dú)立的分塊單元，升漿時(shí)依次分別對(duì)各分塊進(jìn)行升漿。

3 結(jié) 語(yǔ)

沉箱基礎(chǔ)作為重力式錨碇的一種新型結(jié)構(gòu)形式，能為跨海大橋或其他離岸較遠(yuǎn)、水深較深的懸索橋錨碇結(jié)構(gòu)形式提供參考。錨碇結(jié)構(gòu)作為地錨式懸索橋的主要受力結(jié)構(gòu)部分，平衡主纜傳遞的拉力。主纜拉力主要由纜索系統(tǒng)、鋼桁架梁及橋面系、二期恒載以及營(yíng)運(yùn)期間作用在橋梁上部的動(dòng)荷載。錨碇基礎(chǔ)為主纜力提供水平及豎向平衡力，另錨碇沉箱基礎(chǔ)重量巨大，故對(duì)基底有較強(qiáng)的要求。

[1] 重力式碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范[M].人民交通出版社，2009.

[2] 水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范[M].水利電力出版社，1994.

[3] 朱漢華.航道疏浚中挖槽設(shè)計(jì)與工程計(jì)算[J].交通與計(jì)算機(jī)，2003.

2017-03-14

U443.13+2

C

1008-3383(2017)05-0143-02