嘉魚長(zhǎng)江大橋鋼吊箱設(shè)計(jì)與施工

劉國(guó)鵬，周 彬，杜俊波

（中交第二公路工程局有限公司，陜西 西安 710043）

嘉魚長(zhǎng)江大橋鋼吊箱設(shè)計(jì)與施工

劉國(guó)鵬，周 彬，杜俊波

（中交第二公路工程局有限公司，陜西 西安 710043）

本文主要介紹了嘉魚長(zhǎng)江大橋11#墩深水承臺(tái)鋼圍堰設(shè)計(jì)計(jì)算要點(diǎn)及施工關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)本鋼吊箱設(shè)計(jì)與施工系統(tǒng)闡述為同類承臺(tái)施工提供參考經(jīng)驗(yàn)。

鋼吊箱設(shè)計(jì)與施工；鋼吊箱拼裝下放；鋼吊箱定位

鋼吊箱已成江海深水承臺(tái)施工的常見施工形式，但對(duì)于低樁承臺(tái)、深水位、高流速及內(nèi)支撐同鋼護(hù)筒沖突等不利因素綜合影響的鋼吊箱設(shè)計(jì)與施工缺乏相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)，嘉魚長(zhǎng)江公路大橋11#墩承臺(tái)鋼吊箱圍堰設(shè)計(jì)與施工通過(guò)一定創(chuàng)新解決了內(nèi)支撐與鋼護(hù)筒布置沖突、利用超高偏位鋼護(hù)筒下放及定位鋼吊箱及超寬吊箱同步下放等難題。

1 工程概況

嘉魚長(zhǎng)江公路大橋方案為為主橋主跨920米非對(duì)稱單側(cè)混合梁、半漂浮體系斜拉橋，全橋橋跨布置為：5×30m預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)小箱梁+[（70+85+72+73）+920+（330+100）]m雙塔非對(duì)稱單側(cè)混合梁斜拉橋 +[8×（6×50）m+（5×50）m+(55+100+55)m]預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁橋。

11#索塔承臺(tái)采用“矩形＋圓端”整體式承臺(tái)，承臺(tái)頂面標(biāo)高為14.470m，底面標(biāo)高為6.470m。尺寸為50m×33.0m×8m，圓端半徑R=21.013m，其下樁基布置為42根，按梅花型布置，樁長(zhǎng)87m，樁徑為2.5m。

圖1 11#索塔承臺(tái)構(gòu)造圖（單位：cm）

2 剛吊箱的設(shè)計(jì)

2.1 吊箱設(shè)計(jì)概況

鋼吊箱壁厚1.6m，平面尺寸比承臺(tái)輪廓線大5cm。鋼吊箱尺寸為53.3×36.3×21.8m，豎向分為3節(jié)，分節(jié)高度為9.6+10+2.2m，頂端的2.2m為單壁圍堰。鋼吊箱水平向分為24塊，總重量約為1300t，鋼吊箱總體布置見圖2、圖3。

吊箱內(nèi)外壁板均采用6mm厚鋼板，首節(jié)鋼吊箱縱肋采用L90×10角鋼，其余縱肋采用L75×50×6角鋼，間距均為45cm。環(huán)板桁架采用2L75×6及2L90×12角鋼（鋼箱附近的環(huán)板桁架進(jìn)行了加強(qiáng)），桁架腹桿節(jié)點(diǎn)間距最大1.78m，桁架層間距為1.0～1.5m，水平環(huán)板采用10mm或12mm鋼板。鋼吊箱壁板材料均采用Q345B。鋼吊箱豎向共布置三道內(nèi)支撐，平面順橋向布置三道?1020×10mm鋼管(部分為?1020×16mm鋼管)，橫橋向布置兩道?820×10mm的鋼管，豎向支撐采用2C40a型鋼。與內(nèi)支撐沖突的鋼護(hù)筒事先進(jìn)行水下切割，內(nèi)支撐材料均采用Q235A。

吊箱封底厚度為3.5m(3.2m封底混凝土+0.3m調(diào)平層)，采用C25水下混凝土。鋼吊箱底板采用格構(gòu)式底板，底板各型鋼之間焊接為整體結(jié)構(gòu)。底板主、次梁均采用2HN350×175，分配梁為工20a，底面板采用鉆孔平臺(tái)面板，厚度為10mm的鋼板；

吊箱施工采用現(xiàn)場(chǎng)散拼施工，首節(jié)在拼裝平臺(tái)上拼裝成整體，利用千斤頂進(jìn)行整體下放。首節(jié)鋼吊箱重約1000t，下放系統(tǒng)設(shè)置12個(gè)吊點(diǎn)，利用24臺(tái)150t千斤頂結(jié)合168根Ф15.2鋼絞線進(jìn)行下放。

吊箱底板懸吊系統(tǒng)采用2[14a拉桿，拉桿上端與護(hù)筒四周銷接，下端與底板銷接。割護(hù)筒處吊桿懸掛在相鄰護(hù)筒頂貝雷梁上。

吊箱下放導(dǎo)向系統(tǒng)，采用內(nèi)、外共同導(dǎo)向，內(nèi)導(dǎo)向設(shè)置于吊箱壁板內(nèi)側(cè)，上下共設(shè)置兩層，每層共設(shè)置6個(gè)點(diǎn)。外導(dǎo)向利用鉆孔平臺(tái)與吊箱相鄰的鋼管樁，在橫橋向下游側(cè)設(shè)置3個(gè)外導(dǎo)向，僅設(shè)置一層。

吊箱水平定位系統(tǒng)布置在鋼吊箱內(nèi)側(cè)壁板上，高度方向設(shè)置3層，平面位置與內(nèi)導(dǎo)向系統(tǒng)一致，在高度方向上與內(nèi)導(dǎo)向系統(tǒng)避開布置。

澆筑封底混凝土?xí)r，為保證鋼吊箱內(nèi)外水頭一致，在鋼吊箱壁板上設(shè)置了8個(gè)φ426mm的連通管。

表1 鋼吊箱主要桿件型號(hào)及材質(zhì)

圖2 鋼吊箱總體布置平面圖（單位：cm）

圖3 鋼吊箱總體布置立面圖（單位：cm）

2.2 鋼吊箱計(jì)算工況及計(jì)算結(jié)果

鋼吊箱計(jì)算分為拼裝平臺(tái)計(jì)算、吊箱首節(jié)下放計(jì)算、剛吊箱封底計(jì)算、剛吊箱抽水工況計(jì)算、拆除第一層支撐計(jì)算、拆除第二層支撐計(jì)算及塔身起始段工況計(jì)算。

根據(jù)工期安排，鋼吊箱在枯水期施工。鋼吊箱拼裝階段考慮水位+22.5m（10月上半月份），抽水階段考慮水位+22.0m（10月下半月份），下塔柱施工階段考慮水位+24.5m（5月份下半月份）。鋼吊箱設(shè)計(jì)水流流速取2.0ms/。計(jì)算風(fēng)力取20年一遇的基本風(fēng)速23.9m/s。

表2 橋位各月最高水位表

經(jīng)計(jì)算鋼吊箱各個(gè)工況計(jì)算，鋼吊箱在各個(gè)工況下壁板及環(huán)板應(yīng)力、環(huán)板桁架及內(nèi)支撐穩(wěn)定性、封底混凝土抗浮及抗沉均滿足規(guī)范及安全要求。

圖4 鋼吊箱計(jì)算模型

圖5 鋼吊箱壁板應(yīng)力（MPa）

圖6 鋼吊箱變形（mm）

圖7 封底抗浮主應(yīng)力圖（MPa）

3 鋼吊箱施工

3.1 鋼吊箱加工及運(yùn)輸

鋼吊箱由專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)廠家加工，每個(gè)壁板塊段加工完成后均單獨(dú)進(jìn)行檢驗(yàn)，其加工精度要求如表3。鋼吊箱壁板和底板分塊加工并在工廠進(jìn)行預(yù)拼裝。鋼吊箱及底板分開加工完成后用駁船運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。

表3 鋼吊箱加工精度要求

3.2 鋼吊箱底板及壁板拼裝

吊箱施工采用分塊吊裝，整節(jié)下放方式進(jìn)行，施工中可采用100噸履帶吊配合龍門吊吊裝施工。拼裝施工應(yīng)按照對(duì)稱原則進(jìn)行，使壁板塊件之間的誤差積累降至最低，拼裝施工過(guò)程中應(yīng)用全站儀進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在拼裝平臺(tái)上的拼裝順序?yàn)橄绕辞€段塊段，再拼直線段塊段。拼裝完成后利用煤油滲透試驗(yàn)檢查鋼吊箱是否漏水。

圖8 鋼吊箱底板安裝

圖9 鋼吊箱壁板安裝

3.3 鋼吊箱下放及定位

吊箱下放時(shí)沿壁板共布置12個(gè)吊點(diǎn)，單個(gè)吊點(diǎn)最大受力為93.6t，施工采用千斤頂和鋼絞線配合下放。吊箱在下放前首先應(yīng)進(jìn)行試吊，檢查吊點(diǎn)、壁板、鋼絞線、千斤頂均無(wú)故障后方可正式下放。鋼吊箱在下放時(shí)應(yīng)統(tǒng)一部署、統(tǒng)一指揮，保持各吊點(diǎn)下放的同步性。下放過(guò)程應(yīng)緩慢進(jìn)行。各吊點(diǎn)處均應(yīng)設(shè)專人觀察，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決。下沉過(guò)程中向鋼吊箱隔艙內(nèi)加水，均應(yīng)按照各隔倉(cāng)均勻?qū)ΨQ的原則進(jìn)行，避免吊箱各方向受力不均。開放連通管，保持內(nèi)外水壓平衡。

鋼吊箱下放到位后利用設(shè)在吊箱上的調(diào)整千斤頂進(jìn)行精確定位。從檢測(cè)結(jié)果看,安裝到位后的平面位置及高程均滿足要求。

表4 鋼吊箱調(diào)位精度要求

圖10 拉桿及下放系統(tǒng)安裝

圖11 首節(jié)鋼吊箱下放

3.4 鋼吊箱封底及抽水

鋼吊箱下放精確調(diào)位后及時(shí)地進(jìn)行封底混凝土澆筑工作，封底之前潛水員下水進(jìn)行鋼護(hù)筒周圍底板封底，并用鋼刷對(duì)封底范圍內(nèi)鋼護(hù)筒周圍泥皮進(jìn)行清除。布設(shè)封底導(dǎo)管并將導(dǎo)管編號(hào)，導(dǎo)管懸空為20～25cm。為了使每批混凝土澆注后，水下混凝土面形成一定的坡率，埋住導(dǎo)管底口，保證混凝土質(zhì)量，首批混凝土采用坍落度(16cm)，其他部分為16～20cm。在水下封底混凝土澆筑過(guò)程中，嚴(yán)格控制混凝土澆筑過(guò)程，隨時(shí)利用側(cè)繩測(cè)量出混凝土面的高程。

封底混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%強(qiáng)度后進(jìn)行吊箱內(nèi)抽水，抽水速度不應(yīng)過(guò)快。當(dāng)發(fā)現(xiàn)封底混凝土有漏水現(xiàn)象時(shí)，立即停止抽水，檢查封底漏水位置，然后向吊箱內(nèi)灌水，使內(nèi)外水頭一致，再采取水下注漿或其他措施封堵封底裂縫。

4 設(shè)計(jì)及施工創(chuàng)新點(diǎn)

圖12 承臺(tái)封底混凝土澆筑

本工程水位深，流速大，鋼護(hù)筒超高及施工偏位大，本鋼吊箱設(shè)計(jì)及施工克服一系列難點(diǎn)，形成以下創(chuàng)新點(diǎn)：

（1）本鋼吊箱通過(guò)割除一定數(shù)量鋼護(hù)筒布置內(nèi)支撐，內(nèi)支撐與鋼吊箱壁板相接處設(shè)置鋼箱，鋼箱間距達(dá)12m多，遠(yuǎn)超同類鋼吊箱設(shè)計(jì)。本工程通過(guò)采取Q345B鋼材及加強(qiáng)吊箱環(huán)板桁架來(lái)解決超大距鋼箱間壁板應(yīng)力及變形過(guò)大問(wèn)題。

（2）環(huán)板桁架為吊箱壁板內(nèi)受壓桿件，其受力穩(wěn)定性對(duì)于鋼吊箱安全至關(guān)重要，本工程相比于傳統(tǒng)鋼吊箱環(huán)板桁架設(shè)置了雙角鋼填板，變傳統(tǒng)的單角鋼受力成為雙角鋼協(xié)同受力，大大提高了吊箱安全性及經(jīng)濟(jì)性。

（3） 由于與內(nèi)支撐布置沖突，割除了一定數(shù)量的鋼護(hù)筒，為了避免割除鋼護(hù)筒位置處吊箱底板在澆筑封底混凝土工況下應(yīng)力及變形過(guò)大，在相鄰的護(hù)筒上搭設(shè)貝雷梁，在其上設(shè)置扁擔(dān)梁吊桿兜拉底板，這在經(jīng)濟(jì)上優(yōu)于傳統(tǒng)設(shè)置底板桁架的做法。

（4）鋼護(hù)筒懸臂高度較大且存在偏位現(xiàn)象，鋼吊箱在下放過(guò)程中通過(guò)設(shè)置在吊箱上的彈簧可變導(dǎo)向順應(yīng)偏位護(hù)筒，避免了鋼圍堰下放過(guò)程中卡殼及位置偏移過(guò)大難題。

（5）采用液壓千斤頂同步系統(tǒng)下放鋼吊箱，吊箱底板吊桿下銷點(diǎn)與底板提前相連，其與吊箱同步下放，避免了水下安裝吊桿作業(yè)。在鋼護(hù)筒四周吊桿上設(shè)置環(huán)形鋼筋套箍，防止單根超高吊桿下放過(guò)程中失穩(wěn)。

5 結(jié)論

隨著大跨徑橋梁技術(shù)的不斷發(fā)展，在河床大沖刷及深水條件下承臺(tái)施工鋼吊箱將會(huì)得到廣泛應(yīng)用，本文通過(guò)分析嘉魚長(zhǎng)江大橋11#墩深水承臺(tái)的各種不利因素，闡述了吊箱設(shè)計(jì)計(jì)算方法及施工工藝方案，通過(guò)一系列創(chuàng)新方案解決設(shè)計(jì)及施工問(wèn)題，為同類橋梁承臺(tái)施工提供經(jīng)驗(yàn)。

[1]JTG D60-2015，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S]．

[2]GB50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[3]張雄文，任回興．蘇通大橋5800t鋼吊箱整體沉放技術(shù)[J]．中國(guó)工程科學(xué)，2010(2)．

U443

A

1006—7973（2017）12-0068-03

10.13646/j.cnki.42-1395/u.2017.12.027