溫州甌江北口大橋中塔鋼沉井底節(jié)定位施工技術(shù)

吳愛兵，朱三平

（1.中鐵大橋局集團(tuán)有限公司工程管理部，武漢 430050；2.溫州市交通發(fā)展集團(tuán)有限公司，浙江 溫州 325000）

1 工程概況

溫州甌江北口大橋主橋?yàn)?15 m+2×800 m+275 m 三塔四跨雙層鋼桁梁懸索橋。主橋中塔基礎(chǔ)采用倒圓角矩形沉井，沉井下部為59 m 填充混凝土鋼殼結(jié)構(gòu)，上部為9 m 高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。沉井尺寸為長(zhǎng)66 m、寬55 m，平面上有25 個(gè)井孔，為國(guó)內(nèi)首個(gè)強(qiáng)潮河口深厚軟土超大型水中沉井，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 溫州甌江北口大橋中塔沉井基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖（單位：cm）

中塔段地質(zhì)主要為淤泥、淤泥質(zhì)黏土及卵石層。淤泥及淤泥質(zhì)黏土層厚度較大，孔隙比、壓縮性及靈敏度較高，工程性質(zhì)差；卵石層呈灰褐色，飽和，中密～密實(shí)狀，為沉井持力層。橋址區(qū)處于甌江入?？诙危瑢僬?guī)半日潮。漲落潮最大潮差為6.7 m，最大流速2.8 m/s。

2 總體施工方案

結(jié)合橋址區(qū)水文、氣象條件，經(jīng)方案比選論證，鋼沉井節(jié)段在廠區(qū)內(nèi)分塊制造。27.5 m 高底節(jié)鋼沉井在船臺(tái)上組拼成整體后滑道法入水，浮運(yùn)至橋位處，利用“錨墩平臺(tái)+ 重力錨+ 拉纜系統(tǒng)+ 收纜系統(tǒng)”結(jié)構(gòu)形式的定位系統(tǒng)進(jìn)行定位。沉井刃腳混凝土澆筑完成后，實(shí)現(xiàn)沉井精確定位，然后注水著床并下沉至穩(wěn)定深度，進(jìn)行后續(xù)施工，直至完成清基、封底，完成沉井施工。

3 定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

沉井定位系統(tǒng)主要由錨墩平臺(tái)、重力錨、拉纜系統(tǒng)及收纜系統(tǒng)等組成。在順?biāo)鞣较颍诔辆舷掠卧O(shè)置前、后錨墩平臺(tái)；在橫水流方向，在沉井兩側(cè)各布置4 個(gè)重力錨。鋼沉井通過(guò)拉纜系統(tǒng)與錨墩平臺(tái)連接，拉纜系統(tǒng)分上、下2 層設(shè)置。主錨拉纜與邊錨拉纜均收纜于錨墩平臺(tái)頂面[1]。錨墩平臺(tái)上的收纜系統(tǒng)主要由拉纜、鋼絞線、350 t 連續(xù)千斤頂、鋼錨梁等組成。鋼沉井定位系統(tǒng)布置圖如圖2 所示。

圖2 鋼沉井定位系統(tǒng)平面布置圖（單位：mm）

3.1 錨墩平臺(tái)

單個(gè)錨墩平臺(tái)下部設(shè)置16 根直徑2.2 m、長(zhǎng)度80 m 的鋼管樁作為基礎(chǔ)。相鄰管樁之間設(shè)置鋼管連接系。錨墩平臺(tái)上部結(jié)構(gòu)包括扁擔(dān)梁（鋼錨梁）、反力座、轉(zhuǎn)向座、操作平臺(tái)、欄桿等。錨墩平臺(tái)布置圖如圖3 所示。

圖3 錨墩平臺(tái)布置圖（單位：mm）

3.2 重力錨

重力錨為鋼筋混凝土蛙式梳齒錨，布置有排氣孔、吊耳、錨座等結(jié)構(gòu)，外形尺寸為12 000 mm×10 200 mm×6 000 mm，單重約（9000 kN）900 t。重力錨布置圖如圖4 所示。

圖4 重力錨布置圖（單位：mm）

3.3 拉纜系統(tǒng)

沉井通過(guò)拉纜系統(tǒng)與錨墩平臺(tái)和重力錨相連，主錨拉纜與邊錨拉纜均收纜于錨墩頂面。拉纜分上、下2 層設(shè)置，均采用φ110 mm 鋼絲繩，破斷力不小于9 000 kN。主錨拉纜一端與沉井相連，另一端與錨墩頂面的收纜系統(tǒng)相連；邊錨拉纜一端與重力錨相連，然后通過(guò)沉井邊錨轉(zhuǎn)向馬口后與錨墩平面頂面的收纜系統(tǒng)相連[2]。

為提高沉井定位精度，主纜及邊錨拉纜系統(tǒng)需對(duì)稱均勻預(yù)拉，精確定位過(guò)程中邊錨及上層拉纜預(yù)拉力800 kN，下層拉纜預(yù)拉力600 kN。

鋼沉井井壁對(duì)稱設(shè)置2 層主拉纜錨固馬口與邊錨轉(zhuǎn)向裝置。鋼沉井上下游迎水面設(shè)置主拉纜錨固馬口，下層每側(cè)設(shè)置4 個(gè)，上層每側(cè)設(shè)置2 個(gè)。鋼沉井四角設(shè)置邊錨轉(zhuǎn)向裝置，每層各4 個(gè)。轉(zhuǎn)向裝置和錨固馬口與鋼沉井連接的位置經(jīng)專項(xiàng)設(shè)計(jì)，做局部補(bǔ)強(qiáng)處理。

3.4 收纜系統(tǒng)

收纜系統(tǒng)主要由20 臺(tái)350 t 連續(xù)千斤頂、10 臺(tái)液壓泵站及1 套控制系統(tǒng)組成。

4 定位系統(tǒng)計(jì)算分析

定位系統(tǒng)所用單根錨繩在沉井初定位、精定位及沉井著床過(guò)程中最大拉力為1 420 kN，單根錨繩破斷力不小于9 000 kN。

利用有限元軟件建立錨墩平臺(tái)結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，樁土約束采用節(jié)點(diǎn)彈性支撐，分沉井初定位和精定位2 個(gè)工況，在自重、波浪力、水流力、風(fēng)荷載及拉纜偏載力等荷載作用下，錨墩平臺(tái)最大水平位移fmax=172 mm，最大正應(yīng)力為119 MPa，最大剪應(yīng)力為47.0 MPa，均滿足規(guī)范規(guī)定。

5 沉井過(guò)纜

5.1 過(guò)纜準(zhǔn)備

根據(jù)使用部位將主纜提前編號(hào)，一端與沉井上的主錨錨固馬口相連，中間段掛設(shè)在沉井上下游側(cè)壁上，另一端系掛在沉井頂面，隨同沉井一起浮運(yùn)至橋址處。邊錨重力錨在鋼沉井下水浮運(yùn)前拋設(shè)完成，拉纜一端與重力錨錨座連接，中間段沉至河床面，另一端臨時(shí)錨固于錨墩平臺(tái)上。

5.2 主錨過(guò)纜

底節(jié)鋼沉井進(jìn)入預(yù)定施工區(qū)域后，用拖輪將鋼沉井直接頂推至靠上游側(cè)錨墩平臺(tái)20 m 左右處，利用2 臺(tái)浮吊迅速完成上游的2 根臨時(shí)拉纜的掛設(shè)，使沉井處于相對(duì)可控狀態(tài)，然后依據(jù)先內(nèi)后外、先下后，上的原則將提前掛設(shè)于沉井上游側(cè)的主拉纜逐根與上游錨墩平臺(tái)上的收纜系統(tǒng)相連，完成上游側(cè)主拉纜的掛設(shè)。

上游側(cè)主拉纜掛設(shè)完成后，拖輪配合將沉井溜放至沉井設(shè)計(jì)位置偏下游一定距離，盡量靠近下游錨墩平臺(tái)。通過(guò)浮吊、錨墩平臺(tái)上的卷?yè)P(yáng)機(jī)相互配合將下游主拉纜與下游側(cè)錨墩平臺(tái)頂面的收纜系統(tǒng)連接，主拉纜掛設(shè)完成。上下游拉纜掛設(shè)完畢，調(diào)整上下游錨墩平臺(tái)頂?shù)氖绽|系統(tǒng)，將沉井調(diào)整到設(shè)計(jì)中心附近位置。

5.3 邊纜過(guò)纜

鋼沉井邊錨拉纜連接按照左右對(duì)稱、先上游后下游、先下層后上層的原則進(jìn)行。主拉纜過(guò)纜完成后，浮吊及沉井頂面卷?yè)P(yáng)機(jī)共同配合掛設(shè)邊拉纜[3]。先利用沉井頂面卷?yè)P(yáng)機(jī)將提前拋設(shè)在河床面的邊拉纜牽拖出水面，同時(shí)浮吊配合作業(yè)，將邊拉纜逐根對(duì)稱掛設(shè)于沉井邊錨轉(zhuǎn)向馬口上，完成邊拉纜的掛設(shè)。

6 沉井定位

6.1 沉井幾何姿態(tài)的監(jiān)測(cè)控制

在沉井頂面四周中點(diǎn)設(shè)置4 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，安裝GPS 接收機(jī)天線，與岸邊的GPS 基準(zhǔn)站組網(wǎng)，構(gòu)成實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)定位。各測(cè)點(diǎn)的GPS 測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，實(shí)時(shí)生成各測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)和高程。通過(guò)計(jì)算分析，實(shí)時(shí)顯示沉井頂面中心位置、標(biāo)高、平面扭角、傾斜度等。采用GPS 載波相位差分技術(shù)，幾何信息的平面精度達(dá)±（1～2）cm，高程精度為±（2～3）cm，滿足沉井施工動(dòng)態(tài)控制的需要。

6.2 沉井精定位

沉井精定位選擇在高平潮時(shí)段。通過(guò)調(diào)整上下游的主纜拉力來(lái)控制鋼沉井橫橋向位置，通過(guò)調(diào)整沉井橫水流向邊纜拉力來(lái)控制縱橋向定位，通過(guò)調(diào)整上下層拉纜來(lái)調(diào)整鋼沉井垂直度，通過(guò)調(diào)整外側(cè)主拉纜拉力調(diào)整沉井扭轉(zhuǎn)角。過(guò)纜完成后，首先，利用錨墩平臺(tái)上的拉纜系統(tǒng)調(diào)整上下游主拉纜拉力，進(jìn)行橫橋向位置調(diào)整，然后，利用橫水流向邊錨拉纜調(diào)整沉井縱橋向位置。鋼沉井就位后，嚴(yán)格控制每根拉纜的索力設(shè)計(jì)值。高平潮時(shí)段沉井精定位后，利用下一個(gè)低平潮和高平潮對(duì)沉井幾何姿態(tài)、拉纜索力進(jìn)行監(jiān)控復(fù)核。待沉井幾何姿態(tài)穩(wěn)定且滿足設(shè)計(jì)要求、拉纜索力平衡后進(jìn)行注水著床施工。

7 結(jié)語(yǔ)

溫州甌江北口大橋中塔鋼沉井采用“錨墩平臺(tái)+ 重力錨+拉纜系統(tǒng)+ 收纜系統(tǒng)”進(jìn)行定位，沉井定位精度高，實(shí)測(cè)沉井定位精度達(dá)到±15 cm，扭轉(zhuǎn)角為0.14°，遠(yuǎn)優(yōu)于平面偏位不大于45.3 cm、扭轉(zhuǎn)角不大于1°的設(shè)計(jì)要求。該定位技術(shù)適用于深水、地質(zhì)條件復(fù)雜河段與海域及水流多變的潮汐河段與海域的特大型橋梁基礎(chǔ)，對(duì)比其他定位技術(shù)，有錨繩拉力調(diào)整精確、定位精度高、減少因走錨而影響定位精度等優(yōu)點(diǎn)，為特大型橋梁及類似工程應(yīng)用沉井基礎(chǔ)提供了借鑒。