廈漳大橋23#過渡墩鋼套箱龍骨回收施工技術(shù)

2012-08-06 08:50:24王榮勇

城市道橋與防洪 2012年8期

王榮勇

（中交第一公路工程局廈門工程有限公司，福建廈門 361021）

0 前言

鋼套箱圍堰在國內(nèi)多個大型橋梁的深水基礎建設中得到采用。但是由于其底板需淹沒在水中，故底板的回收在施工中往往難以做到。廈漳大橋南汊主橋23#過渡墩鋼吊箱施工通過多方論證，實現(xiàn)了底板中龍骨部分的回收，為今后底板全部回收的施工奠定了基礎。

1 工程概述

廈漳跨海大橋連接廈門海滄區(qū)與漳州龍海市，是廈門市交通規(guī)劃中三條南北通道之一，也是福建省規(guī)劃“八縱九橫”干線公路網(wǎng)中沿海大通道在閩南金三角區(qū)域的關(guān)鍵工程。路線長度9335.390 m，其中橋梁長度8630.9 m。廈漳跨海大橋Ⅳ標段主要是南汊主橋、南汊南引橋。路線總長為810.5 m。主橋采用雙塔雙索面組合梁斜拉橋，跨徑組成為135 m+300 m+135 m＝570 m。

23#過渡墩承臺設計為矩形＋兩端半橄欖防撞形狀，23#過渡墩外廓尺寸為順橋向?qū)?350 cm×橫橋向長3588.4 cm。23#承臺底標高為-2.0 m，厚度為4 m。23#墩為水中承臺，承臺底標高距河（海）床2.5 m左右，采用有底鋼套箱施工，鋼套箱為圍堰＋承臺模板＋永久防撞設施“三合一”設計。承臺采用C40海工混凝土，封底采用C25海工混凝土，厚度為1 m。

2 鋼套箱設計

2.1 設計條件

橋址位于九龍江入?？冢瑸橹械葟姸瘸毕佣巍⒊毕珵榉钦?guī)半日潮，日潮不等現(xiàn)象明顯，但以落潮流為主。根據(jù)2009年8月3日在漳州召開的專家會要求，主墩鋼套箱施工水文條件取20 a一遇，風速取30 a一遇。

平臺頂標高：+6.5 m；雙壁頂標高：+5.7 m；

承臺底標高：-2.0 m；封底混凝土厚度：1.0 m；

設計高潮位：+3.5 m；設計低潮位：-1.5 m；

潮差：5 m；波高：2.0 m；波長：60 m；

設計水流流速：2.0 m/s水流偏角10°（與墩輔線夾角）；風速：35.5m/s；

混凝土握裹力：150 kN/m2；護筒直徑：2.85 m。

2.2 鋼套箱結(jié)構(gòu)構(gòu)造

鋼套箱外輪廓尺寸：38.884 m(長)×16.5 m(寬)×8.7 m(高)，鋼套箱壁板厚 1.5 m，總重約 500 t，由底板、壁體、內(nèi)支撐、懸吊、定位系統(tǒng)及下放系統(tǒng)等六大部分組成，其中底板和壁體是圍水結(jié)構(gòu)。鋼套箱結(jié)構(gòu)見圖1、圖2所示。

圖1 鋼套箱平面圖（單位：cm）

圖2 鋼套箱立面圖（單位：cm）

2.2.1 底板

鋼吊箱的底板采用HN500型鋼焊接所形成的格構(gòu)式結(jié)構(gòu)，縱、橫方向的主梁均采用工字鋼，其上設置次梁將板格細化，次梁采用I12.6工字鋼，面板為δ=6mm鋼板。下放前，底板龍骨采用牛腿+貝雷橫梁支撐及貝雷橫梁吊掛，下放時，底板龍骨采用在壁板上設置牛腿吊掛，下放到位后，通過力學轉(zhuǎn)換將承力結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換至護筒頂（見圖3、圖4）。

圖3 23#墩鋼套箱底板龍骨平面圖

圖4 23#墩鋼套箱支撐牛腿、底板龍骨及底面板實景

2.2.2 壁體

內(nèi)外壁板間用水平環(huán)板、隔艙板等構(gòu)件連成整體，組成雙層板架結(jié)構(gòu)。豎向的隔艙板為一級支撐結(jié)構(gòu)，水平方向的環(huán)板為二級支撐結(jié)構(gòu)，豎向次梁為三級支撐結(jié)構(gòu)。

2.2.3 內(nèi)支撐

鋼吊箱內(nèi)設置了一層水平內(nèi)撐，其頂面標高為＋2.5m，材料為φ800×10mm的鋼管（見圖5）。

圖5 3#墩鋼套箱內(nèi)支撐平面圖

2.2.4 吊掛系統(tǒng)

在鋼護筒上設置支撐牛腿及橫梁，作為拉桿的上端支撐，拉桿采用Φ32精軋螺紋鋼制作，拉桿的下端與鋼吊箱底板相連，連接的方式為鉸接（見圖 6、圖 7）。

2.2.5 定位系統(tǒng)

圖6 3#墩鋼套箱吊掛平面圖

圖7 23#墩鋼套箱三種吊掛結(jié)構(gòu)實景

為了保證鋼套箱順利下放，根據(jù)現(xiàn)場鋼護筒偏位，設置水平定位系統(tǒng)和導向系統(tǒng)。在鋼套箱下放過程中，導向系統(tǒng)與鋼護筒之間保持有5～10 cm的空隙。

2.2.6 下放系統(tǒng)

由LSD主從隨動控制液壓提升（下放）系統(tǒng)、貝雷橫梁、兩道分配梁構(gòu)成。鋼套箱下放時總重量約為400 t，采用4個吊點，設置1臺控制臺控制2臺液壓泵站驅(qū)動4臺LSD3500提升千斤頂?？偟奶嵘芰?×350 t=1400 t,總體安全系數(shù)為1400÷400=3.5。由計算得到單個吊點最大力為1200 kN，故最大吊點處安全系數(shù)為 3500÷1200=2.9。

與常規(guī)的千斤頂提升技術(shù)比較，鋼套箱整體下放具有以下特點：

（1）常規(guī)千斤頂提升技術(shù)完成的動作時主動向上提升，而整體下放時被動下放；

（2）千斤頂提升工程中，不需要入水，不受水流、潮水影響。

為了控制各吊點的受力，保證下放過程的同步性，采用計算機控制同步下放系統(tǒng)控制鋼套箱下放。通過長距離位移傳感器和油壓傳感器適時監(jiān)控千斤頂?shù)奈灰萍昂奢d同步性（見圖8、圖9）。

圖8 23#墩鋼套箱下放平面圖

圖9 23#墩鋼套箱下放實景

2.3 受力分析

根據(jù)鋼套箱拼裝、下放及使用要求，按照鋼吊箱壁板拼裝階段、下放階段、封底混凝土澆筑階段、抽水完成階段、澆筑第一層承臺階段、拆除內(nèi)支撐階段、澆筑第二層承臺階段等幾種工況進行鋼套箱受力分析。

承重結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換過程：

拼裝過程：鋼套箱、底板系統(tǒng)由鋼護筒支撐牛腿及橫梁承擔，拼裝完成后底板龍骨由壁板上的吊掛牛腿與鋼套箱連接成一體；

下放過程：鋼套箱重量由下放橫梁承擔；

封底過程：鋼套箱重量及封底混凝土重量由護筒上的吊掛橫梁及吊掛牛腿承擔；

抽水過程：鋼套箱重量級封底混凝土重量由護筒與封底混凝土之間的粘結(jié)力承擔。

3 施工工藝

3.1 總體施工方法

以鉆孔灌注樁鋼護筒為拼裝鋼套箱時的支撐。成樁后拆除鉆孔平臺，并在鉆孔灌注樁鋼護筒上同一水平高度焊接承重牛腿，在牛腿上拼裝已制作好的底板，將側(cè)板在底板上拼裝。在鋼護筒頂面設千斤頂支架，由千斤頂同步起吊鋼套箱，割除牛腿，下沉鋼套箱。這種方法不需要大型起吊設備，起吊時受周圍環(huán)境的影響相對也較小，但在鋼套箱拼裝前必須拆除現(xiàn)有的鉆孔平臺，起吊后拆除鋼套箱拼裝平臺，操作空間有限，對工期有一定影響。

龍骨在拼裝完成前作為鋼套箱的承重結(jié)構(gòu)，拼裝完成后直至抽水完成后，龍骨均由壁板上的吊掛牛腿與鋼套箱連接成一體，并由牽引纜繩掛在棧橋上，抽水完成后，拆除壁板上吊掛，龍骨脫落入水，采用卷揚機在22#墩平臺由牽引纜繩將龍骨抽出（見圖 10、圖 11）。

鋼套箱拼裝時，由承臺中部向上下游對稱拼裝，實現(xiàn)合龍。并采用計算機控制整體同步下放，完成定位后，完成套箱封底。鋼套箱施工關(guān)鍵工藝有鋼套箱各結(jié)構(gòu)的加工和拼裝、鋼套箱的整體下放、鋼套箱的鎖定及封底混凝土的施工。施工工藝流程見圖12所示。