摘要： 介紹杭千高速公路第四合同富春江特大橋主橋深水承臺(tái)單壁鋼吊箱圍堰的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)。

    關(guān)鍵詞： 深水承臺(tái) 單壁鋼吊箱 圍堰 設(shè)計(jì)

    1  概況

    杭州至千島湖高速公路是浙江省公路水路交通建設(shè)規(guī)劃（2003~2020）公路網(wǎng)主骨架“兩縱兩橫十八連三繞三通道”之一連“杭新景高速公路”的組成部分，也是杭州市“交通西進(jìn)”公路建設(shè)規(guī)劃“一繞、三線、三連、四大接口”公路網(wǎng)主框架的“一線”。富春江特大橋是杭千高速公路杭州至桐廬段第四合同項(xiàng)目中的一座特大橋，位于富陽市東洲街道的張家村以南至靈橋鎮(zhèn)北側(cè)，全橋長(zhǎng) 1679.5m，全寬33.5m，分上下行兩幅。其中主橋長(zhǎng)367m，為68+2×120+68m預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)-連續(xù)組合梁橋。主橋下部基礎(chǔ)為群樁基礎(chǔ)，高樁承臺(tái)。主橋61#、62#、63#墩每個(gè)墩單幅樁基為9根Φ2.0m鉆孔灌注樁，橫橋向3排，每排3根，承臺(tái)頂面設(shè)計(jì)標(biāo)高為+4.00m，底面設(shè)計(jì)標(biāo)高為0.00m，承臺(tái)平面尺寸為14.20×14.20m.主橋墩位于富春江深水區(qū)，最深高程在-10.0m至-12.5m之間。經(jīng)綜合比較分析，主橋墩61#、62#、 63#承臺(tái)圍堰采用單壁鋼吊箱施工。

    2  單壁鋼吊箱的設(shè)計(jì)圍堰是用于水下施工的臨時(shí)性擋水設(shè)施。

    鋼吊箱圍堰的作用是通過吊箱圍堰側(cè)板和底板上的封底混凝土圍水，為承臺(tái)施工提供無水的干處施工環(huán)境。根據(jù)鋼吊箱使用功能，將其分為底板、側(cè)板、內(nèi)支撐、吊掛系統(tǒng)四大部分。其中，側(cè)板、底板是鋼吊箱圍堰的主要阻水結(jié)構(gòu)并兼作承臺(tái)模板。鋼吊箱圍堰是為承臺(tái)施工而設(shè)計(jì)的臨時(shí)阻水結(jié)構(gòu)，其作用是通過吊箱圍堰側(cè)板和底板上的封底混凝土圍水，為承臺(tái)施工提供無水的干處施工環(huán)境；封底混凝土作為承臺(tái)施工的底模板，吊箱側(cè)板作為承臺(tái)施工的側(cè)模板。

    2.1 構(gòu)造形式的選擇

    國(guó)內(nèi)深水承臺(tái)施工，多采用沉井、鋼圍堰或鋼吊箱法。由于沉井和鋼圍堰施工工序繁鎖，工期長(zhǎng)，材料用量大，而鋼吊箱工藝操作簡(jiǎn)單，節(jié)約工期，材料用量合理并能回收再利用，技術(shù)上可行。所以我們確定采用鋼吊箱施工方案，并對(duì)吊箱側(cè)板的單壁、雙壁兩種方案進(jìn)行了比較，結(jié)合本工程工期、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及施工經(jīng)驗(yàn)等，本項(xiàng)目鋼吊箱側(cè)板采用單壁結(jié)構(gòu)。

    2.2  設(shè)計(jì)條件

    2.2.1  工況條件根據(jù)鋼吊箱圍堰施工工作時(shí)段及設(shè)計(jì)受力狀態(tài)，可按以下幾個(gè)工況進(jìn)行分析：①  拼裝下沉階段；

    ②  封底混凝土施工階段；

    ③  抽水后承臺(tái)施工階段。

    2.2.2  水位條件根據(jù)富陽市水利局提供的近年的水位資料，2002年的最高水位為7.411m，，根據(jù)杭州市氣象水文預(yù)報(bào)2004年仍為偏旱年，與2002年的降雨量相當(dāng)，參照2002年的水位和我部3月、4月自己測(cè)量的水位情況，再結(jié)合吊箱施工進(jìn)度安排（6~7月），確定鋼吊箱的頂標(biāo)高為7.50m（當(dāng)施工水位接近或高于7.5m時(shí)，增設(shè)防浪板，保證正常的施工和安全），設(shè)計(jì)抽水水位為7.50m（可根據(jù)施工時(shí)的水位隨時(shí)調(diào)整）。水流速取為1.50m/s.

    2.2.3  結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)條件綜合各工況條件、水位條件和施工時(shí)間，確定鋼吊箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)條件（61#~63#墩）：圍堰平面內(nèi)凈尺寸：14.20m×14.20m （與承臺(tái)平面尺寸相同，考慮吊箱圍堰側(cè)板兼做承臺(tái)模板）；

    側(cè)板頂面設(shè)計(jì)標(biāo)高：7.50m（保證承臺(tái)施工在干燥無水的條件下進(jìn)行，根據(jù)施工時(shí)間安排，此時(shí)預(yù)計(jì)施工水位最低在4.00m左右，最高為7.50m）；

    底板頂面設(shè)計(jì)標(biāo)高：-2.50m（封底混凝土厚度為2.50m，承臺(tái)的底標(biāo)高為0.00m）；

    內(nèi)支承標(biāo)高：4.50m和7.00m（最不利工況處）；

    設(shè)計(jì)抽水水位：7.50m；

    根據(jù)自然水位變化及鋼吊箱施工作業(yè)時(shí)段，設(shè)計(jì)施工受力結(jié)構(gòu)主要按照最高水位時(shí)，吊箱內(nèi)抽干水后側(cè)板所受水壓力為設(shè)計(jì)依據(jù)，最低水位時(shí)，現(xiàn)澆承臺(tái)砼側(cè)壓力進(jìn)行校核，考慮最高水位時(shí)，鋼吊箱抗浮措施。

    2.3  荷載取值依據(jù)

    由《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》 （JTJ021-98）荷載組合V考慮鋼吊箱圍堰設(shè)計(jì)荷載組合。

    水平荷載：∑Hj＝靜水壓力+流水壓力+風(fēng)力+其他；

    豎直荷載：∑Gj＝吊箱自重+封底混凝土重+浮力+其他；

    其中：?jiǎn)挝幻娣e上的靜水壓力按10kN/㎡計(jì)，水壓隨高度按線性分布；

    風(fēng)速很小，在此可忽略；

    封底混凝土容重；γ=24.0kN/m3；

    水的浮力：γ=10kN/m3；

    封底混凝土與護(hù)筒之間的摩阻力取經(jīng)驗(yàn)值150KN/m2

    2.4  計(jì)算

    綜合工況條件分析和計(jì)算內(nèi)容，對(duì)鋼吊箱各部分取最不利受力工況進(jìn)行計(jì)算。

    ① 底板主要承受封底混凝土重量和吊箱自重。荷載組合為混凝土自重+吊箱自重+浮力，此外，還要對(duì)吊箱入水時(shí)底板受力情況進(jìn)行復(fù)算。吊箱吊掛系統(tǒng)與底板一起進(jìn)行驗(yàn)算。

    ② 側(cè)板以承受水平荷載為主，最不利受力工況為抽水階段，側(cè)板計(jì)算包括豎肋、水平加勁肋、面板、豎肋拼接處及焊接的內(nèi)力、    變形及應(yīng)力計(jì)算。另外，還要對(duì)吊箱逐層入水及承臺(tái)施工等階段側(cè)板受力情況進(jìn)行復(fù)算。內(nèi)支撐系統(tǒng)與側(cè)板計(jì)算，在側(cè)板驗(yàn)算的同時(shí)完成驗(yàn)算。

    ③ 吊箱拼裝下沉階段主要與吊箱自重有關(guān)，以兩層拼裝完成下沉?xí)r為最不利進(jìn)行計(jì)算控制，并據(jù)此計(jì)算結(jié)果設(shè)計(jì)吊點(diǎn)、吊帶。

    ④ 抗浮計(jì)算分兩個(gè)階段：一個(gè)階段是吊箱內(nèi)抽完水后灌筑承臺(tái)混凝土前，另一個(gè)階段是澆筑完承臺(tái)且混凝土初凝前。

    吊箱自重+封底混凝土重+粘結(jié)力（方向向下）＞浮力吊箱自重+承臺(tái)混凝土重+封底混凝土重＜粘結(jié)力+浮力（方向向上）

    ⑤ 封底混凝土強(qiáng)度驗(yàn)算：要驗(yàn)算封底混凝土周邊懸臂時(shí)的拉應(yīng)力和剪應(yīng)力，以及中間封底混凝土的拉應(yīng)力和剪應(yīng)力。

    ⑥ 封底混凝土厚度計(jì)算。

    5  鋼吊箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

    ① 底板底板的作用一是與側(cè)板共同組成阻水結(jié)構(gòu)，變承臺(tái)及部分墩身水上施工為陸上施工，二是作為吊箱、承臺(tái)的承重結(jié)構(gòu)。吊箱底板分成四塊，具體分塊圖見圖3， 吊箱底板由底模托梁和底模組成。底板平面凈尺寸為14.2 m ×14.2m，底板高0.408m，重量為30.35噸。底模托梁為井字梁結(jié)構(gòu)，縱橫邊梁各設(shè)2道，每道由通長(zhǎng)2 [40a組成，縱橫中梁各設(shè)4道，每道由通長(zhǎng)單根I40a組成�？v、橫梁之間的斜撐（除吊桿梁處）為2 [22a，吊桿梁處為2[40a.縱梁之間和橫梁之間分別設(shè)置∠100×80×8角鋼加勁肋。頂板為δ=8mm鋼板。橫梁與縱梁用焊接連接，底板與側(cè)板、側(cè)板之間均用Ф20螺栓連接，焊縫連接及螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算按路橋施工計(jì)算手冊(cè)設(shè)計(jì)。吊桿設(shè)在縱梁上，吊桿采用Ф32的930級(jí)高強(qiáng)度精軋螺紋鋼，共36根。

    ② 側(cè)板側(cè)板采用單壁結(jié)構(gòu)，由Ⅰ25a做縱肋、∠75×50×5做橫肋和8mm鋼板做面板焊接而成。側(cè)板高度方向分為上、下兩層，分別為2.50m、7.50m.每層分為8塊，其中長(zhǎng)邊和短邊各4塊。上層長(zhǎng)邊壁板單塊重為2.348噸，上層短邊壁板單塊重為 2.279噸，下層長(zhǎng)邊壁板單塊重為8.452噸，下層短邊壁板單塊重為7.848噸，側(cè)板總重83.71噸。

    分塊的原則主要是為了便于加工和運(yùn)輸，避免產(chǎn)生超標(biāo)變形，所以分塊較小。吊箱下層側(cè)板與底板及上、下層側(cè)板之間的水平縫和豎縫均采用螺栓連接，縫間設(shè)置10mm（壓縮后為3~4 mm）泡沫橡膠墊以防漏水。側(cè)板的面板為δ＝8mm鋼板，豎楞（接縫角鋼除外）均為I25a工字鋼，間距為660mm，水平加勁肋為 δ=8mm，h=250mm的鋼板，間距為300mm、400mm、450mm和500mm.

    側(cè)板的作用：是與底板（包括封底混凝土）共同組成阻水結(jié)構(gòu)，變承臺(tái)及部分墩身水上施工為陸上施工，另一作用是兼做承臺(tái)施工的外模板。

    ③ 吊箱內(nèi)支撐

    內(nèi)支撐由內(nèi)圈梁，水平斜撐桿二部分組成。總重為28.76噸。

    內(nèi)圈梁：內(nèi)圈梁設(shè)二層，設(shè)在吊箱側(cè)板的內(nèi)側(cè)，高程為4.50m和7.00m處，由下層4I40c和上層2I32c結(jié)構(gòu)組成的水平四邊形，焊在側(cè)板內(nèi)壁鋼板上。內(nèi)圈梁的作用主要是承受側(cè)板傳遞的荷載，并將其傳給水平斜撐桿。

    水平斜撐桿：為菱形支撐結(jié)構(gòu)，桿端與內(nèi)圈梁焊接連接成一體，水平撐桿由2I32c組成。

    ④ 吊箱吊掛系統(tǒng)：

    吊掛系統(tǒng)由縱、橫梁、吊桿及鋼護(hù)筒組成，吊掛系統(tǒng)的作用是承擔(dān)吊箱自重及封底混凝土的重量。

    橫梁：橫梁（順橋向）共計(jì)3排，均設(shè)在鋼護(hù)筒頂，每排由兩片貝雷梁組成。貝雷梁支點(diǎn)設(shè)專用支座（牛腿）焊接于護(hù)筒內(nèi)側(cè)的專用支座（牛腿）上，貝雷梁的作用是支承縱梁，并將縱梁傳遞的荷載（通過護(hù)筒）傳遞至基樁。

    縱梁：縱梁（順?biāo)�方向）設(shè)置在貝雷梁上，共6排，由2I56工字鋼（搭設(shè)工作平臺(tái)用過的）組成。縱梁的作用是支承吊桿，并將吊桿荷載傳遞給橫梁。

    吊桿： 吊桿是由 φ32 mm精扎螺紋粗鋼筋及與之配吊的連接器、螺帽組成，共36根吊桿，重3.13噸， 吊桿下端固定到底板的托梁上，上端固定到吊掛系統(tǒng)的縱梁上。吊桿的作用是將吊箱自重及封底混凝土的重量傳給縱梁。在使用前做試驗(yàn)，滿足施工要求方能施工；在施工過程中，對(duì)吊桿要充分保護(hù)好，禁止碰撞，以免影響施工的安全。

    ⑤ 吊箱定位系統(tǒng)

    鋼吊箱下沉入水后受流水壓力的作用，吊箱圍堰會(huì)向下游漂移，為便于調(diào)整吊箱位置，確保順利下沉，在吊箱側(cè)板內(nèi)壁與鋼護(hù)筒之間設(shè)上下兩層導(dǎo)向系統(tǒng)，第一層設(shè)在距圍堰底板2.00 m 處，第二層設(shè)在距圍堰底板6.00 m處，每層8個(gè)導(dǎo)向。定位系統(tǒng)由導(dǎo)向鋼板、定位孔、定位器（短型鋼）及調(diào)位千斤頂組成。導(dǎo)向板為厚度δ＝16mm鋼板，端部制成圓弧，分別焊于吊箱4個(gè)角部位的縱、橫內(nèi)圈梁上，導(dǎo)向板端部至鋼護(hù)筒外壁之間留一定的空隙；定位孔是利用吊箱底板上靠上游的前排3個(gè)護(hù)筒孔洞作為定位孔，其位置必須和護(hù)筒-2.50m處位置保持一致；導(dǎo)向鋼板及定位孔的作用是控制下沉吊箱的平面位置。調(diào)位時(shí)用調(diào)位千斤頂進(jìn)行。定位是在吊箱下沉到位后，封底混凝土凝固前，為防止水流壓力、波浪力及靠船力等動(dòng)荷載對(duì)自由懸掛的鋼吊箱發(fā)生撓動(dòng)，影響封底混凝土質(zhì)量而設(shè)置固定裝置。定位主要利用鋼護(hù)筒的穩(wěn)定性將下沉到位的鋼吊箱通過定位器與4個(gè)角的鋼護(hù)筒連成整體達(dá)到鋼吊箱的定位。根據(jù)設(shè)計(jì)施工水位，鋼吊箱設(shè)計(jì)總高度為8.0m，共分兩節(jié)，第一節(jié)高 6.0m，第二節(jié)高2.0m.吊箱側(cè)模共4塊，模板之間采用M27雙排螺栓連接，拼縫之間墊δ=8mm厚止水橡膠板；底模由四塊模板相拼而成，各塊之間相對(duì)獨(dú)立，以便拆除，底模側(cè)模之間用16顆螺栓連接。吊箱頂部受力梁、底格梁和8根ф32精軋螺紋鋼筋是吊箱的主要受力結(jié)構(gòu)，吊箱及封底砼自重通過精軋螺紋鋼傳遞給支承平臺(tái)再通過鋼護(hù)筒傳遞給樁基承受。鋼吊箱設(shè)計(jì)布置見.

    鋼吊箱總重約142t，采用在駁船上逐塊散拼，80t浮吊分體吊裝的方式進(jìn)行施工。施工荷載及自重主要由吊帶和支承架傳遞與樁基承受。

    6  結(jié)束語

    富春江特大橋主橋承臺(tái)圍堰施工方案的設(shè)計(jì)，無論從經(jīng)濟(jì)技術(shù)的可行性，還是從現(xiàn)場(chǎng)組織施工的結(jié)果都取得了成功，節(jié)約了工期，降低了成本，為后序施工打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

    參考文獻(xiàn)

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