九龙江特大桥深水基础钢套箱围堰施工技术

2012-11-06陈治国

山西建筑 2012年8期

陈治国

(中铁十七局集团第六工程有限公司，福建厦门 361009)

1 工程概况

九龙江双线特大桥位于福建省漳州市，在漳州市龙海县分别跨越九龙江北溪北港、北溪南港和西溪，是厦(门)深(圳)高速铁路厦门枢纽的重点控制工程。大桥设计全长4563.941m，共有133个墩台，主跨分别采用(48+2×80+48)m，(40+2×56+40)m，(80+144+80)m现浇连续钢梁跨越九龙江北溪北港、北溪南港、九龙江西溪河段。

主桥72号～78号墩处在西溪上，共有7个水中墩，73号墩地处江中心，距厦门市供水管廊约6m。72号、73号主墩采用12根φ2.5m钻孔桩，桩长为56m，71号、74号边墩为12根 φ2.0m钻孔桩，其余墩台采用1.25m或1.5m钻孔桩。

九龙江西溪平均高潮位为2.99m，平均低潮位为－0.86m，最大潮差为4.73m(1988年4月25日)，设计规划为Ⅴ级航道(80m×8m)，设计最高通航水位为10年一遇洪水位6.33m(见图1)。

2 施工技术方案确定

2.1 施工方案的选择

根据九龙江西溪水文、地质条件，73号墩基础采用“先桩后堰”的施工方案。首先搭设施工钻孔平台和钢栈桥完成桩基施工，待孔桩施工完成后，拆除钻孔区的平台面系和承台范围内的钢管桩，留下平台吊装区和钻孔区的外围钢管桩。在原钻孔平台的钢管桩和外侧钢护筒上设置牛腿，然后利用牛腿支承作业平台来拼装钢围堰，利用千斤顶起吊系统起吊和下放钢围堰，最后完成钢围堰的清基、封底、抽水和承台施工(见图2)。

2.2 钢套箱设计与加工

73号桥墩矩形双壁钢套箱围堰内壁比承台尺寸一边各大20cm、壁厚1.2m，钢套箱高17.775m。内外壳板厚度为8mm，刃脚厚16mm;水平加劲板为10mm×80mm，竖向加劲角钢为∠90mm×56mm×6mm;水平桁架弦杆为[20槽钢，斜杆为∠100mm×100mm×8mm;桁架间距为 400mm，600mm，800mm，900mm，1000mm五种;竖向桁架为2[18a拼组而成格构式结构的桁架，隔舱板厚度δ=8mm。

2.3 结构检算

钢围堰采用手算法进行检算。对实际施工中钢套箱结构的受力进行模拟，采用有限元分析软件进行结构的受力校核，保证手算结果的可靠。

2.3.1 建立结构模型

1)手算检算。

手算检算对钢围堰受力作如下假定来简化计算:

计算水平斜撑和桁架时假定30倍壁板板厚的宽度参与受力;竖向加劲肋简化为多跨连续梁计算，也考虑30倍壁板板厚的宽度参与受力;壁板检算简化为支撑在竖向加劲肋上的多跨连续板计算。

2)计算机软件分析。

计算机软件分析采用空间模型进行计算，内外环板、内外壁板采用空间板壳单元，水平桁架和竖肋采用空间梁单元，内支撑和水平斜杆采用空间桁架单元，即两端铰接于水平桁架或环板。空间结构数值模型示意图见图3。

2.3.2 工况分析及计算荷载

承台基础钢套箱封底完成后，将钢套箱内的水抽干进行承台施工是最不利工况。因此，主要考虑钢套箱侧面及底面受到的动水压力、静水压力、土压力和水浮力，需作以下计算:

1)以钢套箱外的水压力、土压力为主要荷载，钢套箱内的受力杆件强度、刚度计算以及内支撑的稳定性计算。

2)钢套箱封底后抽干水钢套箱的抗浮安全性计算。

2.3.3 计算结果

采用手算法和电算法对钢围堰结构检算，获得了基本一致的计算结果(见表1)。计算表明，钢套箱在最不利工况下，水平桁架、水平加劲肋、隔舱板、内外壁板、内支撑强度及刚度均满足要求;内支撑的稳定性计算满足要求;钢套箱封底混凝土的抗上浮检算也符合规范要求。

通过应用手算法和电算法的相互校核验证，保证了计算结果正确。

表1 钢套箱主要构件计算结果 MPa

3 钢套箱施工

3.1 拼装平台搭设

钻孔桩平台设计要提前考虑钢套箱拼装的内外侧工作桩设置，孔桩施工完成后，拆除承台范围内的钢管桩和钻孔区的平台面系，留下平台吊装区和钻孔区的外围钢管桩。在原钻孔平台的钢管桩和外侧钢护筒上设置牛腿，在牛腿上搭设承重梁，分配梁铺设在承重梁上，根据潮汐水位和吊装方便，分配梁顶标高设置为+3m。放样出钢套箱刃脚中心线的位置。

3.2 底节围堰拼装及下水

钢套箱按图纸加工好，经检查验收合格后运到拼装平台上，分节分块进行拼装焊接。围堰拼装焊接后用倒链内外固定在钢护筒和钢管桩上防止侧翻，进行油密试验作好下水的准备。底节钢套箱预拼装完成后锁定焊接时，同时进行吊挂系统的施工。吊挂系统包括承重柱和反力梁，利用钢护筒作为承重柱，在钢护筒上先设置桥横向单层双排贝雷梁，再在贝雷梁上设置桥纵向单层双排贝雷梁作为反力梁，下层贝雷梁与钢护筒、上层贝雷梁与下层贝雷梁之间要牢固连接。在反力梁上设置精轧螺纹钢吊挂系统。底节钢套箱拼装完成后用吊挂系统吊住底节钢套箱吊点，提升钢套箱，观察一段时间，待稳定后拆除拼装平台，缓慢下放底节钢套箱，在高潮位时留有约30cm的干弦高度。

防止未着床的钢套箱拼装受潮汐影响，在四个角桩处的钢护筒上安装双层滑轮式导向装置，第一道导向架标高设置为+4.5m，第二道导向架标高设置为+1.0m;在每个舱中刃脚外壁开φ100mm的内外连通孔，使各吊点所承受的钢套箱重量始终不受潮汐影响。

3.3 钢套箱接高

在底节顶面定出一个测量基准面并确定中心点，以保证接钢围堰的顺直，并以此基准面和中心线为准进行结构尺寸的测量控制，然后由平台上汽车吊或履带吊吊装上节钢围堰单元体拼装接高。接高拼装由两台平台起重设备对称拼装，为确保第二节单元的稳定性，需要在底节内外壁板上各焊接一根18号槽钢进行限位，每个单元均设置一组，露出长度按1.5m控制。吊装接高时，要随拼装，随调整，先点焊成型再全面焊接。

第二节钢套箱拼装完成，缓慢下放钢套箱，在高潮位留有约30cm的干弦高度，往上继续接高下一节钢套箱。

3.4 钢套箱着床及吸泥下沉

钢套箱拼装完成，缓慢下放钢套箱，各吊点下放均匀一致，使钢套箱精确着床。钢围堰的着床定位是施工中重要而关键的工序，直接影响到围堰最终的定位质量。围堰着床后，用RTK或全站仪观测套箱顶上顺桥向和横桥向的四个点，观测实际坐标与设计坐标是否基本相符。如果相符即可拆除悬吊系统保留吊装平台(可作为封底混凝土施工平台用)，并浇筑底节钢套箱舱内混凝土;如果偏位与倾斜较大，利用悬吊系统和吊装平台提起钢套箱重新着床，直至钢套箱精确着床。

钢围堰在覆盖层中采用向隔仓灌注混凝土和注水、围堰内吸泥的方法使之下沉，用四台φ250mm的吸泥机布置在围堰的内壁至中心点距离的一半，同时对称吸泥，使钢围堰缓慢下沉，若吸泥过程中由于吸泥机排水量大，围堰内外产生水位差，而引起刃脚翻砂，要用10台水泵向围堰内补水。围堰下沉过程中随时用RTK或全站仪监控围堰顶面的4个观测点，发现偏位，立即用调整隔仓水或不均匀吸泥的方法纠正。