浮动钻孔平台锚碇系统数值解和调整办法

2013-07-10谢支钢张家宇李澐珑杨明秀黄贵明

交通科技 2013年3期

谢支钢张家宇李澐珑杨明秀黄贵明吕宁

（1.宜昌市夷陵区公路管理局宜昌 443100；2.宜昌市虹源公路工程咨询监理有限公司宜昌 443000；3.中铁十八局集团有限公司天津 300220）

三峡库区百岁溪大桥全长368.0 m，设计桥型为95m＋170m＋95m 连续刚构桥，桥梁全宽10.0m。下构主墩采用双薄壁形式，墩高39m，主墩承台尺寸为顺桥向12.4m，横桥向10.5m，承台高4m，主墩设置4根直径2.5m 的钻孔桩，桩长37m。在每年的10月初至次年的3月底，库区水位在175m，4月初至9月底，库区水位在175m～145m～175m 涨落，在汛期7月至8月初，库区水位在145～160m，涨落频繁，日最大涨落3.0m。

1 浮动平台和龙门吊的制作

浮动平台采用2 艘600t驳船拼接而成，间距15.5m，在每艘驳船承重梁上顺船向铺2条宽30cm、厚10mm 的钢板，钢板上面铺纵梁（纵梁由I40b工字钢组成），焊接稳定。在纵梁上搭设6条贝雷梁，贝雷梁与驳船纵梁采用U 形扣接，在贝雷梁上铺设间距1.3m22b工字钢做平台分配梁，分配梁上满铺竹跳板形成钻孔平台［1］。在船头、船尾的横向贝雷梁间搭设竖向贝雷梁架，高1 2m，在竖向贝雷梁上再搭设加强型贝雷梁形成2个龙门架，做龙门吊基础轨道，设计龙门吊吊重50t，吊高12m。根据桩间距及钻机的尺寸，每个承台安排2台钻机对角进行钻孔，见图1。

图1 浮动平台操作图

2 浮动平台锚碇系统

浮动平台锚碇系统由混凝土锚块、锚杆（岸上）、钢丝绳、卷扬机等组成。锚碇分为主锚、岸锚及安全锚。锚碇系统是6个混凝土锚块和4个岸锚，每个混凝土锚块重15t，岸上设置4台岸锚，其中2个为方向锚，另2个为安全锚。岸锚采用机械钻孔入岩，并用直径30 mm 钢筋做膨胀锚杆，深约3m。选用钢丝绳直径22mm、长约250 m 的8t可调速卷扬机。锚碇系统按4个方向8个锚绳固定，基本按“井字型”布置，见图2［2］。

图2 浮动平台锚碇示意图

3 锚碇系统的数值解法

浮动平台在某一水位就位后，锚碇系统形成，但由于水位变化，卷扬机松动钢丝绳，浮平台产生位移，这时通过8个方向的卷扬机的松放，逐步调整浮动平台的位置，使位于新水位时的浮平台准确就位。而采用这种一边测量一边调整的方法往往使浮平台左右摆动，前后移动，现场操作4～5d还难以准确就位。

为解决这一施工难题，假设浮动平台在某一水位准确就位后，锚碇系统平衡，取其中一块锚碇为例进行分析。设锚块至卷扬机水平距离为200 m，卷扬机至锚块高程差为25 m，卷扬机拉力为T，锚块重10t，欲求得锚碇系统在新的水位时浮平台的水平位置不变，竖直位置变化后，该锚定钢丝绳通过长度收放，达到浮动平台垂直移动而不

发生水平位移。计算模式见图3。

图3 计算模式图

解法如下。设水底是水平的，水深为h，锚链固定于o点。设锚链位于一垂直平面内，不考虑锚链的三维变形；水流没有垂直分量，水平流速也位于锚链所在平面内，且流速大小恒定，不随水深变化。设o点处锚链的张力为T0，力的作用线与x 轴成α 角，其水平分力记为R；系船处张力为T1，其力的作用线与水平方向的夹角记为β，T1在水平方向上的分力即为船舶的锚泊力，见图4。

图4 钢丝绳受力分析图

锚链单位长度在水中的重量为q，水面上的部分链长度较短，其单位长度自重近似为q，悬链线部分长度为L 。在有锚链卧底的情况下，即在悬链线方程特例情况下，该坐标系原点相当于建立在卧底直线和悬链线的分界处。可以求出一般状态下的悬链线方程［3］：

悬链线的长度为：

在本题中，系船处张力T1保持不变，小于50 kN，不妨设为40kN。锚泊力R 决定了悬链线方程中的重要参数a。

对式（1）求导有

在x＝200m 处

综上有，式（1）确定了方程f（y，a，α）＝0，式（3），（4），（5）确定了另一个方程g（a，α）＝0。只要将垂直高度y 值带入再联立这两个方程组即可解出参数a 和α，继而代入到式（2），算出链长。

在初始条件下，x＝200m，y＝25m，T1＝50 kN。当锚链够长，锚干水平贴地，即起锚角α＝0时，可将α，x，T1带入计算，这时y＝12.4m＜25 m，说明此时有起锚角。已知条件为x＝200 m，y＝25m，T1＝50kN，利用计算机容易求出α0＝0.0779°，a＝2142.4。再带入式（2）求出初试状态下锚链长度为L0＝201.63m。

如此反复带入垂直高度y值，即可求出各个高度下锚链长度L，相减即可算出放链长ΔL与垂直高度y之间的关系，并做出函数图，见表1，图5、图6。