九龍江特大橋深水基礎(chǔ)鋼套箱圍堰施工技術(shù)

陳治國

(中鐵十七局集團第六工程有限公司，福建廈門 361009)

1 工程概況

九龍江雙線特大橋位于福建省漳州市，在漳州市龍海縣分別跨越九龍江北溪北港、北溪南港和西溪，是廈(門)深(圳)高速鐵路廈門樞紐的重點控制工程。大橋設(shè)計全長4563.941m，共有133個墩臺，主跨分別采用(48+2×80+48)m，(40+2×56+40)m，(80+144+80)m現(xiàn)澆連續(xù)鋼梁跨越九龍江北溪北港、北溪南港、九龍江西溪河段。

主橋72號～78號墩處在西溪上，共有7個水中墩，73號墩地處江中心，距廈門市供水管廊約6m。72號、73號主墩采用12根φ2.5m鉆孔樁，樁長為56m，71號、74號邊墩為12根 φ2.0m鉆孔樁，其余墩臺采用1.25m或1.5m鉆孔樁。

九龍江西溪平均高潮位為2.99m，平均低潮位為－0.86m，最大潮差為4.73m(1988年4月25日)，設(shè)計規(guī)劃為Ⅴ級航道(80m×8m)，設(shè)計最高通航水位為10年一遇洪水位6.33m(見圖1)。

2 施工技術(shù)方案確定

2.1 施工方案的選擇

根據(jù)九龍江西溪水文、地質(zhì)條件，73號墩基礎(chǔ)采用“先樁后堰”的施工方案。首先搭設(shè)施工鉆孔平臺和鋼棧橋完成樁基施工，待孔樁施工完成后，拆除鉆孔區(qū)的平臺面系和承臺范圍內(nèi)的鋼管樁，留下平臺吊裝區(qū)和鉆孔區(qū)的外圍鋼管樁。在原鉆孔平臺的鋼管樁和外側(cè)鋼護筒上設(shè)置牛腿，然后利用牛腿支承作業(yè)平臺來拼裝鋼圍堰，利用千斤頂起吊系統(tǒng)起吊和下放鋼圍堰，最后完成鋼圍堰的清基、封底、抽水和承臺施工(見圖2)。

2.2 鋼套箱設(shè)計與加工

73號橋墩矩形雙壁鋼套箱圍堰內(nèi)壁比承臺尺寸一邊各大20cm、壁厚1.2m，鋼套箱高17.775m。內(nèi)外殼板厚度為8mm，刃腳厚16mm;水平加勁板為10mm×80mm，豎向加勁角鋼為∠90mm×56mm×6mm;水平桁架弦桿為[20槽鋼，斜桿為∠100mm×100mm×8mm;桁架間距為 400mm，600mm，800mm，900mm，1000mm五種;豎向桁架為2[18a拼組而成格構(gòu)式結(jié)構(gòu)的桁架，隔艙板厚度δ=8mm。

2.3 結(jié)構(gòu)檢算

鋼圍堰采用手算法進行檢算。對實際施工中鋼套箱結(jié)構(gòu)的受力進行模擬，采用有限元分析軟件進行結(jié)構(gòu)的受力校核，保證手算結(jié)果的可靠。

2.3.1 建立結(jié)構(gòu)模型

1)手算檢算。

手算檢算對鋼圍堰受力作如下假定來簡化計算:

計算水平斜撐和桁架時假定30倍壁板板厚的寬度參與受力;豎向加勁肋簡化為多跨連續(xù)梁計算，也考慮30倍壁板板厚的寬度參與受力;壁板檢算簡化為支撐在豎向加勁肋上的多跨連續(xù)板計算。

2)計算機軟件分析。

計算機軟件分析采用空間模型進行計算，內(nèi)外環(huán)板、內(nèi)外壁板采用空間板殼單元，水平桁架和豎肋采用空間梁單元，內(nèi)支撐和水平斜桿采用空間桁架單元，即兩端鉸接于水平桁架或環(huán)板。空間結(jié)構(gòu)數(shù)值模型示意圖見圖3。

2.3.2 工況分析及計算荷載

承臺基礎(chǔ)鋼套箱封底完成后，將鋼套箱內(nèi)的水抽干進行承臺施工是最不利工況。因此，主要考慮鋼套箱側(cè)面及底面受到的動水壓力、靜水壓力、土壓力和水浮力，需作以下計算:

1)以鋼套箱外的水壓力、土壓力為主要荷載，鋼套箱內(nèi)的受力桿件強度、剛度計算以及內(nèi)支撐的穩(wěn)定性計算。

2)鋼套箱封底后抽干水鋼套箱的抗浮安全性計算。

2.3.3 計算結(jié)果

采用手算法和電算法對鋼圍堰結(jié)構(gòu)檢算，獲得了基本一致的計算結(jié)果(見表1)。計算表明，鋼套箱在最不利工況下，水平桁架、水平加勁肋、隔艙板、內(nèi)外壁板、內(nèi)支撐強度及剛度均滿足要求;內(nèi)支撐的穩(wěn)定性計算滿足要求;鋼套箱封底混凝土的抗上浮檢算也符合規(guī)范要求。

通過應(yīng)用手算法和電算法的相互校核驗證，保證了計算結(jié)果正確。

表1 鋼套箱主要構(gòu)件計算結(jié)果 MPa

3 鋼套箱施工

3.1 拼裝平臺搭設(shè)

鉆孔樁平臺設(shè)計要提前考慮鋼套箱拼裝的內(nèi)外側(cè)工作樁設(shè)置，孔樁施工完成后，拆除承臺范圍內(nèi)的鋼管樁和鉆孔區(qū)的平臺面系，留下平臺吊裝區(qū)和鉆孔區(qū)的外圍鋼管樁。在原鉆孔平臺的鋼管樁和外側(cè)鋼護筒上設(shè)置牛腿，在牛腿上搭設(shè)承重梁，分配梁鋪設(shè)在承重梁上，根據(jù)潮汐水位和吊裝方便，分配梁頂標高設(shè)置為+3m。放樣出鋼套箱刃腳中心線的位置。

3.2 底節(jié)圍堰拼裝及下水

鋼套箱按圖紙加工好，經(jīng)檢查驗收合格后運到拼裝平臺上，分節(jié)分塊進行拼裝焊接。圍堰拼裝焊接后用倒鏈內(nèi)外固定在鋼護筒和鋼管樁上防止側(cè)翻，進行油密試驗作好下水的準備。底節(jié)鋼套箱預(yù)拼裝完成后鎖定焊接時，同時進行吊掛系統(tǒng)的施工。吊掛系統(tǒng)包括承重柱和反力梁，利用鋼護筒作為承重柱，在鋼護筒上先設(shè)置橋橫向單層雙排貝雷梁，再在貝雷梁上設(shè)置橋縱向單層雙排貝雷梁作為反力梁，下層貝雷梁與鋼護筒、上層貝雷梁與下層貝雷梁之間要牢固連接。在反力梁上設(shè)置精軋螺紋鋼吊掛系統(tǒng)。底節(jié)鋼套箱拼裝完成后用吊掛系統(tǒng)吊住底節(jié)鋼套箱吊點，提升鋼套箱，觀察一段時間，待穩(wěn)定后拆除拼裝平臺，緩慢下放底節(jié)鋼套箱，在高潮位時留有約30cm的干弦高度。

防止未著床的鋼套箱拼裝受潮汐影響，在四個角樁處的鋼護筒上安裝雙層滑輪式導(dǎo)向裝置，第一道導(dǎo)向架標高設(shè)置為+4.5m，第二道導(dǎo)向架標高設(shè)置為+1.0m;在每個艙中刃腳外壁開φ100mm的內(nèi)外連通孔，使各吊點所承受的鋼套箱重量始終不受潮汐影響。

3.3 鋼套箱接高

在底節(jié)頂面定出一個測量基準面并確定中心點，以保證接鋼圍堰的順直，并以此基準面和中心線為準進行結(jié)構(gòu)尺寸的測量控制，然后由平臺上汽車吊或履帶吊吊裝上節(jié)鋼圍堰單元體拼裝接高。接高拼裝由兩臺平臺起重設(shè)備對稱拼裝，為確保第二節(jié)單元的穩(wěn)定性，需要在底節(jié)內(nèi)外壁板上各焊接一根18號槽鋼進行限位，每個單元均設(shè)置一組，露出長度按1.5m控制。吊裝接高時，要隨拼裝，隨調(diào)整，先點焊成型再全面焊接。

第二節(jié)鋼套箱拼裝完成，緩慢下放鋼套箱，在高潮位留有約30cm的干弦高度，往上繼續(xù)接高下一節(jié)鋼套箱。

3.4 鋼套箱著床及吸泥下沉

鋼套箱拼裝完成，緩慢下放鋼套箱，各吊點下放均勻一致，使鋼套箱精確著床。鋼圍堰的著床定位是施工中重要而關(guān)鍵的工序，直接影響到圍堰最終的定位質(zhì)量。圍堰著床后，用RTK或全站儀觀測套箱頂上順橋向和橫橋向的四個點，觀測實際坐標與設(shè)計坐標是否基本相符。如果相符即可拆除懸吊系統(tǒng)保留吊裝平臺(可作為封底混凝土施工平臺用)，并澆筑底節(jié)鋼套箱艙內(nèi)混凝土;如果偏位與傾斜較大，利用懸吊系統(tǒng)和吊裝平臺提起鋼套箱重新著床，直至鋼套箱精確著床。

鋼圍堰在覆蓋層中采用向隔倉灌注混凝土和注水、圍堰內(nèi)吸泥的方法使之下沉，用四臺φ250mm的吸泥機布置在圍堰的內(nèi)壁至中心點距離的一半，同時對稱吸泥，使鋼圍堰緩慢下沉，若吸泥過程中由于吸泥機排水量大，圍堰內(nèi)外產(chǎn)生水位差，而引起刃腳翻砂，要用10臺水泵向圍堰內(nèi)補水。圍堰下沉過程中隨時用RTK或全站儀監(jiān)控圍堰頂面的4個觀測點，發(fā)現(xiàn)偏位，立即用調(diào)整隔倉水或不均勻吸泥的方法糾正。

3.5 封底混凝土施工

鋼圍堰刃腳下到標高后，為了保證封底混凝土的質(zhì)量和鋼圍堰的穩(wěn)定，需用袋裝水泥封堵圍堰內(nèi)刃腳。鋼圍堰要清基處理后，利用吊裝平臺灌注水下封底混凝土。

4 結(jié)語

九龍江特大橋深水基礎(chǔ)承臺采用鋼套箱圍堰施工是成功的，在施工中，鋼套箱圍堰封底均一次成功，抽水后無漏水現(xiàn)象，施工質(zhì)量全部達到設(shè)計要求。

本橋的“先樁后堰”方案，利用既有鉆機平臺改造后拼裝鋼圍堰，利用已有鉆孔樁的鋼護筒導(dǎo)向下沉接高鋼圍堰，利用鋼護筒和輔助鋼管樁作承載結(jié)構(gòu)，下放底節(jié)鋼圍堰，大大節(jié)約了工程成本，加快了工程進度，可供同類工程借鑒。

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