庫區動態水位橋梁浮動平臺設計施工技術

劉洪偉

（中鐵十八局集團有限公司第四工程有限公司 天津 300222）

?

庫區動態水位橋梁浮動平臺設計施工技術

劉洪偉

（中鐵十八局集團有限公司第四工程有限公司 天津 300222）

摘要：連續剛構橋梁各項施工工藝逐漸成熟，但施工作業環境又根據現場的施工條件各不相同。依托宜昌百歲溪大橋工程，針對三峽庫區水位動態變化條件下橋梁施工的難題，通過浮動平臺設計施工，解決了大橋橋梁鉆孔樁基礎、承臺、墩柱及上部結構施工作業面的問題，為大橋的施工創造了有利條件。為同類工程施工提供借鑒。

關鍵詞：動態水位 浮動平臺 設計 施工

1　工程概述

1.1工程概況

百歲溪大橋全長368.0 m，設計橋型為（95+170+95）m連續剛構橋，橋梁全寬10.0 m，行車道寬8.0 m，兩邊各1.0人行道系。下部構造設計為：橋臺設置6根φ1.2 m的鉆孔樁，樁長14 m，橋臺承臺尺寸為11 m× 5.9 m×1.6 m；主墩采用雙薄壁形式，墩高39 m，主墩承臺尺寸為10.5 m×12.4 m×4 m，主墩設置4根φ2.5 m的鉆孔樁，樁長37 m。

1.2水位情況

百歲溪屬長江的一條支流，橋址區上游匯水面積大于25 km2，百歲溪大橋位于三峽庫區，橫跨百歲溪，距三峽大壩直線距僅7 km，橋梁水位受三峽蓄水控制。受庫區水位影響，庫區蓄水至最高水位175 m時主墩承臺以上24 m全部位于水中，水位降至最低145 m時承臺以下全部在水中。

2　浮動平臺方案設計

百歲溪河床覆蓋層較薄，而且巖體堅硬，鋼管樁鉆孔平臺無法生根，并且庫區水位變化幅度和頻率很大，施工時必須采用浮動平臺適應水位的變化。浮動平臺在錨碇系統和隨水位變化時的穩固方面是施工的難點。

根據經濟等綜合比選，浮動平臺采用大型駁船做為浮體，進行拋錨定位后搭設貝雷梁成整體鉆孔施工平臺，平臺上設置50 t龍門吊1臺，保證下部結構施工的起吊。同時在0#臺靠岸位置搭設浮動碼頭及簡易浮橋以通過行人和混凝土輸送泵管。

2.1浮動平臺總體方案確定

平臺尺寸根據承臺尺寸，施工工作面，平臺上的機具尺寸，鋼筋加工場地，鋼吊箱的尺寸，貝雷梁的單節長度，浮體的尺寸等綜合考慮。

浮平臺采用2艘600 t駁船聯接而成，在每艘駁船承重梁上橫向鋪二層10 mm厚鋼板，鋼板上面鋪由I40 b工字鋼組成的縱梁，焊接以穩定，在縱梁上按承臺尺寸搭設貝雷梁，貝雷梁上鋪設平臺I22工字鋼分配梁，長19 m一根間距1.3 m，上滿鋪竹跳板形成鉆孔平臺。鉆孔平臺上設有用40 b工字鋼制作的鋼護筒導向架、龍門吊采用自購門吊搭設，吊重50 t，吊高10 m。根據樁間距及鉆機的尺寸，每個承臺安排2臺鉆機對角進行鉆孔。

2.1.1浮動平臺的構成

主墩平臺采用2艘600t駁船做為浮體，駁船上鋪設鋼板、貝雷梁、型鋼做為平臺。駁船橫橋向順水流設置尺寸為長44 m，寬10.5 m。鋼護筒尺寸φ2.8 m。見圖1。

圖1　浮平臺平面布置圖

2.1.2浮平臺組裝及拖運

由于浮平臺采用大型構件進行拼裝，需要一定的場地，且平臺的用鋼量很大，地方道路受寬度、彎道半徑及水毀的影響，無法滿足大噸位及長構件的運輸，同時考慮平臺搭建好后長度為44 m，寬度為42 m，在推進施工現場受主航道的影響。因此綜合考慮拼裝現場選擇在秭歸縣的福廣碼頭進行。

駁船依靠在碼頭，大型構件及型鋼通過翻壩高速公路運至福廣碼頭后，由汽車吊進行吊裝。在場地上拼裝貝雷梁后，經汽車吊進行轉運至碼頭，再吊裝至駁船上進行組裝。鋼護筒在碼頭的場地上安裝好龍門吊后，現場用卷板機進行卷制焊接，再由運輸車運到碼頭，由浮吊吊裝至機駁船上，運到施工場地。

2.1.3浮平臺錨碇設定及修正

平臺錨碇系統由混凝土錨塊、錨桿（岸上）、鋼絲繩、卷揚機等組成。錨碇分為主錨、岸錨及安全錨。

在平臺錨碇系統的計算和方案選定及錨碇系統的實施期間，先前的一套系統是按設計圖提供正常的水位變化及流速和風速進行計算的。錨碇系統是6個混凝土錨塊，2個岸錨，每個錨塊為2.8 m3，岸錨是采用風槍在硬巖上鉆孔5 m深，注水泥漿埋設Ф32的鋼筋做為錨桿。鋼絲繩采用的是直徑14 mm長度200 m的鋼絲繩，在兩條駁船上分別設置4臺3 t卷揚機進行收放錨繩。

由于7月初至中下旬，受宜昌周邊強降水的異常氣候的影響，同時受上游洪峰和大壩防洪的需要，水位迅速上漲高水位161 m，而且每天的水位上漲迅速，水流速度快，再加上強對流天氣的風速比先前設計參數相差較大，由于項目位于庫區，離三峽大壩的直線距離只有7 km，為了充分考慮平臺對大壩的安全，重新對平臺的錨碇系統進行計算和實施。在安全方面考慮4條安全錨錠，即在上下游方向的兩條駁船上分別設置2條安全主錨，以保證浮平臺在汛期的安全穩定性。同時為了能夠滿足平臺整體的穩定性和方便快速調整平臺位置，在靠近3號臺及0號臺每側分別設置了2條錨繩。同時考慮到水位繼續上漲的影響，在0號臺處在原來的150 m水位設置的岸錨的基礎上，又增加了155 m、160 m水位的兩組岸錨。

修正后錨碇系統為6個混凝土錨塊，錨塊采用C30混凝土在福廣碼頭進行預制，每個錨塊為4.1 m3，鋼絲繩采用的是直徑22 mm的鋼絲繩，岸上設置兩臺岸錨，按160 m水位，每條鋼絲繩250 m，卷揚機全部更換成5 t可調速的卷揚機。新實施的錨碇系統于7月16日完成。新實施的錨碇系統按四個方向八個錨繩固定，基本按井字形布置，除了靠近3號臺一側的兩個錨是按45°布置，因為該側有運輸船依靠在平臺用龍門吊起吊構件。受今年汛期水位漲落影響，樁基有可能在高水位施工，錨錠系統拋擲距離、角度均滿足水位漲落高差30 m范圍內施工。故在高水位時增加一套錨碇系統，保證浮船穩定。錨碇詳細布置見圖2。

圖2　錨錠詳細布置圖

由于百歲溪河水漲落高差較大，而在水位漲落時錨索很難做到松緊一致，因此很容易導致平臺發生水平位移，為控制平臺發生水平位移而允許垂直位移，1#墩下設4根直徑2.5 m樁基，鋼護筒為2.8 m，鋼護筒插打完成后把4根鋼護筒導向架連接成整體保證其穩定性和應對水位漲落。

2.1.3.1錨碇計算

由于受氣候異常導致庫區水位較往年變化無常的影響，先前的錨碇已不能滿足平臺對大壩的安全，需要重新計算，當風向和水流方向相同時，錨碇受到最大拉力。

（1）縱向動水壓力計算。根據《公路橋涵設計通用規范》計算：FW=KA×（rV2/（2g））=9.64 kN。

（2）風對船體上構造物的沖擊力。根據《公路橋涵設計通用規范》計算：①風對浮體上貝雷梁的沖擊力F桁架= 17.54 kN；②風對龍門立柱的沖擊力F桁架=5.46 kN；③風對龍門橫梁的沖擊力F桁架= 17.53 kN；④風對行走天車的沖擊力F桁架=2.4 kN。

（3）風對船體的沖擊力F桁架=32.77 kN；浮式平臺縱向受到外界沖擊力為85.34 kN。

設置錨碇時應取1.6的安全系數，其錨碇與水體壓力在水平、豎直方向各有一夾角。水平夾角為30°，豎向夾角不大于為30°，按為30°設計錨碇，錨碇沉在水下故其密度按1.4 t。上游設置2個7.95 t的錨碇即可滿總設計要求，為確保安全，采用2個10 t的錨碇，浮平臺錨固穩定。

2.1.3.2鋼絲繩計算

鋼絲繩采用型號為6×37，繩徑為Φ21.5的鋼絲繩，則鋼絲繩的拉力總和為：

Pg=1.5×174.27=261.405 kN；單根鋼絲繩承受的拉力為F容許,鋼絲繩破斷拉力轉換系數K1=0.85，則鋼絲繩安全載重系數K2=3.5，則鋼絲繩的容許拉力為：F容許=K1Pg/K2=63.48 kN；滿足要求。

2.1.3.3上游錨碇穩定性計算

單個錨碇尺寸為1.6 m×1.6 m×1.6 m。經計算，安全系數K=1.54，滿足要求。

2.1.4平臺位置具體調整方法

（1）主動掌握水位變化情況，每天根據三峽官網的水位變化做好記錄，同時在靠岸邊設置一個水位尺，隨時觀察水位變化。

（2）每天早、中、晚測量平臺的位置，平臺位置測量時利用平臺上龍門吊的四個立柱做為觀測點，并將觀測點按順序編號，將觀測值記錄在專門的表格上。

（3）根據四個觀測點的平面坐標，計算出相對偏移距離，來指導四個方向上八個卷揚機的收放，收放值記錄在專門的表格上。

（4）收放錨繩時有專人進行統一指揮，做到小幅度的調整，調整后待平臺穩定后，立即進行測量，再根據測量結果繼續調整。

（5）調整到位后，八個卷揚機全部保證持力狀態，保證平臺穩定。

（6）平臺上有專人值班，隨時檢查鋼絲繩的松緊程度，并根據天氣預報情況及水位變化情況，小幅度收放錨繩。

3　浮動碼頭及簡易浮橋

臨時浮動碼頭浮體采用油筒，油筒的尺寸為高0.9 m，直徑0.6 m，按最大提供浮力每個0.17 t。4個桶做成一個小浮體，外用∠63角鋼做成框架，框架尺寸為1.2 m×1.8 m，每個浮體提供0.68 t，共需要22個，在浮體上鋪設槽鋼做為縱橫向分配梁，分配梁上面鋪設方木和竹排。浮動碼頭靠岸側通過與岸上的地錨連接，一側與浮橋連接。

3.1浮動碼頭尺寸確定

浮動碼頭主要是安放輸送泵（2號泵），90加強型泵的外部尺寸為6.3 m×2.6 m,前后2 m的管節，并考慮人員的操作空間，浮動平臺尺寸定為10 m×7 m。

3.2浮橋

簡易浮橋上通過行人和泵管，施工采用和浮動平臺相同的小浮體搭設，上鋪竹排。在浮橋兩側焊接∠64角鋼做成護欄。175水位時，河面寬度為330 m，故浮橋考慮長度為330 m。

4　結語

通過對浮動平臺的設計施工，根據施工時的實際情況，對錨錠和鋼絲繩的尺寸和數量進行了調整，確保了水上施工安全，大橋樁基和墩柱均已施工完畢，為在水位動態情況下同類橋梁施工積累了寶貴的施工經驗。

Design and Construction Technologyof Floating Platform of Dynamic Water-table Bridge in Reservoir Area

LIU Hong-wei
（No.4 Engineering Corporation Limited of China Railway 18th Bureau Group Co. Ltd Tianjin300222 China）

Abstract：Various technologies for continuous rigid frame bridge are getting increasingly mature. But construction environments differ from on-site construction conditions. Relying on the project of Baisuixi Bridge in Yichang and aiming at the difficulty of bridge construction under the condition of dynamic watertable in Three Gorges, this paper solves the problems faced by constructions of foundation, bearing platform, pier, and upper structure of bored piles through the design and construction of floating platform, which creates favorable conditions for construction of the bridge and is of great referential value for similar project constructions.

Key words：dynamic water-table floating platform design construction

文獻標識碼：中國分類號：U459.2A

文章編號：1673-1816（2016）01-0056-05

收稿日期：2015-11-14

作者簡介：劉洪偉，女，工程師，研究方向土木工程。