鼓山大桥2#墩承台钢吊箱围堰的结构设计与施工

   中图分类号TU74
  就鼓山大桥2#墩深水高桩承台施工用钢吊箱围堰的结构设计与施工方法进行论述,介绍相应的施工特点。
  关键词,承台,钢吊箱围堰、结构、施工
  引言
  目前,深水结构物的基础施工方式主有钢围堰、钢吊箱围堰等。其中钢吊箱围堰是为承台施工而设计的临时阻水结构,其作用是通过吊箱围堰侧板和底板上的封底混凝土围水,为承台施工供无水的干燥施工环境。同钢围堰比较具有施工工期短、水流阻力小、利于通航、不需沉入河床、施工难度小、混凝土用量少等特点,因而在大跨深水大型桥梁中得到广泛的应用。
  福州市鼓山大桥及接线工程位于福州市东区,为连接城市二环和三环的市内快速通道。工程主线全长4.811866km。其中鼓山大桥长152m,跨越闽江,是全线的重控制性工程。鼓山大桥主桥为独塔自锚式悬索结构,跨度5+15+235+35=47m。2#墩为水中墩,承台设计为独立式,承台尺寸为16.4m×16.4m×5m,承台底标高为+.m,承台顶标高为+5.m,为矩形高桩承台。吊箱围堰由带喇叭口的底板、侧板、内支撑桁架组成、拼装平台、临时吊挂结构、护筒导向等部分组成,包括四周封堵砼总重124.7t。
  由于2#墩位于闽江中,受地表径流、潮汐潮流共同作用,水流速度快,潮位变化大,水文条件复杂。综合考虑经济、施工条件、通航、工期影响,决定采用钢吊箱围堰工艺施工水中承台。
  一、吊箱围堰的结构设计计算
  钢吊箱围堰结构组由侧板、底板、内支撑、吊挂系统这四大部分组成,其中侧板、底板为主阻水结构。底板主受竖向力。本桥由于位于感潮段,最不利受力工况为在最低水位时封底混凝土浇注阶段,此时其所受荷载有封底混凝土自重、钢吊箱围堰自重和浮力。由此可进行底板的各项计算。侧板主承受水平荷载,荷载取值可按《公路桥涵设计通用规范》中荷载组合取用
  ∑Hi=净水压力+流水压力+风力+其他
  本桥2#墩承台风力可以忽略不记,只考虑净水压力和流水压力。其中,单位面积的净水压力按1kN/m2计,水压随高度按线性分布;流水压力按基础断面设计流速取值;侧板最不利受力工况为围堰内封底后抽干水,承台施工前的阶段,取此工况受力荷载组合,以内支撑、底板为侧板的支座进行计算进而验算包括侧板面板、横向、竖向主肋、加劲肋、连接螺栓、焊缝等结构的内力、变形及应力计算。
  本设计计算书为2#墩承台吊箱围堰施工供受力模型,验算吊箱围堰在各种工况下,其底板、内支撑桁架、侧板的面板及肋强度是否符合施工使用求,确保吊箱围堰的底板、内支撑行架、侧板有足够的刚度、和强度及稳定性,在一定经济合理的前下,使承台施工得以顺利进行。
  1、基本数据
  吊箱整体尺寸16.4×16.4×6.m ,吊箱顶标高+5.5m,吊箱底标高-.5,吊箱面板厚δ=6mm。底模作为一个整体布设面板,面板被肋分成区格5×3。
  1)底板肋
  大肋工C45 A=14.45cm2W=157cm3 I=353cm4
  C32 A=61.3cmW=537.7 cm I=862.9cm
  b14 A=21.31cmW=87.6cm I=69.4cm
  小肋∠63 ×5 A=6.14cmW=5.8cm I=23.17cm
  2)侧模分顺桥向和横桥向
  顺桥向的整体尺寸为16.4m×6.m;
  横桥向的整体尺寸为16.4.4m×6.m;
  侧板竖肋∠1 ×1 A=19.26 cmW=63.29 cmI=179.51 cm
  横肋 A=45.62cmW=365.6 cm I=5118.4cm
   2、荷载计算
  1)荷载分类
  吊箱围堰主受到水的浮力,水的侧压力,浇注混凝土时产生的侧压力等荷载作用。
  ① 砼灌注时产生的荷载
  砼供应量V=75m /h,则砼浇注速度υ=75÷(16.4× 16.4)=.28m/h
  查《公路桥涵施工技术规范》
   侧压力 ;
   γ—砼的容重,γ=24KN/m ;
   t —新浇砼的初凝时间,这里取;
  —外加剂影响修正系数,掺外加剂时为1.2;
  —坍落度影响修正系数,当其为11~15mm时,取1.15。
   则P =.22×24×1×1.2×1.15×.28 =38.6Kpa
  自《公路桥涵施工技术规范》P 附表D,可以查到砼对底板所产生的水平荷载值很小,且底板尺寸很大,对底板的受力没有什么影响,故由此产生的冲击荷载可以忽略。
  ②水压计算时偏安全考虑,水位以施工常水位计。则底板的浮力为57KN/m ,侧板的水侧压力为1hKN/m 。
  ③砼的自重
  承台浇注后,自重P=26×5=13KN/m
  2) 各工况荷载分析
  ①工况1,吊箱抽水后,水位为最高潮水位时,吊箱底所受的向上的浮力为P=5.7×1=57KN/m ,侧板最大水压P=57KN/m 。
  ②工况2,吊箱封.5m砼后,最高水位时底板受力P=(57-.5×24)=45KN/m
  ③工况3,在最低水位+2.时浇注承台砼,底板受力(5.×26+.5×24-2.5×1)=117KN/m ,方向与浮力相反。侧板受水压力和砼的侧压力控制,具体计算时再做分析。
  ④工况4,最高水位+5.2时浇注承台砼,底板受力(5.×26-57+.5×24)=85KN/m方向与浮力相反。
  为方便加工和运输,侧板一般可在高度上和平面上分成多块组装而成,各分块之间可由侧板的横、竖肋及面板焊连,也可由螺栓直接连接。采用焊连结构时,焊后须做煤油渗透试验以检测焊缝的漏水情况;采用螺栓连接时,则在各分块之间加填高弹海绵或橡胶垫,用螺栓连接。本桥吊箱采用螺栓连接。内支撑一般由型钢组成的框梁和支撑柱或万能杆件支撑构架组成,本桥采用前者。其主作用是减少围堰侧板的受力计算跨度,在围堰侧板计算时可得到内支撑所受荷载,进而可计算各项验算。吊挂系统主受竖向荷载,最不利荷载工况为最低潮水位时,其主受力来源于吊箱的自重。
  封底混凝土作用主止水结构之一,同时又做承台底模,其与钻孔桩钢护筒之间有足够的粘结力。本桥采用干封,即先封喇叭口,然后抽干吊箱内的水,再灌注封底混凝土。封底混凝土的作用不仅在于阻水,其与钢护筒之间的粘结力还可抵消一部分浮力。在吊箱上、下游侧侧板适当位置各安装一个φ15㎜的阀门(+2.),以便喇叭口封堵后,使吊箱内、外水位保持平衡。
  2 钢吊箱围堰的施工
  2.1施工前的准本工作
  收集桥址水文资料,实测涨潮落潮水位变化情况,并分析比较,了解台风情况,及时收听台风预报。实测河床标高,对影响吊箱安装的局部河床或其他障碍物及时清除,实测桩基钢护筒实际位置,并准备绘图。配备起吊装置(一般使用浮吊,本桥采用龙门吊,这样大大的节约了吊装成本)、船只及起吊工具等,拆除原有工作平台。
   钢吊箱围堰加工及拼装