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      溫州甌江北口大橋中塔鋼沉井底節(jié)定位施工技術(shù)

      2021-10-09 05:05:20吳愛兵朱三平
      工程建設(shè)與設(shè)計(jì) 2021年13期
      關(guān)鍵詞:沉井重力定位

      吳愛兵,朱三平

      (1.中鐵大橋局集團(tuán)有限公司工程管理部,武漢 430050;2.溫州市交通發(fā)展集團(tuán)有限公司,浙江 溫州 325000)

      1 工程概況

      溫州甌江北口大橋主橋?yàn)?15 m+2×800 m+275 m 三塔四跨雙層鋼桁梁懸索橋。主橋中塔基礎(chǔ)采用倒圓角矩形沉井,沉井下部為59 m 填充混凝土鋼殼結(jié)構(gòu),上部為9 m 高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。沉井尺寸為長(zhǎng)66 m、寬55 m,平面上有25 個(gè)井孔,為國(guó)內(nèi)首個(gè)強(qiáng)潮河口深厚軟土超大型水中沉井,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

      圖1 溫州甌江北口大橋中塔沉井基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖(單位:cm)

      中塔段地質(zhì)主要為淤泥、淤泥質(zhì)黏土及卵石層。淤泥及淤泥質(zhì)黏土層厚度較大,孔隙比、壓縮性及靈敏度較高,工程性質(zhì)差;卵石層呈灰褐色,飽和,中密~密實(shí)狀,為沉井持力層。橋址區(qū)處于甌江入??诙危瑢僬?guī)半日潮。漲落潮最大潮差為6.7 m,最大流速2.8 m/s。

      2 總體施工方案

      結(jié)合橋址區(qū)水文、氣象條件,經(jīng)方案比選論證,鋼沉井節(jié)段在廠區(qū)內(nèi)分塊制造。27.5 m 高底節(jié)鋼沉井在船臺(tái)上組拼成整體后滑道法入水,浮運(yùn)至橋位處,利用“錨墩平臺(tái)+ 重力錨+ 拉纜系統(tǒng)+ 收纜系統(tǒng)”結(jié)構(gòu)形式的定位系統(tǒng)進(jìn)行定位。沉井刃腳混凝土澆筑完成后,實(shí)現(xiàn)沉井精確定位,然后注水著床并下沉至穩(wěn)定深度,進(jìn)行后續(xù)施工,直至完成清基、封底,完成沉井施工。

      3 定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

      沉井定位系統(tǒng)主要由錨墩平臺(tái)、重力錨、拉纜系統(tǒng)及收纜系統(tǒng)等組成。在順?biāo)鞣较颍诔辆舷掠卧O(shè)置前、后錨墩平臺(tái);在橫水流方向,在沉井兩側(cè)各布置4 個(gè)重力錨。鋼沉井通過(guò)拉纜系統(tǒng)與錨墩平臺(tái)連接,拉纜系統(tǒng)分上、下2 層設(shè)置。主錨拉纜與邊錨拉纜均收纜于錨墩平臺(tái)頂面[1]。錨墩平臺(tái)上的收纜系統(tǒng)主要由拉纜、鋼絞線、350 t 連續(xù)千斤頂、鋼錨梁等組成。鋼沉井定位系統(tǒng)布置圖如圖2 所示。

      圖2 鋼沉井定位系統(tǒng)平面布置圖(單位:mm)

      3.1 錨墩平臺(tái)

      單個(gè)錨墩平臺(tái)下部設(shè)置16 根直徑2.2 m、長(zhǎng)度80 m 的鋼管樁作為基礎(chǔ)。相鄰管樁之間設(shè)置鋼管連接系。錨墩平臺(tái)上部結(jié)構(gòu)包括扁擔(dān)梁(鋼錨梁)、反力座、轉(zhuǎn)向座、操作平臺(tái)、欄桿等。錨墩平臺(tái)布置圖如圖3 所示。

      圖3 錨墩平臺(tái)布置圖(單位:mm)

      3.2 重力錨

      重力錨為鋼筋混凝土蛙式梳齒錨,布置有排氣孔、吊耳、錨座等結(jié)構(gòu),外形尺寸為12 000 mm×10 200 mm×6 000 mm,單重約(9000 kN)900 t。重力錨布置圖如圖4 所示。

      圖4 重力錨布置圖(單位:mm)

      3.3 拉纜系統(tǒng)

      沉井通過(guò)拉纜系統(tǒng)與錨墩平臺(tái)和重力錨相連,主錨拉纜與邊錨拉纜均收纜于錨墩頂面。拉纜分上、下2 層設(shè)置,均采用φ110 mm 鋼絲繩,破斷力不小于9 000 kN。主錨拉纜一端與沉井相連,另一端與錨墩頂面的收纜系統(tǒng)相連;邊錨拉纜一端與重力錨相連,然后通過(guò)沉井邊錨轉(zhuǎn)向馬口后與錨墩平面頂面的收纜系統(tǒng)相連[2]。

      為提高沉井定位精度,主纜及邊錨拉纜系統(tǒng)需對(duì)稱均勻預(yù)拉,精確定位過(guò)程中邊錨及上層拉纜預(yù)拉力800 kN,下層拉纜預(yù)拉力600 kN。

      鋼沉井井壁對(duì)稱設(shè)置2 層主拉纜錨固馬口與邊錨轉(zhuǎn)向裝置。鋼沉井上下游迎水面設(shè)置主拉纜錨固馬口,下層每側(cè)設(shè)置4 個(gè),上層每側(cè)設(shè)置2 個(gè)。鋼沉井四角設(shè)置邊錨轉(zhuǎn)向裝置,每層各4 個(gè)。轉(zhuǎn)向裝置和錨固馬口與鋼沉井連接的位置經(jīng)專項(xiàng)設(shè)計(jì),做局部補(bǔ)強(qiáng)處理。

      3.4 收纜系統(tǒng)

      收纜系統(tǒng)主要由20 臺(tái)350 t 連續(xù)千斤頂、10 臺(tái)液壓泵站及1 套控制系統(tǒng)組成。

      4 定位系統(tǒng)計(jì)算分析

      定位系統(tǒng)所用單根錨繩在沉井初定位、精定位及沉井著床過(guò)程中最大拉力為1 420 kN,單根錨繩破斷力不小于9 000 kN。

      利用有限元軟件建立錨墩平臺(tái)結(jié)構(gòu)計(jì)算模型,樁土約束采用節(jié)點(diǎn)彈性支撐,分沉井初定位和精定位2 個(gè)工況,在自重、波浪力、水流力、風(fēng)荷載及拉纜偏載力等荷載作用下,錨墩平臺(tái)最大水平位移fmax=172 mm,最大正應(yīng)力為119 MPa,最大剪應(yīng)力為47.0 MPa,均滿足規(guī)范規(guī)定。

      5 沉井過(guò)纜

      5.1 過(guò)纜準(zhǔn)備

      根據(jù)使用部位將主纜提前編號(hào),一端與沉井上的主錨錨固馬口相連,中間段掛設(shè)在沉井上下游側(cè)壁上,另一端系掛在沉井頂面,隨同沉井一起浮運(yùn)至橋址處。邊錨重力錨在鋼沉井下水浮運(yùn)前拋設(shè)完成,拉纜一端與重力錨錨座連接,中間段沉至河床面,另一端臨時(shí)錨固于錨墩平臺(tái)上。

      5.2 主錨過(guò)纜

      底節(jié)鋼沉井進(jìn)入預(yù)定施工區(qū)域后,用拖輪將鋼沉井直接頂推至靠上游側(cè)錨墩平臺(tái)20 m 左右處,利用2 臺(tái)浮吊迅速完成上游的2 根臨時(shí)拉纜的掛設(shè),使沉井處于相對(duì)可控狀態(tài),然后依據(jù)先內(nèi)后外、先下后,上的原則將提前掛設(shè)于沉井上游側(cè)的主拉纜逐根與上游錨墩平臺(tái)上的收纜系統(tǒng)相連,完成上游側(cè)主拉纜的掛設(shè)。

      上游側(cè)主拉纜掛設(shè)完成后,拖輪配合將沉井溜放至沉井設(shè)計(jì)位置偏下游一定距離,盡量靠近下游錨墩平臺(tái)。通過(guò)浮吊、錨墩平臺(tái)上的卷?yè)P(yáng)機(jī)相互配合將下游主拉纜與下游側(cè)錨墩平臺(tái)頂面的收纜系統(tǒng)連接,主拉纜掛設(shè)完成。上下游拉纜掛設(shè)完畢,調(diào)整上下游錨墩平臺(tái)頂?shù)氖绽|系統(tǒng),將沉井調(diào)整到設(shè)計(jì)中心附近位置。

      5.3 邊纜過(guò)纜

      鋼沉井邊錨拉纜連接按照左右對(duì)稱、先上游后下游、先下層后上層的原則進(jìn)行。主拉纜過(guò)纜完成后,浮吊及沉井頂面卷?yè)P(yáng)機(jī)共同配合掛設(shè)邊拉纜[3]。先利用沉井頂面卷?yè)P(yáng)機(jī)將提前拋設(shè)在河床面的邊拉纜牽拖出水面,同時(shí)浮吊配合作業(yè),將邊拉纜逐根對(duì)稱掛設(shè)于沉井邊錨轉(zhuǎn)向馬口上,完成邊拉纜的掛設(shè)。

      6 沉井定位

      6.1 沉井幾何姿態(tài)的監(jiān)測(cè)控制

      在沉井頂面四周中點(diǎn)設(shè)置4 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),安裝GPS 接收機(jī)天線,與岸邊的GPS 基準(zhǔn)站組網(wǎng),構(gòu)成實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)定位。各測(cè)點(diǎn)的GPS 測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心,實(shí)時(shí)生成各測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)和高程。通過(guò)計(jì)算分析,實(shí)時(shí)顯示沉井頂面中心位置、標(biāo)高、平面扭角、傾斜度等。采用GPS 載波相位差分技術(shù),幾何信息的平面精度達(dá)±(1~2)cm,高程精度為±(2~3)cm,滿足沉井施工動(dòng)態(tài)控制的需要。

      6.2 沉井精定位

      沉井精定位選擇在高平潮時(shí)段。通過(guò)調(diào)整上下游的主纜拉力來(lái)控制鋼沉井橫橋向位置,通過(guò)調(diào)整沉井橫水流向邊纜拉力來(lái)控制縱橋向定位,通過(guò)調(diào)整上下層拉纜來(lái)調(diào)整鋼沉井垂直度,通過(guò)調(diào)整外側(cè)主拉纜拉力調(diào)整沉井扭轉(zhuǎn)角。過(guò)纜完成后,首先,利用錨墩平臺(tái)上的拉纜系統(tǒng)調(diào)整上下游主拉纜拉力,進(jìn)行橫橋向位置調(diào)整,然后,利用橫水流向邊錨拉纜調(diào)整沉井縱橋向位置。鋼沉井就位后,嚴(yán)格控制每根拉纜的索力設(shè)計(jì)值。高平潮時(shí)段沉井精定位后,利用下一個(gè)低平潮和高平潮對(duì)沉井幾何姿態(tài)、拉纜索力進(jìn)行監(jiān)控復(fù)核。待沉井幾何姿態(tài)穩(wěn)定且滿足設(shè)計(jì)要求、拉纜索力平衡后進(jìn)行注水著床施工。

      7 結(jié)語(yǔ)

      溫州甌江北口大橋中塔鋼沉井采用“錨墩平臺(tái)+ 重力錨+拉纜系統(tǒng)+ 收纜系統(tǒng)”進(jìn)行定位,沉井定位精度高,實(shí)測(cè)沉井定位精度達(dá)到±15 cm,扭轉(zhuǎn)角為0.14°,遠(yuǎn)優(yōu)于平面偏位不大于45.3 cm、扭轉(zhuǎn)角不大于1°的設(shè)計(jì)要求。該定位技術(shù)適用于深水、地質(zhì)條件復(fù)雜河段與海域及水流多變的潮汐河段與海域的特大型橋梁基礎(chǔ),對(duì)比其他定位技術(shù),有錨繩拉力調(diào)整精確、定位精度高、減少因走錨而影響定位精度等優(yōu)點(diǎn),為特大型橋梁及類似工程應(yīng)用沉井基礎(chǔ)提供了借鑒。

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