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悬索桥锚碇沉箱基础施工方案

摘要:以大连南部滨海大道工程锚碇沉箱基础施工为依据,阐述海上悬索桥锚碇沉箱基础施工的主要施工工艺,为海上悬索桥锚碇基础选型及施工提供新的思路。

关键词:海上;悬索桥;锚碇沉箱基础;施工方案

1工程简介

大连南部滨海大道东起金沙滩东侧的金银山,向西跨越星海湾,在高新园区填海区登陆,全长约10.36km。在经过星海广场时,线路垂直于广场中轴线,并将主桥主跨中心设于广场轴线上。线路距离星海广场百年城雕1000m。主桥为双塔三跨地锚式悬索桥,跨度布置为180+460+180=820m。桥塔采用“门”式框架混凝土结构,塔高112.31m,由塔柱和上下横梁组成。锚碇采用重力式沉箱基础,沉箱尺寸为69m×44m×17m,单个沉箱重约26000t,为国内最大沉箱基础。锚碇基础大沉箱设计尺寸为69m×44m×17m,共150个舱格,其中底板厚1.0m,外壁厚45cm,隔墙厚30cm,舱格尺寸为4.26m×4.04m,沉箱隔墙顶部下卧3.0m,最外侧舱格维持设计高度。本工程共需预制大沉箱2个,单个沉箱混凝土方量约10400m3,钢筋用量约1128.23t,重约26000t。锚碇沉箱底面尺寸为72.0m×47.0m(包括沉箱趾),基床顶面每边比沉箱底面尺寸超出3.0m,为78.0m×53.0m,四周按1∶1坡比放坡至底面。根据设计要求,基床底部需开挖至强风化岩面,同时基床厚度不得低于1.5m。东侧锚碇基床底标高施工中由设计及地勘单位根据实际开挖土样共同确定,基床厚度超过10m;西侧锚碇基床按设计要求厚度为1.5m,实际地质中局部区域存在溶洞及海沟,海沟处要求挖至强风化岩层,然后用骨料填满。基床抛石变更为50~200mm骨料,沉箱安装后,采取升浆措施,以消除基床沉降量。

2施工工艺

2.1基槽开挖。利用GPS基准站和GPS测量系统相对坐标系以及测量控制软件,对挖泥施工进行总体测量控制。东、西锚碇基础基床沿桥梁纵桥向设置船地建立网格,在每个船地再次进行纵横向分条形成小网格,小网格纵向为5m,横向为2m,每个小网格就代表抓斗开口尺寸。把已经分好网格的全部挖泥区位置图连同开挖设计轮廓线输入电脑,利用测量控制软件控制,用于挖泥施工。其中西侧分五个船地进行施工,东侧分六个船地进行施工。挖泥船纵向上由南向北,横向上由西向东依次对每个单位施工区域进行挖泥施工。东西两侧同时施工,分别配备挖泥船和泥驳。挖泥采用“横移挖宽,纵移挖长“的方法进行。挖泥船移位一次的作业宽度为挖泥船自身的宽度;挖泥船每次前移长度即船的纵移宽度等于挖斗的一次向前开挖的长度。每一挖泥区开挖前,应根据所挖基槽的宽度和挖泥船宽计算该基槽横向几次开挖。深基槽、泥层厚部分需分层挖泥,以免泥土塌入已挖基槽。每层深度控制在2m以内,为控制好基槽底标高和基槽平整度,最后一层挖泥需控制抓斗下落深度和岩层的硬度,其中深度不高于-16.5m,岩层要到强风化岩(承载力不小于1000kPa),一直挖到挖不动为止。2.2基槽炸礁。(1)钻孔:在船上确定的孔位处下钻钻孔。下钻前用水砣或套管量测岩面标高,根据水位与设计孔底标高计算钻孔深度,当钻孔深度达到要求时,吹清孔内碎碴提钻,用水砣测量套管内的孔底标高,如达到设计标高进行装药。若出现塌孔现象需再次下钻使成孔达到要求的标高。(2)装药:当成孔深度达到规定要求,按设计要求药量进行连续装药。(3)联线起爆:根据不同距离控制最大齐爆药量,视现场的施工情况,单排或多排起爆(放炮)一次。采用串联法联接,尾端接两发电雷管引爆。在移船前应仔细检查联线有无错、漏接,确认无误后将危险区内的人员和船只撤至安全区,炸礁船撤出距爆区150m外发出起爆信号起爆。2.3基底抛石。为了便于升浆,西锚碇基床抛填划分为3个区域分别进行升浆,为防止漏浆,每个施工区域间采用铺设双层土工布作为施工隔断,抛填顺序由中间到两边,对于溶洞及海沟位置,先抛填骨料找平。将每个分区的分区的抛石范围根据方驳甲板装载石料长度尺寸再分成若干条状区域,通常分条宽度小于方驳装载石料长度4.0~6.0m。采用装载有反铲挖机的600t自航式甲板驳施工。拖轮拖带抛石方驳在定位方驳引导下驻位于指定抛石区域,定位方驳吨位不小于600t。测深仪测出方驳舷外水深,反铲挖掘机按指挥人员指引在方驳一侧船舷外指定位置抛石,抛石指挥人员应勤问水位,用水砣勤测水深,直到抛石顶标高达到设计要求及规范规定为止。本船位抛石达到设计要求顶标高后,方驳向另一侧移动,移船位置2.0m,重新测量,继续抛石施工。本条抛石完成后方驳移至下一分条,直至本施工区域全部完成。基床验收时测量船按规定的网格测量,测量间距5.0×2.0m,测量水深与设计断面校核后,确定局部需补抛的位置,由方驳加反铲重新定位进行补抛,直至全部合格。根据经验西侧锚碇基床预留5cm沉降量。2.4基底整平。整平导轨用φ90钢管加工而成,单根长度12m。导轨沿码头轴线方向布设,整平时向导轨两侧各加宽0.5m,共计整平宽度为48m。据此宽度设计布设5排导轨,每排导轨间距为9.6m。整平刮道采用两根槽钢I12对扣而成,其长度12m;并在刮道中间利用小浮鼓吊浮,以减小刮道挠度,同时起到标志作用。潜水员按轨道顶面标高,用刮道进行粗平。刮道粗平完毕后,进行整平导轨的复测工作,然后再进行一遍刮平、细平工作。2.5锚碇沉箱基础托运安装。在船坞注水前,利用缆绳将沉箱与船坞两侧系船柱连接,以限制沉箱横向移动,防止沉箱碰撞坞墙。综合考虑沉箱起浮跳跃高度(沉箱起浮过程中,由于沉箱与底胎之间存在粘结力,沉箱脱离底胎的一瞬间,可能会出现“跳跃”现象)及沉箱趾部与坞墙距离(10.5m),为防止沉箱起浮瞬间碰撞坞墙,带缆时,缆绳不能绷紧,要保证有5m左右的富余伸长量。所有准备工作完成后,分阶段进行注水起浮作业,如表1所示。沉箱拖运采用“四点三拖+两傍拖”形式,根据拖运沉箱需用拖带力,配备主拖轮1艘,功率7200hp,最大拖带力78.5t;4艘辅助拖轮,每艘功率3600hp,最大拖带力45t,总拖带力满足拖运要求。大沉箱拖运到现场之后,以预先安放好的小沉箱为依托,利用拖轮对大沉箱进行粗定位。粗定位完成后,通过600t吊船上的卷扬机和拖轮配合对沉箱进行细定位,直到达到安装要求为止,如图1所示。2.6基床升浆。锚碇基础结构需要平衡由主缆传递至锚碇的斜向力,故沉箱基础与基床之间需要足够的水平抗拉力。因锚碇基床的厚度和面积特别大,致使基床升浆总量很大,无法一次升浆完成,必须对基床进行隔断分块分次升浆。东锚碇基床采用预制空心方块进行隔断,隔断竖向布置4道,使基床形成5个独立的分块单元,升浆时依次分别对各分块进行升浆。

3结语

沉箱基础作为重力式锚碇的一种新型结构形式,能为跨海大桥或其他离岸较远、水深较深的悬索桥锚碇结构形式提供参考。锚碇结构作为地锚式悬索桥的主要受力结构部分,平衡主缆传递的拉力。主缆拉力主要由缆索系统、钢桁架梁及桥面系、二期恒载以及营运期间作用在桥梁上部的动荷载。锚碇基础为主缆力提供水平及竖向平衡力,另锚碇沉箱基础重量巨大,故对基底有较强的要求。

作者:马振民 梁磊磊 单位:中交二公局二公司

参考文献:

[1]重力式码头设计与施工规范[M].人民交通出版社,2009.

[2]水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[M].水利电力出版社,1994.

[3]朱汉华.航道疏浚中挖槽设计与工程计算[J].交通与计算机,2003.

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