杭州湾大桥引桥施工平台验算与塔设技术

TOP

杭州湾大桥引桥施工平台验算与塔设技术

内容摘要：杭州湾大桥引桥施工平台验算与塔设技术

　　摘要：杭州湾跨海大桥Ⅱ标包括北航道主桥和高墩区引桥，引桥桩基直径2.5m,长度在91m～93之间，属于超大直径桩，杭州湾水域较深，常年风大浪急，桩基础施工前需要搭设施工平台，本文将简述引桥平台的力学建模验算和施工平台搭设技术。

　　关键词：杭州湾大桥,大直径 ,桩基施工,平台塔设技术

　　1引言

　　杭州湾跨海大桥北侧高墩区引桥有7个桥墩，每墩设8根钻孔灌注桩，桩径2.5m，桩长约90～95m，均为摩擦桩群桩基础; B1～B7墩处的泥面标高约为-12.0～-12.8m。杭州湾水域较深，常年风大浪急，施工平台结构的设计合理性及施工工艺,关系到桥梁工程的施工进度和安全，本文通用ALGLOR，对平台结构的进行受力和稳定性计算，并介绍本工程引桥平台的施工搭设技术，我国跨海桥梁的施工刚刚起步，望能对同类环境下的桥梁施工有借鉴作用。

　　2水文地质

　　杭州湾属强潮河口湾，潮汐类型为不规则半日浅海潮，并有明显的日、夜潮不等现象。北航道桥潮汐特征值根据附近乍浦水文站长期验潮(1930～1999)资料平均高潮位+2.52m，平均低潮位-2.12m;按20年重现期，垂线号涨、落潮垂线平均最大流速分别为2.50m/s，垂线号可能最大流速2.81m/s;全年波高平均0.2m。最大波高3.5m(台风所致)。

　　北航道桥北侧高墩区引桥工程区段的地下水主要为第四系松散岩类孔隙水，地下水对混凝土无腐蚀性，海水对混凝土具弱腐蚀性;地下水及海水对钢结构具中等腐蚀性。地下土层由上而下分别为：亚砂土，、淤泥质亚粘土、淤泥质粘土、粉砂、亚粘土、粉砂、亚粘土、粉砂、亚粘土、含砾中粗砂、亚粘土。

　　本地区属南亚热带季风气候，温湿多雨，是重大灾害天气多发地带,全年平均风速3m/s.

　　3施工平台功能及构造

　　3.1平台功能

　　施工平台可为钢护筒下放及桩基础施工提供工作平台，同时作为钻桩的设备、材料堆放场地，便于钢护筒下放及桩基础施工。同时在承台及墩身第一节施工时能利用龙门吊吊装材料，进行材料运输。

　　3.2平台构造

　　B1～B7施工平台平面尺寸为42×15m，平台面标高为+7.00m。由16根Φ800×10mm钢管直桩支承，桩底标高为-37.00m。

　　钢管桩间用φ325×6mm钢管焊成的桁片焊接连接，钢护筒与钢管桩间通过φ400×6mm钢管连接，钢护筒间用φ800×8mm的钢管焊接连接，兼做连通管。平台承重梁为45#贝雷支撑架联结的单层三排贝雷片主梁;平台一次分布梁为双拼45a工字钢，间距根据钢护筒位置进行调整在1.45m～3.30m间，双拼45a工字钢顶面二次分配梁为25a工字钢，间距35cm;平台顶面平铺厚δ8mm钢板。平台构造如下图3所示。

　　4平台施工验算

　　4.1计算参数

　　4.1.1工况

　　平台下部结构采用ALGLOR建模计算，根据杭州湾施工区域的实际情况，考虑以下工况：

　　(1)平台在工作状态下：自重+平台面堆载+水流力+波浪力+龙门吊+钻机+风力

　　(2)平台在抗台状态下：自重+水流力+波浪力+龙门吊+钻机+风力

　　上部结构采用手算，计算内容有包括面板、I25纵向分配梁、双拼I45a横向分配梁、贝雷架的计算，其计算过程如下

　　4.1.2荷载取值

　　(1)钢材容重78.5KN/m3　，(2)面堆载10KN/m2，(3)QUY70履带、钻机，(4)水流速2.81m/s，(5)工作状态波浪起算波要素H=1.5m，T=5.56s;抗台状态波要素为 H=3.79，T=7.36s ;在工作状态下，考虑风速24.4m/s，在抗台状态下，考虑风速34.8m/s.

　　4.1.3冲刷取值

　　参照设计图纸提供的资料B2～B7施工平台冲刷值工作状态取5m，抗台状态取7m,验算单桩稳定性时，当沉桩后立即安装横联时,冲刷值取1m。

　　4.2嵌固点计算

　　钢管桩嵌固点T为2.64m,入土深度为4T，固点深度为4.75m, 钢护筒嵌固点T为4.64m,入土深度为4T，固点深度为8.35m,

　　4.3水流力计算

　　钢管桩在工作状态下，水流力标准值Fw 为54.6KN在钢护筒在工作状态下，水流力标准值Fw 为191.0KN，作用点标高均为-2.4m。抗台状态下，水流力标准值Fw 为59.4KN，钢护筒在抗台状态下，水流力标准值Fw 为207.7KN，作用点标高均为-3.07m。

　　4.4波浪力计算

　　平台在工作状态下，钢管桩波浪力P为7.4KN，钢护筒波浪力P为90.8KN，作用点标高均为-3m。

　　平台在抗台状态下，钢管桩波浪力P为20.3KN，钢护筒波浪力P为228.9KN 作用点标高为-4.2m。

　　4.5、上构计算

　　4.5.1钢面板验算

　　钢面板按单向板计算，Mmax=0.53KN.m, σmax=49.4MPa.m, fmax=0.21mm.

　　4.5.2纵向分配梁验算

　　I25a纵向分配梁按简支梁计算,Mmax=45KN.m, σmax=112.1MPa, fmax=4.3mm,

　　4.5.3双拼I45a横向分配梁计算

　　履带沿2I45a跨径方向布载,按简支梁计算, Mmax=305.9KN.m, σmax=107MPa, fmax=7.7mm;

　　沿垂直2I45a跨径方向布载,按两跨连续梁计算,σmax=203MPa, fmax=9.0mm.

　　4.5.4.贝雷验算

　　4.5.4.1履带沿贝雷方向布载

　　采用三排单层贝雷，跨径12m，间距6.5m。履带吊最大吊重30t(钢护筒)时履带按东西方向摆放，按贝雷三跨连续梁计算,σmax=249MPa, fmax=11.0mm.

　　4.5.4.2履带沿垂直贝雷方向布载时

　　贝雷承载一条履带荷载260KN，自重q1=19.1KN/m, 经计算得σmax=294MPa, fmax=8.1mm.

　　4.6下构计算

　　4.6.1平台下构稳定性计算

　　对平台结构用ALGLOR建模,根据工况,给结构模型进行加上上述计算荷载,其稳定性计算结果如下图.

　　4.6.2钢管桩承载力验算

　　B1～B7平台钢管桩规格为φ800mm×δ10mm。由钻孔资料可知，平台处各土层厚度、容许承载力及极限摩阻力如下表：

　　桩底标高-37m，由四、6点知单桩最大承载970KN，经计算极限承载力为1320KN,故能满足要求.

　　经以上计算，整个平台无论在工作状态还是在台风状态都能满足施工要求。

　　5平台塔设施工

　　5.1.施工方案的选择

　　该平台的设计年限为4年，根据其施工处的施工条件，我们提出了以下3种搭设方案。

　　(1)先插打钢管桩，然后利用钢管桩承重，再安装钢管横联和上部结构的的常规施工方法。然后利用定位架下沉钢护筒。

　　(2)先利用大型打桩船先下沉钢护筒，让其作为承重结构，然后下沉钢管桩，再联结横联钢管和平台其他结构。

　　(3)浮运套箱平台到墩位后，插打锚桩定位，再插打钢管桩和钢护筒，焊接横联钢管，安装横联，然后与平台形成整体，待桩基础完成以后，作为承台套箱使用。

　　第(2)种方案用大型打桩船下沉钢护筒，施工进度较块，但由于杭州湾施工水域风大浪急，钢护筒施工平面定位和垂直度都不易保证，而且大型打桩船锤振能量大，易钢护筒底发生变形，给施工带来困难，这种方案最终我们没有选择。第(3)种方案适用于水域条件好，潮差小的施工环境，但杭州湾区域施工条件极其复杂，常年面临不定期台风影响，如果先安装好套箱，施工进度会加快，成本会降低，可是一旦有台风亲临，势必会给结构带来破坏性灾难，鉴于台风的不可预测性，我们不能冒险。因此我们最终选择了第(1)种常规施工方案。

　　5.2施工方案流程

　　5.3平台搭设中应该的注意事项

　　(1)由于杭州湾海域潮流和风速较大，施工人员一定要系好安全带和救生衣，首先要保证人生安全,才能保证工程进度。

　　(2)钢平台具有足够的强度和稳定性，钢构件的焊接质量必须是前提，焊接表面不得有气孔、焊渣、及未焊透等现象。

　　(3)施工现场人员一定要及时掌握气象动态，及时做好平台搭设期间的防台工作。

　　6结语

　　大直径桩基施工的浅海施工平台的设计，要经过严密的受力分析，建立合理的受力模型，同时要结合实际的水文、地质条件，认真查阅相关规范，对各类荷载的正确取值，才能保证临时设施结构计算强度、刚度和稳定性的准确度。

　　杭州湾水域风大、浪急、潮差大、台风多，在此种恶劣的环境条件下，进行钢平台的搭设施工，要及时注重台风情况，并且要保证构件焊接质量及安装质量。

　　参考文献：

　　[1]. JTJ025-86.公路桥涵钢结构及木结构设计规范[s].

　　[2].JTJ254-98.港口工程桩基规范[s].

　　[3].JTJ283-99.港口工程钢结构设计规范 [s].