青島海灣大橋非通航孔橋承臺圍堰方案選擇

青島海灣大橋非通航孔橋承臺圍堰方案選擇

1非通航孔橋承臺青島海灣大橋位于膠州灣北部，全長26.707公里，其中海灣大橋全長25.880公里。第七合同段為大沽河航道橋及45跨非通航孔橋下部工程,全長為3.31km,見圖1。非通航孔橋采用五跨一聯(lián)的連續(xù)梁結(jié)構(gòu),單跨跨徑為60m。主梁按雙幅設計,左、右幅墩身分離,墩身均為花瓶形,每墩下設4根鉆孔灌注樁基礎。非通航孔橋承臺均為帶圓弧的矩形結(jié)構(gòu),按照其大小分E、F、G三類:E類承臺10個,尺寸為7.7m×7.7m×3.0m;F類承臺40個,尺寸為8.5m×8.5m×3.5m;G類承臺40個,尺寸為9.3m×9.3m×3.5m。非通航孔橋承臺處海水深3～6m。膠州灣海域?qū)僖?guī)則半日潮類型。橋區(qū)Vˉˉˉ1/20=1.38m/sVˉ1/20=1.38m/s;設計波高H1/100=2.83～2.95m;最高設計通航水位+3.04m;20年一遇設計浪高2.19m;海底標高-3.0～-5.0m;承臺頂標高均為+0.3m;E類承臺底標高-2.7m,F、G類承臺底標高-3.2m。最高潮位3.09m,最低潮位-3.12m,平均高潮位1.39m,平均低潮位-1.40m,最大潮差4.75m,漲、落潮歷時5～6h。橋址處覆蓋層為海相沉積物層,覆蓋層以淤泥、淤泥質(zhì)亞粘土及淤泥質(zhì)粘土為主。2兩組圍堰比選方案比選本工程施工主要特點:①承臺數(shù)量多,工期緊;②受潮汐、風浪及大霧等不良氣候影響大;③海洋環(huán)境下對承臺防腐要求高,施工周期長。根據(jù)以上特點并結(jié)合該項目資源的配置情況,對4種圍堰方案進行比較,見表1。通過比較可知,混凝土吊箱圍堰方案是最節(jié)省工期、最便捷的圍堰形式。但是,由于橋區(qū)承臺數(shù)量多,工期緊張,混凝土吊箱圍堰對預制場地和運輸、吊裝設備均要求較高,結(jié)合現(xiàn)場實際情況,全部選擇混凝土吊箱圍堰不太現(xiàn)實。單壁鋼圍堰所需加工場地大,一次性投入使用鋼材多,全部選擇單壁鋼圍堰所需加工時間長,影響工期。鋼板樁圍堰跟插板樁圍堰單價高,止水效果不太好。所以考慮采用多種圍堰形式進行承臺施工,加快施工進度。本標段E類10個、F類6個承臺采用混凝土吊箱圍堰施工,F類2個承臺采用鋼板樁圍堰方案施工,其余承臺均采用單壁鋼圍堰和插板樁圍堰方案施工。3承臺污水處理廠設計3.1鋼板樁插打選用德國拉森Ⅲa型鋼板樁,長度15m。圍堰頂標高為+4.0m,底標高為-11.0m。圍堰內(nèi)部平面尺寸均比承臺向外擴1.094m。圍堰采用2道圍檁,上、下層圍檁間距為2.0m,圍檁全部采用鋼框架結(jié)構(gòu),內(nèi)壁4個角采用八字撐焊接固定,見圖2。鋼板樁圍堰設計計算按5個工況:①插打鋼板樁;②安裝第1層內(nèi)支撐;③安裝第2層內(nèi)支撐;④澆注封底混凝土;⑤承臺施工。經(jīng)計算,工況⑤鋼板樁的應力最大,最大正應力為157MPa,最大剪應力為30MPa。第1層圍檁最大正應力21.8MPa,最大剪應力為55MPa;第2層圍檁最大正應力27.9MPa,最大剪應力為41MPa,均滿足受力要求。護筒與混凝土之間摩阻力按150kN/m2計,經(jīng)計算,封底混凝土厚度取1.2m,即可滿足強度及抗浮要求。利用履帶吊配合振動錘插打鋼板樁。鋼板樁插打前,在護筒上提前安裝上、下層圍檁兼做板樁插打的導向裝置。鋼板樁從中間向兩邊逐根插打。鋼板樁沿圍檁下插,每隔4～5m設置1道限位板,以保證鋼板樁的平面位置。鋼板樁插打過程中,隨時檢查樁身垂直度,并及時調(diào)整,待鋼板樁圍堰合攏時,如鋼板樁上端向合攏口傾斜,可在鋼板樁頂端利用千斤頂互頂調(diào)至所需間距。鋼板樁鎖口環(huán)環(huán)相扣,整個圍堰閉合后,焊接固定2道圍檁,并將圍檁與鋼板樁之間空隙逐個以硬木塞緊,以免變形。3.2插板樁制作結(jié)構(gòu)插板樁圍堰設計頂標高為+4.0m,總高度為9m。單個承臺由32塊插板樁組成,單塊插板樁為Ⅰ32a和[10型鋼組成的桁架結(jié)構(gòu)。圍堰內(nèi)部平面尺寸均比承臺向外擴1.0m。圍堰采用2道圍檁,上、下層圍檁間距為2.0m,全部采用鋼框架結(jié)構(gòu),內(nèi)壁4個角采用八字撐焊接固定,總體布置見圖3。為保證插板樁接縫處不滲水,利用?57mm×4mm與?70mm×5mm的2根鋼管制作成陰陽頭連接的方式進行連接固定,并在陰陽頭接縫內(nèi)灌注水泥漿以起到防滲作用。插板樁圍堰結(jié)構(gòu)計算分5個工況:①插打板樁;②安裝第1層內(nèi)支撐;③安裝第2層內(nèi)支撐;④澆注封底混凝土;⑤承臺施工。經(jīng)計算,工況⑤插板樁的應力最大,其最大正應力為170MPa,最大剪應力為45.6MPa。第1層圍檁最大正應力50MPa,最大剪應力為60MPa;第2層圍檁最大正應力34.5MPa,最大剪應力為56MPa,均滿足受力要求。護筒與混凝土之間摩阻力按150kN/m2計,經(jīng)計算,封底混凝土厚度取1.2m,即可滿足強度及抗浮要求。插板柱利用浮吊吊裝振動錘分塊插打,插打方法同鋼板樁圍堰,內(nèi)支撐兼做導向圈梁。3.3單壁鋼水池3.3.1螺栓連接設計方案單壁鋼圍堰頂標高為+4.0m,底標高為-5.0m,圍堰平面內(nèi)尺寸較承臺向外擴80cm。圍堰壁板由豎向肋(Ⅰ25a)、水平肋([8)、面板及內(nèi)部圍檁系統(tǒng)等組成,整個圍堰環(huán)向分為8塊,各塊之間采用M18×60螺栓連接,拼縫處設20mm厚止水橡膠條。單壁鋼圍堰結(jié)構(gòu)見圖4。鋼圍堰內(nèi)設置2層圍檁,內(nèi)壁4個角采用八字撐焊接固定。單壁鋼圍堰設計計算分3個工況:①鋼圍堰下沉到位后,圍堰內(nèi)挖泥至-4.2m,底節(jié)壁板受1.0m高度范圍的土側(cè)壓力作用;②封底混凝土澆注后初凝前,混凝土側(cè)壓力與土側(cè)壓力之差,作用于底節(jié)圍堰內(nèi)壁板上;③封底混凝土達到設計強度時抽水,計算圍堰在波浪、水壓力等作用下鋼圍堰各桿件的內(nèi)力。經(jīng)分析,工況③為最不利工況,鋼圍堰結(jié)構(gòu)本身以工況③控制設計,對該控制工況進行驗算。護筒與混凝土之間摩阻力按150kN/m2計,經(jīng)計算,封底混凝土厚度取1.0m,即可滿足強度及抗浮要求。工況③單壁鋼圍堰主要構(gòu)件應力見表2。3.3.2單壁鋼水池設計(1)汽車吊拼裝工藝鋼圍堰壁板、圍檁等鋼構(gòu)件分塊加工,運輸至現(xiàn)場,利用汽車吊在碼頭上拼裝成整體。拼裝時各壁板接縫處設20mm厚止水橡膠,上緊螺栓,嚴格控制拼縫變形,防止?jié)B水。圍檁與鋼圍堰壁板間點焊固定。(2)鋼圍堰體系化安裝法圍堰整體下沉前,測量海底原始標高。為加快施工進度,必要時對海底進行清淤,清淤時嚴格控制開挖方量,采用多點方格測量,確保清淤深度達到設計高程。圍堰拼裝完成后,利用浮吊整體吊裝下沉。盡量保證鋼圍堰均衡下沉,控制其平面位置偏差不大于±3cm,傾斜率不大于1%。發(fā)現(xiàn)偏位后,及時利用置于護筒與鋼圍堰之間的水平千斤頂配合手拉葫蘆進行糾偏,圍堰整體下沉到位后及時焊接定位系統(tǒng)。在圍堰內(nèi)外回填碎石,保證鋼圍堰刃角入土深度不少于170cm,嚴格控制回填后圍堰內(nèi)外標高。3.4混凝土懸臂壩設計3.4.1混凝土吊箱安裝混凝土吊箱圍堰與承臺澆筑成一體,作為承臺的永久模板和結(jié)構(gòu)?；炷恋跸鋰邽闊o隔墻空箱鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),整體高度分別為357cm(E類)、407cm(F類),壁厚為30～33cm,底板厚52cm。吊箱底板采用Ⅱ級鋼筋B22@20cm間距配筋,壁板采用Ⅱ級鋼筋B22@20cm和B25@20cm兩種類型配筋。吊箱采用C30海工混凝土,抗凍等級F250,保護層厚度為50mm,混凝土吊箱外側(cè)保護層內(nèi)配?5@100mm鋼絲網(wǎng)。吊箱內(nèi)尺寸按承臺尺寸向外各擴2cm,吊箱與承臺側(cè)壁之間設2cm厚泡沫層,以防止承臺大體積有底混凝土膨脹引起圍堰開裂。吊箱預制前,進行護筒平面及垂直度測量,確定吊箱底板預留孔的尺寸及平面位置。防浪板安裝于混凝土吊箱圍堰頂部,通過壁板頂?shù)念A埋螺桿與圍堰連接成整體,拼成整體的吊箱圍堰斷面見圖5。防浪板由鋼面板和骨架組合而成,高3m。面板為厚6mm的鋼板,豎肋采用[8型鋼,橫向布置3道水平Ⅰ25a骨架,底腳設[20型鋼,防浪板分塊加工、安裝?；炷恋跸鋰呓Y(jié)構(gòu)計算分3個工況:①吊箱受波浪力作用;②吊箱作為承臺模板受力;③吊箱底板抗沖切?；炷恋跸鋰呓Y(jié)構(gòu)本身以工況②、③控制設計。3.4.2吊箱及鋼護筒安裝將吊箱上防浪板與下部混凝土吊箱拼裝成整體后,用方駁運至施工樁位,利用起重船吊裝,待吊箱下放至設計標高處將吊架臨時懸掛在鋼護筒上,并利用反壓牛腿等設施臨時固定。吊箱底板預留孔與護筒間采用充水膠囊止水。低潮時抽水,將吊箱底板上的預埋件與鋼護筒焊接成一體后拆除吊架,割除鋼護筒剩余部分,完成體系轉(zhuǎn)換。在干施工條件下澆筑完成承臺、首節(jié)墩身后,拆除防浪板。(1)吊箱放電和調(diào)整①吊箱底板預留孔的預制精度。吊箱下放時預留孔套在護筒上,通過護筒上口的偏移量,結(jié)合護筒的實際垂直度得出預留孔的偏移量,控制吊箱底板孔位。②下放過程中的標高控制。吊箱的標高主要靠調(diào)整吊桿長度控制,吊桿一端銷接在吊箱底板預埋件上,另一端通過螺栓錨固在吊架上。吊箱下放過程中,利用吊架上口的螺栓準確調(diào)整?32mm精軋螺紋鋼吊桿的長度來調(diào)整吊箱標高。③下放后精調(diào)。吊箱抽水前,在護筒與吊箱間設置8個千斤頂臨時固定吊箱,利用全站儀測量其偏位并通過千斤頂進行調(diào)位,直至滿足規(guī)范要求。(2)混凝土懸臂桿應永久關(guān)閉吊箱下放就位后,經(jīng)精調(diào)后將吊箱與護筒進行永久焊接固定,見圖6。待永久焊接后進行承臺鋼筋施工,并將吊箱與承臺澆筑成一體。4兩組分析比較結(jié)果分別從工期、經(jīng)濟性方面對4種圍堰方案進行詳細的分析比較,結(jié)果見表3。由表3可