东海大桥承台混凝土套箱分块拼接施工安全分析.pdf
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1、2 0 1 3 年 7 月第 7 期 城 市道桥 与防洪 管理施工 2 1 9 东海大桥承 台混凝土套箱分块拼接施工安全分析 黄 向平 , 莫景逸 ( 中交第三航务工程勘察设计院有限公司, 上海市2 0 0 0 3 0 ) 摘要: 东海大桥采用混凝土套箱法对非通航孔中高墩桥梁承台进行施工。 套箱形状为长方形, 比圆形套箱具有较大的迎浪面, 受 力更不利。 因其体积较大 , 吊装和运输都受到施工条件的限制, 海上施工的周期也较长, 受天气的影响大 。 针对以上不利因素 , 从施 工安全、 施工条件、 施工进度 、 经济合理性等角度出发 , 提出了适用于长方形套箱分块拼装方案, 并采用大型有限元分
2、析软件对施 工过程进行仿真分析, 为施工工艺方案的选择和施工流程优化提供依据。 关键词: 方套箱;分块拼接 ; 承台施工; 东海大桥 中 图分类 号 : U 4 4 5 文献 标识 码 : B 文章 编号 : 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 3 ) 0 7 0 2 1 9 - 0 3 0 前言 东海大桥 是举世瞩 目的上海 国际航 运中心洋 山深水港 区最 主要 的工程之一 。大桥从 芦潮港开 始 至洋 山深 水港 区 , 总长度 达 3 1 0 5 3 k m, 工程 规 模 巨大。大桥所处海区海况恶劣 , 一年 中海上安装 工程有效作业天数为 1 8 0 d , 可供混凝土
3、浇筑的天 数也仅 为 2 4 0 d 。整座大桥从 2 0 0 2年 8月开始施 工 , 须在 2 0 0 5年底竣工完成。 非通航孔 桥梁的承 台套箱分两类 :圆套 箱和 方套箱。 其中圆套箱施工已顺利展开, 一天最多可 安 装 4个 套箱 ,积 累 了一定 的经验 ;方套 箱 长 2 7 8 5 m, 宽 1 0 2 m, 高 4 3 5 m, 体 积较大 , 原计 划 采用钢套箱方案 。混凝 土圆套箱 的顺 利安装增强 了施工单位采用混凝土套箱的信心,提出大套箱 是否能采用混凝土套箱 ,将混凝土 圆套箱 的施工 工艺推广到大套箱上。这样 , 整个非通航孔 的承 台 安装的工期都可得到保证
4、。 1 承台套箱施工方案 国内大江大河上的桥梁承台套箱大都采用钢 套箱 , 工艺较成熟。但是 , 在东海大桥使用钢套箱 有其 自身 的特点 : 一是东海大桥属外海工程 , 拆除 钢套箱成为一道难度和风险较高的工序 ;二是东 海 大桥桥墩工程量 大 ,钢套箱需周转 才能保 证施 工方案的经济性 , 从安装到拆除需几个月的时间, 这 期间螺栓 可能锈蚀 且位 置在封底混 凝土底 部 , 须选择在天气好、 潮位低的时候进行。受天气潮位 的影响, 钢套箱的周转次数很难保证。 若采用混凝土套箱 , 承台浇完后不用拆除, 受 收稿 日期 : 2 0 1 3 一 O 1 1 5 作者简介: 黄向平( 1 9
5、 7 6 一 ) , 女 , 福建罗源人 , 高级工程师 , 从 事路 桥 、 岩 土设计研 究工作 。 天气潮位 的影响相对小 ,施工更安全 ,经济更合 理。但是混凝土套箱重量较大, 对运输和起吊设备 的要求较高。若采用整体吊装方案,需要大型浮 吊 , 现有 的吊装设备不能充分 利用 ; 而采用分两块 拼接方案 ,每一块的重量与整个圆套箱的重量相 当 , 能够充分利用现有的设备条件 , 实现快速安装 承 台套箱的 目的。 经过认真权衡钢套箱 和混凝土套箱的优缺 点 , 本着尽可能减少海上作业时间, 尽快提高套箱 刚度的原则 , 提出了将方套箱分两 u形吊装, 水 上拼接的施工方案 , 施工流
6、程如下 : 陆上分片预制套箱_ 方驳上拼装 u形套箱一 起吊 u形套箱一将两片 u形套箱正确定位并支 撑在桩上一连接好桩顶和钢扁担 ,焊好拼装部分 钢梁 、钢板一浇灌封底混凝土一现浇套箱壁湿接 头 封底混凝 土达到 8 5 强度后 ,拆 除部分钢扁 担 ,浇筑第一层承 台混凝土 第一层承台混凝土 达 到 8 5 强度后 , 拆 除全部钢扁担 , 浇筑第二层承 台混凝 土。 2 套箱构造 整个 套箱 长 2 7 8 5 m, 宽 1 0 2 m, 承台 内布置 1 6根钢桩 , 空间有限元模型见图 1 。套箱中间处设 置钢扁担( 见图 2 ) , 并搁置在桩上 , 套箱吊装时吊 点设在钢扁担上
7、;套箱底部采用钢底板结合钢底 梁来承受浇筑混凝土 的重量 ;在桩间的钢扁担与 钢底梁设 吊杆 以减小底梁跨径 。因套箱分块吊装 , 则半个套箱呈开 口u形 , 开 口处设桁架( 见图 3 ) 保证套箱具有足够的刚度以防变形。 3 计算分析 3 _ 1 荷载标准 从开始安装套箱 到施工 完承台只需经 历几 十 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 2 0 管理施工 城市道桥 与防洪 2 0 1 3 年 7 月第 7 期 ( a ) 拼接前 ( b ) 拼接后 图 1 方套箱 空间有限元模型 r、 前 一 抖 j 藉 宝 =:= 寻 ;= 丰 jJ I : : = 军
8、 誓 燕 、 稿 耻 卦=I _如 剖 剐! j *I l 耐 一 l l l 胛 甜l 图 2方套箱钢扁担布置图( 单位 : mm) 1 0 0 图 3方套箱 桁架布置 图( 单位 : mm ) 天时间,取过大的波浪可能造成套箱设计上的浪 费, 过小的波浪则可能不满足施工安全 。不 同的工 序其施工风险性也 不一样 , 经过研究 , 套箱拼接前 的水位采用施工期水位及波高, 套箱拼接后的水位 施工期水位与使用期的水位都考虑 ,波高采用 5 a 一 遇的波高 , 取最不利控制计算 。 ( 1 ) 施工水位 : 1 8 6 i n ( 2 ) 施工期波流: 表层流速为 2 5 3 m s( 套箱
9、 ) ; 垂线平均流速为 1 9 3 m s( 基桩) ; 波浪要素 H 4 : 2 m ,T: 5 0 5 s L: 3 8 6 1T I ( 3 ) 设计高水位: 2 4 8 IT I 3 2 计算工况 套箱 吊装 、 安放须选择较好 的天气 , 在波浪不 大 , 低潮位的时候进行 。因此 , 吊装 、 安放两阶段仅 考虑套箱 自重 。 考虑 到海 上 自然条件较 差 , 受风 浪 、 流 、 潮水 影响大 , 在一个潮水 内把两个 u形连接好 , 但不一 定都能当天浇完封底混凝土 ,这样 未浇封底混凝 土的套箱就要经受风浪荷载的考验。 浇完封底混凝土到封底混凝 土达到设计强度 这段时间
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