多吊点沉放技术.doc

赣州飞龙岛大桥钢套箱多吊点沉放技术
杨新航 潘伟宏 蒋研波
摘要:文章根据飞龙岛大桥工程地质水文情况、环境特点及资源配备状况，结合大桥主塔承台钢套箱沉放实例，介绍了卷扬机多吊点沉放大体积钢套箱的设计及施工方法，为类似的工程提供了宝贵的参考。
关键词：斜拉桥 水下承台施工 钢套箱 多吊点沉放
1工程概况
• 飞龙岛大桥位于赣州中心市区的西部，连接河套老城区和章江新城区。工程总长1449.761米, 主桥为独塔双索面混合梁斜拉桥，主桥长230米，主跨150米，采用不对称布置，即150+（45+35）=230米，其中长128.5米为钢箱梁,其余101.35米均为混凝土箱。主塔顺桥向为曲线型斜塔、横桥向为“A”型，顺桥向：索塔塔背为圆曲线。塔高承台以上为87米，主塔8#墩为整个大桥的施工主控工程。
2 施工方案的选择
2.1工程特点分析
• 主塔8#墩为两个分离式群桩基础，共有24根Φ2.0m的钻孔灌注桩，承台平面为哑铃形，单个塔柱下的承台平面尺寸为21×13.6m，厚度为3.5～5.0m，两承台间设计系梁联结，其平面尺寸为26.4×9m，厚3.5m,承台如图一所示。承台顶面标高97.04m，承台底标高92.04，常水位96.7，经实测该处河床平均标高90.2（最高92.55m，最低90.3m）其承台基本位于常水位以下，必须采用水下承台施工方法。
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• 2.2施工方案的选择
• 由以上施工环境和特点可知，主塔承台位于常水位以下，必须采用围堰施工，常规可供选择的方案有（土袋或草）土围堰、钢板桩围堰和钢套箱围堰，根据现场的实际水文地质情况确定施工方案：大桥位于城市中心土资源匮乏，污染严重，不宜采用土围堰；主塔位置地质为不到1米的砂卵薄覆盖，其下直接为弱风化砂岩，不适合钢板桩围堰施工；钢套箱围堰具有刚度大，抗渗性能高、适用性强、效果稳定可靠等优点。经反复研究，为确保大桥主控工程安全、顺利实施，决定主塔承台采用最可靠的钢套箱围堰施工，为节省投资，承台部分采用单壁钢套箱，考虑系梁部分刚度及套箱抽干水时的抗浮加重要求，系梁部分采用双壁钢套箱，双壁腔内填充砂粒加重，钢套箱设计如下图所示
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2.3 钢套箱设计
钢套箱结构形式承台部分采用单壁结构 ，系梁部位采用双壁结构 ，其平面尺寸均按承台尺寸扩大10cm设计，为了进行系梁预应力的张拉，在张拉端位置钢套箱预留了1.5m的空间；承台部分单壁套箱面板为δ=6mm钢板，竖肋为28a槽钢，横肋用12#槽钢，横向设置两道加劲肋上下分别采用45a和56a工钢；系梁双壁套箱壁板为δ=6mm钢板，壁板横肋用25cm宽厚12mm钢板条，竖肋为L75*50*8角钢，中间腹杆为2*L75*50*8角钢；钢套箱箱分节分块加工，单壁套箱一块7米高，分20块；双壁套箱一块7.3米高，分8块； 单壁套箱单块钢套箱最重7.5吨，双壁套箱单块钢套箱最重13吨，整个套箱共重约250吨；钢套箱内部设置直径40mm的钢管架支撑，承台与系梁连接处设型钢架支撑。
3 钢套箱沉放设计
为保证施工进度和施工安全，主塔承台钢套箱采用分块加工，分块高度按钢套箱设计高度7米一次分块加工，利用桩基钢护筒及钻孔平台钢管桩设置拼装平台，钢套箱完成拼装焊接后，整体下放。由于钢套箱长度达57米，最大宽度21.4米，平面面积达860平方米，体积达5700立方米，将如此大的重物整体下放主要存在以下难点：
1、 如何设置吊点及吊具；
2、 如何保证下放过程中各吊点的均衡受力；
3、 如何确保钢套箱下放过程不出现变形或倾覆；
3.1吊装系统的设计
根据自有设备情况，选用卷扬机作为沉放钢套箱吊装系统的起重设备，由于钢套箱设计平面为哑铃形的多边形体，吊点布设以每边设置两个吊点为原则，维持钢套箱单边的稳定，确保在起吊和沉放过程钢套箱不产生变形；吊点承重安全系数按3倍考虑，保证在下放过程中产生不均衡受力甚至某一吊点失效或破坏时，其相邻吊点能够承担不利集中荷载的作用，以满足沉放过程的安全要求；经反复测算，设置22个吊点，布置如图所示，在系梁位置吊点最大承重20吨，吊具采用5吨慢速卷扬机，配以6门滑车组成的动滑轮起重系统，起重绳为12Φ17.5的钢丝绳，承重能力达60吨，起重梁采用双排单层贝雷梁，满足承重要求。

3.2 钢套箱抗变形、抗倾覆设计
由于钢套箱平面大，采用多达22个吊点共同起吊和下放，存在许多不可预见的不利因素，造成钢套箱变形和失稳，特别是在出现一些吊点破坏失效时，钢套箱将出现巨大的变形，甚至将钢套箱撕裂的事故，为确保万无一失，必须进行钢套箱刚度设计和验算，主要采用以下措施：
1、 充分利用钢套箱自身的结构，将上下层的内支撑（φ400mm螺旋焊钢管）用I25a加设斜撑形成桁架梁结构，并与强大的系梁双壁结构焊接，形成纵横向整体支撑及抗弯体系；
2、 针对钢套箱的薄弱位置--各平面转角，用钢板和工钢进行加固，增强转角位置的刚度和连接性能；
3、 进行最不利工况的模型验算，由于在系梁双壁套箱方向布置了最多的吊点，该方向的吊点同时失效的几率最小，考虑双壁钢套箱的浮力作用，假设承台部分的吊点全部失效，系梁部分套箱无位移和变形，用MIDAS计算软件进行模拟计算，结果显示在承台套箱顶部顺双壁套箱方向加设双25a槽钢并与内支撑焊成桁架结构，形成贯穿整个钢套箱的抗弯结构时，钢套箱的应力和变形仍满足结构安全要求。

图3－1
最大应力为168MPa,接近要求。

图3－2
最大位移为5mm,满足要求。

3.3 多吊点受力均衡施工技术
由于卷扬机的性能及操作工人的原因，多吊点在套箱下放过程中，各吊点间不可避免地出现下放相对不均匀的现象，造成局部吊点集中受力，必须采取措施保证在下放过程中各吊点保持均衡受力：
措施一 在每个吊点位置设置钢尺作为钢套箱沉放标尺，随时监控钢套箱在个吊点位置的沉降量，以便随时作出必要的调整；
措施二 利用卷扬机承重调节装置，控制承重钢丝绳的受力和下放量；
措施三 22个吊点的起重卷扬机均使用同规格（同功率、同转速）的慢速卷扬机，从硬件上保证钢套箱沉放同步；
措施四 分阶段下放，每次整体沉放钢套箱10～20cm后，稍作停顿，将各吊点由于不同步下放产生的不均衡受力的增量控制在较小的幅度内，根据措施一、二监控情况，局部对吊点进行调整，将下放量相对少、承重明显增大的吊点局部适量下放，实现各吊点均衡受力的相对回归，调整好后，再次整体下放钢套箱10～20cm，如此反复进行钢套箱的下放、调整，直至钢套箱下放至河床上约30cm时，用全站仪检测钢套箱的平面位置，若偏差在允许的范围内时，立即将钢套箱下放到经预先处理好的河床面上，若偏差较大，超出了承台的设计平面在的范围时；利用预先设置好的型钢导向架进行位置调整，按设计定好位置后，将钢套箱落放在河床上。

图3-3 钢套箱下放

图3-4 钢标尺监控沉放量
4 结束语
由于钢套箱沉放设计合理、措施得当、组织到位，飞龙岛大桥钢套箱的沉放施工非常顺利，仅用了两天共16个小时的施工时间，就将平面达1.3亩面积的主塔承台钢套箱安然下放于水深达7米深的河床既定位置上，为大桥主塔的顺利施工打下了坚实的基础。因地制宜，充分利用现有资源，飞龙岛大桥钢套箱卷扬机多吊点沉放技术的成功实施，为工程的施工组织提供了思路，为今后工程多吊点吊、放大体积结构提供了借鉴技术。