苏通长江大桥主墩钢套箱平台设计施工

严　丽

(沧洲市交通运输局　沧州　061000)

苏通长江大桥主墩钢套箱平台设计施工

严丽

(沧洲市交通运输局沧州061000)

摘要以苏通长江大桥主墩钢套箱平台的施工过程为依托，在实施前进行了论证和比选，最终确立为钻孔桩承台基础作为实施方案，并取得了成功。提出了苏通长江大桥双主墩投标阶段钢套箱平台方案的设计和施工过程，探讨了钢套箱结构设计、制造、整体浮运、水中定位和体系转换。

关键词苏通长江大桥主墩钢套箱平台设计施工

苏通长江大桥主跨1 088 m双塔斜拉桥堪称世界之最，双主塔基础经过1年多时间的论证和比选，最终确立为钻孔桩承台基础。基础结构特点：桩群密集，每基础由131根D2.5或D2.8 m变径桩组成，梅花形布置,桩长130 m，入土深度120 m，承台为哑铃型,每侧平面尺寸50.55 m×48.1 m,中间由12.65 m×27.1 m系梁相连。基础施工的技术标准高，要求桩垂度≤1/200，群桩及承台平面偏差≤5 cm。因此，钢护筒直径不宜过大，护筒下沉要有严格导向约束，这一点必须着重加以关注。在选择基础施工方案时，提出了整体浮运钢套箱平台和先平台后钢套箱2种可比方案。理论上讲，2种方案各有利弊，也都可以实施。先平台后钢套箱方案偏重于先期钻孔平台的建立和钢护筒的下沉，这一时间无法规避长江洪水汛期，护筒导向难以发挥作用，桩垂度不易保证；后期钢套箱水上拼装、焊接作业时间长，工作量巨大，投入的水上吊船相对也是较大的。整体浮运钢套箱平台方案是将套箱和平台合一，工厂整体制造、下水、浮运、定位，将大量的套箱拼装工作集中在工厂完成，只要处理好水中定位和浮态到固定的体系转换，该方案将比前者更具优越性和先进性。桥式布置见图1。

图1　桥式布置(单位：cm)

1　施工环境

苏通大桥位于长江下游，临近长江入海口，属长江冲积平原，对工程有影响的不良天气主要有：暴雨、雷暴、台风、大风、大雪、雾等。对工程影响最大的是长江雨洪径流和潮汐。每年5～10月为汛期，11月到翌年4月为枯水期，洪峰多出现在6～8月份，1～2月份水位最低。潮汐中等强度，高潮位主要受风暴潮影响，在汛期台风和天文大潮遭遇时，出现高潮位，不同年份的高潮位不同，多年统计最大潮差4.01 m，平均潮差2.07 m。20年一遇设计涨潮流速北主墩2.62 m/s、南主墩2.73 m/s，落潮流速北主墩2.75 m/s、南主墩2.89 m/s，河床高程北主墩-20.0 m、南主墩-15.0 m。河床一般冲刷2.4～4.7 m，20年一遇局部冲刷，北主墩21.2 m、南主墩22.6 m[1]。地质主要由第四纪地层覆盖，分布稳定，从上至下为亚砂土、粉细砂、亚粘土夹粉砂、中粗砂、粉细砂、中粗砾砂、粘土及亚粘土、粉细砂。

2　钢套箱设计

2.1设计参数

浮运、锚碇时设计水流速度2.0 m/s，钢套箱渡洪水位+4.3 m，渡洪设计水流速度2.75 m/s；风压：浮运时400 Pa，锚碇时700 Pa；施工荷载：龙门吊机自重240 t/台，起重量120 t，钻孔荷载1 000 t。

2.2设计工况

(1) 钢套箱定位锚碇形成平面约束，通过锚墩对钢套箱预施张拉力，此时最大流速产生的水流冲击阻力与风力同向，由锚墩承受。

(2) 钢套箱自浮克服自重，压水下沉支承在支承护筒上形成固定式平台，为克服潮差水位影响，超压水产生的垂直力由支承桩承受[2]。

(3) 龙门吊机、钻机在平台上作业，外加施工荷载由所有的钻孔桩钢护筒承受(钻孔作业的钢护筒支承约束解除)。

(4) 封底混凝土灌注时，吊挂系统受力；抽水后双壁结构承受水头差压力。

2.3结构设计尺寸

钢套箱主墩基础计算项目及结构设计尺寸见表1。

表1　钢套箱主墩基础设计尺寸表

2.4钢套箱结构

钢套箱结构见图2。

图2　钢套箱结构

3　钢套箱制造

(1) 制造场地选择。钢套箱制造场地位于桥址上游82 km的江苏靖江市苏美达船舶工程有限公司，该公司有1 200 m长江岸线，200 m×61 m下水滑道总装台，滑道前沿水深8 m以上，制造平台30 000 m2，配有75，50，20 t龙门吊机10台，有制造、下滑入水、浮拖1艘20 000 t浮船坞(80 m×50 m×31.5 m)至日本的经历，满足钢套箱制造、拼装、下水条件。

(2) 制造方案。根据结构设计图，结合制造场地条件与能力，确定分6～8个分段，每段重量控制在700 t，各分段在拼装台组合成立体分段，各立体分段在总装台合龙。

4　钢套箱下水、浮运

(1) 钢套箱下水前的准备。进行钢套箱质量验收和水密实验；滑道前端河床临时疏浚，水深满足要求；钢套箱在滑道上刚浮起时，后端支点受力较大，事先采取加固措施；浮拖时除航道水深条件满足要求外，将由海事部门派监督船只前后护船航行；选择四级以下风力的某一风平浪静的小潮期进行浮拖； 浮拖由1台主拖船在前，2～4台拖船辅助顶推及掌握浮拖方向，再派前后护航船只护航，确保浮拖安全。

(2) 浮拖路线。自苏美达船厂下河水域启航，经夏仕港、护槽港、九龙港、南通港至南通市中远钢结构厂停泊，择日再从中远钢结构厂拖运至本桥址主墩处定位。

5　锚墩设计

(1) 设计说明。锚墩按水流速2.0 m/s设计，2.75 m/s检算，并考虑往复水流；锚墩顶最大水平力已计入缆绳预拉力和潮位变化对锚绳受力的影响。

(2) 设计计算成果。锚墩主墩计算项目及设计尺寸见表2。

表2　锚墩主墩设计尺寸表

6　钢套箱初定位

锚墩混凝土平台上布置1台可转向直线型拉缆器和钢丝绳，用于钢套箱初定位，另安装自动股绞千斤顶和钢绞线，用以钢套箱精确定位。在平潮段利用锚墩拉缆钢丝绳收紧拉缆，在拖船帮助下横向移入墩位。钢套箱双壁内注水，使套箱顶面标高达+5. 5 m左右，在测量监控下收紧拉缆器对套箱平面位置再次调整，抛设边锚，以控制横向位置及可能发生的摆动，实现套箱平面位置初定位。

7　钢套箱精确定位

7.1精确定位系统设计

(1) 设计参数。基本风压700 Pa，定位时最高水位+2.0 m，最大水流速2.0 m/s，检算水流速2.75 m/s。

(2) 精确定位计算。主墩结构流速计算表见表3。

表3　主墩结构流速计算表

7.2精确定位施工

自动股绞千斤顶先施加初张拉力100 kN，以保证各钢绞线受力均匀。选择适当时机，各锚墩顶2台自动股绞千斤顶同时施加1 400 kN张拉力后固定。该千斤顶工作时始终处于电脑监控下，以便及时补拉调整。解除初定位钢丝绳，钢丝绳重新交叉布置成边拉缆，同时通过下拉缆调整钢套箱的垂直度，平衡水流涡流和横向风力的作用。 钢套箱平台设置多台大功率水泵，通过注水、排水来改变套箱的吃水深度，适应潮位变化，保持钢套箱顶面标高相对稳定。

8　钢套箱由浮态到固定体系转换

钢套箱的平面、高程变位在控制的范围内，下插24根支承钢护筒，并下沉至-50.0 m或设计标高位置[3]。钢护筒下沉设下置式导向架，导向架与钢套箱桩位顶层桁架内框净尺寸一致，高度为15 m(与套箱同高度)，放入桩位并座落在钢套箱底板上，各导向架在高度方向有3层导向，分别支撑在顶层桁架上弦、下弦和底板桁架上。3层导向架处设滚动导向装置，并在水平方向设有弹簧，以微调钢护筒平面位置。完成支承钢护筒下沉后，及时安装钢护筒支承结构。利用落潮，调整双壁内注水高度，使钢套箱下沉至设计高程，并支承在24根(主3号墩为6根)支承钢护筒上，实现钢套箱垂直方向限位，形成固定平台。根据桥位处最大日潮差2.0 m的特征，为使靠压水下沉至设计标高的钢套箱，不因涨潮而浮起，钢套箱双壁内超压2.0～3.0 m的水位，并定期根据河床水位、潮差变化对套箱内水位进行调整。此时，钢套箱形成一个固定平台，在固定平台上下沉桩基钢护筒，安装支承结构，实现钢套箱所有护筒支承的转换。根据计算，24根钢护筒下沉完成后，对最大水流速产生的系统变位为1.2 cm，但为保证系统安全，该状态下锚碇系统仍不拆除，在钻孔桩完成部分成桩后，再予以拆除。

9　结语

在长江上，特别有往复水流地域，超大体积高桩承台基础施工不多见，超大型钢套箱结构由现场按积木式程序施工不利于工期、质量，施工难度也增大。这里提出将大型钢结构工厂化、整体化的设计施工理念具有前瞻性，值得推广。

参考文献

[1]张文萍,蔡辉,徐凯峰.吴州大桥主墩承台无底钢套箱的设计与施工技术[J].交通标准化,2010(1)：31-33.

[2]金刚.深水桥梁桩基础钢吊箱围堰施工技术研究[D].西安：长安大学,2011.

[3]曾振海.深水基础钢套箱施工关键技术研究[D].长沙: 长沙理工大学,2012.

收稿日期：2015-04-07

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.004