库区动态水位桥梁浮动平台设计施工技术

刘洪伟

（中铁十八局集团有限公司第四工程有限公司 天津 300222）



库区动态水位桥梁浮动平台设计施工技术

刘洪伟

（中铁十八局集团有限公司第四工程有限公司 天津 300222）

摘要：连续刚构桥梁各项施工工艺逐渐成熟，但施工作业环境又根据现场的施工条件各不相同。依托宜昌百岁溪大桥工程，针对三峡库区水位动态变化条件下桥梁施工的难题，通过浮动平台设计施工，解决了大桥桥梁钻孔桩基础、承台、墩柱及上部结构施工作业面的问题，为大桥的施工创造了有利条件。为同类工程施工提供借鉴。

关键词：动态水位 浮动平台 设计 施工

1　工程概述

1.1工程概况

百岁溪大桥全长368.0 m，设计桥型为（95+170+95）m连续刚构桥，桥梁全宽10.0 m，行车道宽8.0 m，两边各1.0人行道系。下部构造设计为：桥台设置6根φ1.2 m的钻孔桩，桩长14 m，桥台承台尺寸为11 m× 5.9 m×1.6 m；主墩采用双薄壁形式，墩高39 m，主墩承台尺寸为10.5 m×12.4 m×4 m，主墩设置4根φ2.5 m的钻孔桩，桩长37 m。

1.2水位情况

百岁溪属长江的一条支流，桥址区上游汇水面积大于25 km²，百岁溪大桥位于三峡库区，横跨百岁溪，距三峡大坝直线距仅7 km，桥梁水位受三峡蓄水控制。受库区水位影响，库区蓄水至最高水位175 m时主墩承台以上24 m全部位于水中，水位降至最低145 m时承台以下全部在水中。

2　浮动平台方案设计

百岁溪河床覆盖层较薄，而且岩体坚硬，钢管桩钻孔平台无法生根，并且库区水位变化幅度和频率很大，施工时必须采用浮动平台适应水位的变化。浮动平台在锚碇系统和随水位变化时的稳固方面是施工的难点。

根据经济等综合比选，浮动平台采用大型驳船做为浮体，进行抛锚定位后搭设贝雷梁成整体钻孔施工平台，平台上设置50 t龙门吊1台，保证下部结构施工的起吊。同时在0#台靠岸位置搭设浮动码头及简易浮桥以通过行人和混凝土输送泵管。

2.1浮动平台总体方案确定

平台尺寸根据承台尺寸，施工工作面，平台上的机具尺寸，钢筋加工场地，钢吊箱的尺寸，贝雷梁的单节长度，浮体的尺寸等综合考虑。

浮平台采用2艘600 t驳船联接而成，在每艘驳船承重梁上横向铺二层10 mm厚钢板，钢板上面铺由I40 b工字钢组成的纵梁，焊接以稳定，在纵梁上按承台尺寸搭设贝雷梁，贝雷梁上铺设平台I22工字钢分配梁，长19 m一根间距1.3 m，上满铺竹跳板形成钻孔平台。钻孔平台上设有用40 b工字钢制作的钢护筒导向架、龙门吊采用自购门吊搭设，吊重50 t，吊高10 m。根据桩间距及钻机的尺寸，每个承台安排2台钻机对角进行钻孔。

2.1.1浮动平台的构成

主墩平台采用2艘600t驳船做为浮体，驳船上铺设钢板、贝雷梁、型钢做为平台。驳船横桥向顺水流设置尺寸为长44 m，宽10.5 m。钢护筒尺寸φ2.8 m。见图1。

图1　浮平台平面布置图

2.1.2浮平台组装及拖运

由于浮平台采用大型构件进行拼装，需要一定的场地，且平台的用钢量很大，地方道路受宽度、弯道半径及水毁的影响，无法满足大吨位及长构件的运输，同时考虑平台搭建好后长度为44 m，宽度为42 m，在推进施工现场受主航道的影响。因此综合考虑拼装现场选择在秭归县的福广码头进行。

驳船依靠在码头，大型构件及型钢通过翻坝高速公路运至福广码头后，由汽车吊进行吊装。在场地上拼装贝雷梁后，经汽车吊进行转运至码头，再吊装至驳船上进行组装。钢护筒在码头的场地上安装好龙门吊后，现场用卷板机进行卷制焊接，再由运输车运到码头，由浮吊吊装至机驳船上，运到施工场地。

2.1.3浮平台锚碇设定及修正

平台锚碇系统由混凝土锚块、锚杆（岸上）、钢丝绳、卷扬机等组成。锚碇分为主锚、岸锚及安全锚。

在平台锚碇系统的计算和方案选定及锚碇系统的实施期间，先前的一套系统是按设计图提供正常的水位变化及流速和风速进行计算的。锚碇系统是6个混凝土锚块，2个岸锚，每个锚块为2.8 m3，岸锚是采用风枪在硬岩上钻孔5 m深，注水泥浆埋设Ф32的钢筋做为锚杆。钢丝绳采用的是直径14 mm长度200 m的钢丝绳，在两条驳船上分别设置4台3 t卷扬机进行收放锚绳。

由于7月初至中下旬，受宜昌周边强降水的异常气候的影响，同时受上游洪峰和大坝防洪的需要，水位迅速上涨高水位161 m，而且每天的水位上涨迅速，水流速度快，再加上强对流天气的风速比先前设计参数相差较大，由于项目位于库区，离三峡大坝的直线距离只有7 km，为了充分考虑平台对大坝的安全，重新对平台的锚碇系统进行计算和实施。在安全方面考虑4条安全锚锭，即在上下游方向的两条驳船上分别设置2条安全主锚，以保证浮平台在汛期的安全稳定性。同时为了能够满足平台整体的稳定性和方便快速调整平台位置，在靠近3号台及0号台每侧分别设置了2条锚绳。同时考虑到水位继续上涨的影响，在0号台处在原来的150 m水位设置的岸锚的基础上，又增加了155 m、160 m水位的两组岸锚。

修正后锚碇系统为6个混凝土锚块，锚块采用C30混凝土在福广码头进行预制，每个锚块为4.1 m3，钢丝绳采用的是直径22 mm的钢丝绳，岸上设置两台岸锚，按160 m水位，每条钢丝绳250 m，卷扬机全部更换成5 t可调速的卷扬机。新实施的锚碇系统于7月16日完成。新实施的锚碇系统按四个方向八个锚绳固定，基本按井字形布置，除了靠近3号台一侧的两个锚是按45°布置，因为该侧有运输船依靠在平台用龙门吊起吊构件。受今年汛期水位涨落影响，桩基有可能在高水位施工，锚锭系统抛掷距离、角度均满足水位涨落高差30 m范围内施工。故在高水位时增加一套锚碇系统，保证浮船稳定。锚碇详细布置见图2。

图2　锚锭详细布置图

由于百岁溪河水涨落高差较大，而在水位涨落时锚索很难做到松紧一致，因此很容易导致平台发生水平位移，为控制平台发生水平位移而允许垂直位移，1#墩下设4根直径2.5 m桩基，钢护筒为2.8 m，钢护筒插打完成后把4根钢护筒导向架连接成整体保证其稳定性和应对水位涨落。

2.1.3.1锚碇计算

由于受气候异常导致库区水位较往年变化无常的影响，先前的锚碇已不能满足平台对大坝的安全，需要重新计算，当风向和水流方向相同时，锚碇受到最大拉力。

（1）纵向动水压力计算。根据《公路桥涵设计通用规范》计算：FW=KA×（rV2/（2g））=9.64 kN。

（2）风对船体上构造物的冲击力。根据《公路桥涵设计通用规范》计算：①风对浮体上贝雷梁的冲击力F桁架= 17.54 kN；②风对龙门立柱的冲击力F桁架=5.46 kN；③风对龙门横梁的冲击力F桁架= 17.53 kN；④风对行走天车的冲击力F桁架=2.4 kN。

（3）风对船体的冲击力F桁架=32.77 kN；浮式平台纵向受到外界冲击力为85.34 kN。

设置锚碇时应取1.6的安全系数，其锚碇与水体压力在水平、竖直方向各有一夹角。水平夹角为30°，竖向夹角不大于为30°，按为30°设计锚碇，锚碇沉在水下故其密度按1.4 t。上游设置2个7.95 t的锚碇即可满总设计要求，为确保安全，采用2个10 t的锚碇，浮平台锚固稳定。

2.1.3.2钢丝绳计算

钢丝绳采用型号为6×37，绳径为Φ21.5的钢丝绳，则钢丝绳的拉力总和为：

Pg=1.5×174.27=261.405 kN；单根钢丝绳承受的拉力为F容许,钢丝绳破断拉力转换系数K1=0.85，则钢丝绳安全载重系数K2=3.5，则钢丝绳的容许拉力为：F容许=K1Pg/K2=63.48 kN；满足要求。

2.1.3.3上游锚碇稳定性计算

单个锚碇尺寸为1.6 m×1.6 m×1.6 m。经计算，安全系数K=1.54，满足要求。

2.1.4平台位置具体调整方法

（1）主动掌握水位变化情况，每天根据三峡官网的水位变化做好记录，同时在靠岸边设置一个水位尺，随时观察水位变化。

（2）每天早、中、晚测量平台的位置，平台位置测量时利用平台上龙门吊的四个立柱做为观测点，并将观测点按顺序编号，将观测值记录在专门的表格上。

（3）根据四个观测点的平面坐标，计算出相对偏移距离，来指导四个方向上八个卷扬机的收放，收放值记录在专门的表格上。

（4）收放锚绳时有专人进行统一指挥，做到小幅度的调整，调整后待平台稳定后，立即进行测量，再根据测量结果继续调整。

（5）调整到位后，八个卷扬机全部保证持力状态，保证平台稳定。

（6）平台上有专人值班，随时检查钢丝绳的松紧程度，并根据天气预报情况及水位变化情况，小幅度收放锚绳。

3　浮动码头及简易浮桥

临时浮动码头浮体采用油筒，油筒的尺寸为高0.9 m，直径0.6 m，按最大提供浮力每个0.17 t。4个桶做成一个小浮体，外用∠63角钢做成框架，框架尺寸为1.2 m×1.8 m，每个浮体提供0.68 t，共需要22个，在浮体上铺设槽钢做为纵横向分配梁，分配梁上面铺设方木和竹排。浮动码头靠岸侧通过与岸上的地锚连接，一侧与浮桥连接。

3.1浮动码头尺寸确定

浮动码头主要是安放输送泵（2号泵），90加强型泵的外部尺寸为6.3 m×2.6 m,前后2 m的管节，并考虑人员的操作空间，浮动平台尺寸定为10 m×7 m。

3.2浮桥

简易浮桥上通过行人和泵管，施工采用和浮动平台相同的小浮体搭设，上铺竹排。在浮桥两侧焊接∠64角钢做成护栏。175水位时，河面宽度为330 m，故浮桥考虑长度为330 m。

4　结语

通过对浮动平台的设计施工，根据施工时的实际情况，对锚锭和钢丝绳的尺寸和数量进行了调整，确保了水上施工安全，大桥桩基和墩柱均已施工完毕，为在水位动态情况下同类桥梁施工积累了宝贵的施工经验。

Design and Construction Technologyof Floating Platform of Dynamic Water-table Bridge in Reservoir Area

LIU Hong-wei
（No.4 Engineering Corporation Limited of China Railway 18th Bureau Group Co. Ltd Tianjin300222 China）

Abstract：Various technologies for continuous rigid frame bridge are getting increasingly mature. But construction environments differ from on-site construction conditions. Relying on the project of Baisuixi Bridge in Yichang and aiming at the difficulty of bridge construction under the condition of dynamic watertable in Three Gorges, this paper solves the problems faced by constructions of foundation, bearing platform, pier, and upper structure of bored piles through the design and construction of floating platform, which creates favorable conditions for construction of the bridge and is of great referential value for similar project constructions.

Key words：dynamic water-table floating platform design construction

文献标识码：中国分类号：U459.2A

文章编号：1673-1816（2016）01-0056-05

收稿日期：2015-11-14

作者简介：刘洪伟，女，工程师，研究方向土木工程。