杭州湾跨海大桥南滩涂区承台钢吊箱围堰设计与施工.doc
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1、杭州湾跨海大桥技术交流会交流材料之二杭州湾跨海大桥南滩涂区承台钢吊箱围堰设计与施工中铁四局 李学民 姚飞明 张万虎 (2005年8月5日) 摘要: 本文介绍了在杭州湾复杂恶劣的海洋环境中,根据承台的结构特点,利用钻孔桩钢护筒支撑和潮水涨落间隙,进行水中承台钢吊箱围堰的设计与施工技术。关键词: 杭州湾跨海大桥 南滩涂区承台 钢吊箱围堰 设计 施工1.工程概况1.1设计概况杭州湾跨海大桥起于嘉兴市乍浦工业园区,终于慈溪市庵东镇,全长35.7km,为跨越杭州湾天堑而设,大桥北接嘉兴、上海,南连宁波,辐射浙东和东南沿海经济发达地区。大桥的建成通车将形成上海、宁波、杭州三个中心城市集群的经济和交通金三角
2、。杭州湾跨海大桥IX-A合同段工程由中铁四局集团承建,本合同段由主桥和栈桥两部分组成,主桥全长5.35km,由钻孔桩、承台及墩身组成,为107孔50m先简支后连续整孔箱梁结构.滩涂前沿段基础采用4-2.0m钻孔灌注桩,桩长100m,承台为圆形,直径为11.2m,厚度3m,滩涂中间段基础采用5-1.5m钻孔灌注桩,桩长8190m;承台直径为9.8m,厚度2.5m,桥墩为花瓶式矩形桥墩。 承台均设计为高桩承台,其底标高为-1.0(-0.5)m,低潮位为-2.1m左右,承台底露出水面。 承台结构图示 承台实物图1.2 水文地质状况1.2.1工程地质杭州湾大桥位于我国东中部沿海,大桥工程所处的杭州湾水
3、域为世界三大著名的强潮海湾,潮差大,水流急,建设条件复杂。南岸滩地称为三北浅滩,滩涂极为宽阔、平缓,微向北倾,坡降0.50.6,滩宽约9km,滩面高程+2.0-3.0m,以淤长为主,表层的亚砂土厚1116m,该层土极易起动,流速达0.6m/s,即可流动,下伏40m左右的淤泥质亚粘土层。根据南岸滩涂区水文地质情况,考虑水深和流速因素,确定局部冲刷深度为35m。当滩涂面标高小于-1.0m时,局部冲刷为5m;当滩涂面标高在-1.00m时,局部冲刷为4m;当滩涂面标高在0m以上时,局部冲刷深度在3m。1.2.2海洋环境风速大,全年极大风速(8级)平均为11.1天,全年各月均有出现,夏季台风时有发生,平
4、均2.56个/年。年波高0.5m的波浪出现频率为92.33%,但每年的79月,受月球引力的影响,波高可达2m以上,十年一遇波高可达3m以上。潮差幅度大。杭州湾属浅海半日潮海区,桥址区平均高潮位2.52m,平均低潮位-2.12m,平均潮差4.65m,最大潮差7.57m,涨落潮时的流速为3.55.16m/s。紊流。由于风、潮交互作用和杭州湾的特殊地形、地貌等诸多因素,造成滩涂区海水出现流向多变的紊流。2 承台施工方案比选南岸滩涂区承台处于滩涂区表层,其亚砂土厚度为1116m。杭州湾水域为半日潮,每天淹没承台有规律的两次,水位变化主要来自潮水的作用,大潮水流速度快,高潮位时水位较高,低潮位水位较低,
5、间隔时间长,有利于承台施工作业。滩涂面河床标高随着向深海中推进,越来越低,同时由于潮水流速大,冲刷变得越来越严重,冲刷深度增大,滩涂面与承台底之间的距离变大,从而影响承台施工方案的选择。根据本工程的特点及桥址处地质状况,下面以直径11.2承台为例对单壁钢围堰、钢板桩围堰、钢吊箱围堰方案三种围护结构进行比选。2.1单壁钢围堰单壁钢围堰设计采用13.2m圆形结构,外壁为=8mm的钢板,横肋采用厚度为=10mm,宽度为200mm的钢板制作,L75758角钢作为竖肋,横肋间距0.5m,竖肋间距0.45m。在围堰内侧每隔0.8m增设一道14槽钢作为环向加劲肋。围堰高12.5m,分三节,底节4.5m,其余
6、两节为4.0m,每节间采用法兰连接,环向分四块加工制作。单壁钢围堰结构见下图 单壁钢围堰在工厂按钢结构标准进行加工制作,并经预拼、编号,检查合格后方可投入使用。围堰的组拼利用80t履带吊在作业平台上进行,拼装时需在刃脚底部安装临时支腿,起到稳定和承重的作用。围堰接高要求做到对接位置准确,上、下节之间法兰要连接紧密,做到不渗水。2.2、钢板桩围堰钢板桩围堰采用13.1m的圆形,采用拉森型,钢板桩内围囹及内支撑架为型钢结构,外导向环梁为12槽钢,与内围囹对应设置;内支撑架采用HN250*125型钢,共5根,施工时利用钢护筒将内支撑焊接在一起。钢板桩围堰结构示意图详见下图:钢板桩围堰由拉森钢板桩组成
7、,施工时先利用5080t履带吊在工作平台上将钢板桩每3根为一组进行遍插,插桩竖直,分散偏差,有偏即纠,调整合拢,插打方向为自上游向合拢口进行,逐步分次振打至设计标高。根据墩址处滩涂面地质情况,封底厚度按1.0m计算,这样可以满足高潮位情况下承台的施工要求。混凝土浇注之前,对导管编号,按顺序依次进行,当导管首封完成后,继续均匀输送混凝土,通过布设的测点读取数值,有效控制封底混凝土浇注的全过程。2.3 钢吊箱围堰传统的钢吊箱围堰主要有吊箱侧模、吊箱底板、吊挂系统、下沉系统及支撑系统组成,本工程结合杭州湾特殊的水文地质环境,以及承台的结构特点,创造性地提出利用装配式砼底板施工钢吊箱围堰,无吊挂和下沉
8、系统,从而最大限度的节省时间和节约成本。即采用牛腿支撑装配式砼底板将钢结构箱体固定在原钻孔桩施工时设置的钢护筒上,经过封底施工将吊箱底部的缝隙完全封住,从而形成一个隔水箱体,用以达到承台干施工的目的。钢吊箱围堰外形图钢吊箱围堰参数确定顶标高确定:十年一遇潮水位:+4.92m,浪高:0.6m顶标高=4.92+0.6=5.52m,顶面标高确定为+5.5m.底标高确定:钢吊箱落在砼底模顶面上,即钢吊箱底面标高与砼底模顶标高一致,钢吊箱底板标高=-1.50m,封底砼厚度0.50m 结构尺寸确定:钢吊箱高度拟确定为7.0m,围护结构同时作为承台模板,钢吊箱内径为=11.2m。钢吊箱围堰施工时,利用落潮时
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