畢愛國
寧波奉化江大橋位于浙江寧波市鄞州區(qū),跨奉化江,橋梁上部結(jié)構(gòu)為(65+100+65)m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)梁,主墩為空心墩,承臺(tái)尺寸為15 m×9.5 m×3 m,水下開挖深度為10 m。
奉化江河道寬220 m,水流方向和水位受潮汐影響周期性變化,上游建有水閘,大型船只無法從河道進(jìn)入。河床為淤泥、淤泥質(zhì)亞粘土,流塑狀,受振動(dòng)易液化。
1)原設(shè)計(jì)方案。進(jìn)場(chǎng)初期,根據(jù)開挖深度10 m和河床的地質(zhì)情況,制定了鋼板樁圍堰方案,鋼板樁樁長(zhǎng)15 m,圍堰內(nèi)部每2 m~4 m設(shè)一道鋼支撐,鋼板樁用液壓振動(dòng)錘插打。監(jiān)理工程師審查方案時(shí)提出河床地質(zhì)較差,為防止鋼板樁倒伏,避免開挖過程中基底失穩(wěn),要求使用18 m長(zhǎng)板樁,增加安全系數(shù)。
2)方案優(yōu)化。經(jīng)分析,18 m鋼板樁圍堰,施工難度大,費(fèi)用高。鋼板樁運(yùn)輸難度大,租賃費(fèi)用高;已有鉆孔樁施工平臺(tái)不能承受大型吊車,如果打樁只有用浮吊,由于水閘影響大型船只不能進(jìn)入河道,需要采用浮箱拼裝或現(xiàn)場(chǎng)加工駁船,費(fèi)用較大;水位水流周期性變化,鋼板樁受到壓力相應(yīng)變化,對(duì)鋼板樁堵漏排水不利。而現(xiàn)場(chǎng)有鋼筋混凝土工和吊裝起重工人,有鉆孔樁施工平臺(tái)可以作為拼裝平臺(tái),如采用現(xiàn)場(chǎng)拼裝就地澆筑鋼殼沉井方案,可以解決問題,經(jīng)進(jìn)一步細(xì)化,最終采用鋼沉井施工方案。
3)鋼沉井施工方案。鋼沉井分為上下兩節(jié),下節(jié)受力大采用鋼殼鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),上節(jié)受力小,為方便施工后河床以上部分的拆除,采用單層鋼板沉井,上節(jié)高5 m,下節(jié)高6 m,中間以螺栓連接。沉井內(nèi)部設(shè)置三層支撐,支撐使用Ⅰ40工字鋼做圍囹,φ42.9 cm鋼管做對(duì)撐(見圖1)。
圖1 下節(jié)沉井鋼殼入水示意圖
下節(jié)沉井壁厚為50 cm,鋼殼采用3 mm鋼板,在鉆孔平臺(tái)上拼裝鋼殼,在鋼殼內(nèi)綁扎鋼筋,下節(jié)沉井鋼殼和鋼筋總重26 t,用4個(gè)10 t導(dǎo)鏈下放,鋼殼落到河床后,在落潮低水位時(shí)間拼裝上節(jié)鋼板沉井,上節(jié)鋼板沉井采用單層6 mm鋼板,背后用8號(hào)槽鋼做桁架加固,上節(jié)沉井重24 t。上節(jié)拼裝結(jié)束后,在下節(jié)沉井鋼殼內(nèi)澆筑C30混凝土,等混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,水下沖泥下沉,沉井下沉到位后水下封底、抽水、支撐。
抽水后破除樁頭,進(jìn)行橋梁承臺(tái)、墩身施工,墩身出水面后,拆除上節(jié)鋼板圍堰,恢復(fù)河床。
分別對(duì)上下兩節(jié)沉井進(jìn)行受力分析,沿沉井壁橫向取1 m寬計(jì)算其側(cè)面荷載,把單位寬度沉井壁假定為受三角荷載連續(xù)梁,以沉井內(nèi)部支撐工字鋼和封底為支點(diǎn),進(jìn)行計(jì)算和配筋設(shè)計(jì)(見圖2)。
圖2 沉井剖面圖
根據(jù)支點(diǎn)反力檢算沉井內(nèi)部支撐工字鋼和鋼管對(duì)撐受力。
計(jì)算沉井下沉和抗浮系數(shù),計(jì)算封底厚度。
計(jì)算過程略??垢∠禂?shù)1.32,下沉系數(shù)1.15,沉井豎向受拉區(qū)布置φ25鋼筋,間距10 cm,圍堰轉(zhuǎn)角處鋼筋加密布置。最下層支撐使用3根Ⅰ40工字鋼做橫梁,φ42.9 cm鋼管做支撐,支撐間距不超過3.0 m。封底混凝土C30,厚1.5 m。
在鉆孔樁平臺(tái)上進(jìn)行底節(jié)沉井鋼殼拼裝焊接,16 t吊車在便橋上作業(yè),進(jìn)行鋼板拼裝。沉井鋼殼用內(nèi)外兩層3 mm鋼板制作,內(nèi)部用鋼筋骨架進(jìn)行支撐。
鋼殼內(nèi)部按照設(shè)計(jì)綁扎沉井鋼筋,在沉井刃腳和轉(zhuǎn)角受力復(fù)雜部位布置加強(qiáng)鋼筋。
在鉆孔平臺(tái)上安裝φ42.9 cm鋼管立柱,頂部用Ⅰ32型鋼連接,形成固定門架,在門架四角用8個(gè)10 t導(dǎo)鏈將沉井鋼殼吊起,拆除平臺(tái)支撐點(diǎn),平衡放松導(dǎo)鏈,使得沉井鋼殼平穩(wěn)入水落到河床上。
在落潮低水位,已經(jīng)落到河床上底節(jié)沉井鋼殼露出水面,在上面拼裝上節(jié)鋼板沉井,上節(jié)鋼板沉井采用單層6 mm鋼板,背后用8號(hào)槽鋼做桁架加固。上下節(jié)沉井間用螺栓連接。
上節(jié)沉井安裝好后,在下節(jié)沉井鋼殼內(nèi)澆筑井壁混凝土,用導(dǎo)管和封閉球進(jìn)行混凝土施工,保證混凝土連續(xù)密實(shí)。
在混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,開始水下沖泥下沉。由潛水員用水槍沖泥,真空泵吸泥,使沉井均勻下沉,達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后,進(jìn)行水下封底。
封底混凝土的標(biāo)號(hào)C30,厚150 cm,采用混凝土輸送泵配合施工,混凝土擴(kuò)散半徑按照3 m考慮。封底混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度邊后抽水,邊安裝內(nèi)部支撐,清理橋梁鉆孔樁樁頭,澆筑承臺(tái)墩身。
墩身出水面后,割除上下節(jié)連接,拆除上節(jié)鋼板沉井。拆除作業(yè)在落潮低水位進(jìn)行。
奉化江大橋采用鋼沉井方案,4個(gè)承臺(tái)同時(shí)施工,單個(gè)沉井鋼材50 t,混凝土120 m3,上節(jié)沉井回收鋼材24 t,如采用原設(shè)計(jì)18 m鋼板樁圍堰,單個(gè)圍堰280 t,使用兩艘浮吊打樁,兩艘駁船運(yùn)樁,兩方案對(duì)比,鋼沉井方案節(jié)約140多萬元。
奉化江大橋鋼沉井方案就地取材,成本低,施工方便,具有一定的應(yīng)用價(jià)值。
[1]葛春輝.鋼筋混凝土沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工手冊(cè)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2004.