吴娇媚

(招商局重庆交通科研设计院有限公司， 重庆 400067)

超大平面深水基础施工平台方案研究

吴娇媚

(招商局重庆交通科研设计院有限公司， 重庆 400067)

万州长江公路三桥南岸主塔为大直径、深水高桩承台，介绍该桥施工平台贝雷梁方案和桁架方案并将其进行对比，提出施工平台设计和施工中应注意的事项。

超大平面深水基础；施工平台；贝雷梁；桁架；方案比选

随着我国交通事业的发展以及对航道要求的提高，大跨度桥梁得到越来越多的应用，其中主塔置于水中的案例也越来越多。桥梁深水基础施工是桥塔(墩)施工的关键，水下地质条件及施工条件对深水基础施工提出了较高要求，其中施工平台的搭设是深水基础施工中的重要一环[1]。本文以万州长江公路三桥为工程背景，介绍该桥2种施工平台方案的对比分析及方案选取，其可为同类桥梁施工平台设计提供参考。

1 工程概况

万州长江公路三桥主桥为4×57.5 m+730 m+4×57.5 m双塔双索面混合梁斜拉桥，长1 190 m。南岸主塔基础采用直径43 m的圆形高桩承台，承台高8 m，设置32根Φ3.0 m 的桩基。承台底高程为131.76 m(黄海高程，下同)，墩位处河床标高平均为122.0 m。最低通航水位143.76 m，最高通航水位174.22 m。根据以往资料，桥位处最低通航水位水流速度2.5 m/s，20年一遇水位(164.884 m)水流速度2.0 m/s，最高通航水位水流速度0.6 m/s。桥型布置如图1所示[2]，主墩承台断面如图2所示[3]。

2 设计方案介绍

万州长江公路三桥施工工期较长，工期内需经历三峡蓄水，因此施工平台须距地面52.2 m以上。另外，因水流流速较大，需配合钢围堰施工，施工过程较为复杂，从而对施工平台的设计提出了如下较高要求：

1) 高桩承台桩基如何成孔。

2) 施工平台上需承担桩基成孔设备荷载和桩基钢筋笼吊装荷载。

3) 施工平台需承受围堰安装荷载和起吊荷载[4]。

4)在施工荷载及水流作用下如何保证施工平台的稳定性。

图1 主桥桥型布置

图2 主墩承台断面示意

5) 施工平台如何适应圆形高桩承台且不在平台角点附近出现应力集中现象。

对于该类高桩承台，施工中常采用钢护筒+贝雷梁或桁架组成施工平台[5-7]。万州长江公路三桥设计时提出了如下2套施工方案，现对其分别进行阐述。

2.1 方案1：贝雷梁方案

根据南岸主塔桩基呈行列式设计的特点，钢护筒导向定位船设计采用2艘1 500 t甲驳船，在甲驳上分别设置6个导向架，且导向架对应连接为整体。从墩轴线2排基桩开始插打钢护筒，再分离钢护筒导向船，逐排完成钢护筒的插打，最终将32根Φ3.3 m钢护筒分别插打嵌固入河床内，并采用2I45b工字钢将钢护筒两两相连，最后形成以贝雷梁为主要受力体系的钢平台。

当钢护筒接高到预定高程后，在预设牛腿上布置顺桥向贝雷梁桁片，顶层布置I25工字钢，并在其上布置轨道钢，轨道钢型号为43 kg/m。在平台顶设置2套60 t龙门吊机。在钢护筒上设置牛腿分别承担施工平台上部结构荷载和钢围堰首节段安装起吊荷载。方案1施工平台布置如图3所示。

其中，为发射功率，fc为载波频率，α=2为视距通信的路径衰减指数，η为自由空间传播损耗余量，c为光速.

图3 方案1 施工平台布置

2.2 方案2：桁架方案

施工平台下部结构(钢护筒)与方案1相同，只是施工平台上部结构采用钢桁架为主要受力体系。

当钢护筒接高到预定高程后，在预设牛腿上布置导向架，导向架上布置2根Ⅰ45b型钢用于放置钻机分配梁，在分配梁间放置12.6型Ⅰ钢并在其上铺设8 mm厚花纹钢板作为施工平台。在2根Ⅰ45b分配梁沿顺桥向布置2根Ⅰ25b型钢将其作为龙门吊轨道分配梁，并在其上布置轨道钢。方案2施工平台布置如图4所示。

图4 方案2施工平台布置

2.3 2个方案的主要区别

方案1上部结构采用贝雷梁体系，方案2采用钢桁架体系；方案1牛腿采用带单根斜撑的牛腿形式，方案2对部分牛腿采用加设斜撑或拉杆进行加强。

3 方案对比及选取

3.1 作业方式

方案1：采用流水作业方式，先用浮式导向架完成南塔32根桩基钢护筒的插打嵌岩，然后拆除钢护筒导向船及导向架，通过嵌岩钢护筒设置牛腿并安装贝雷梁型钢施工平台，最后在施工平台上布置冲击钻机完成桩基成孔。

方案2：按方案1作业方式，首先插打南塔中间12根基桩钢护筒(11#～22#)嵌岩，然后将已完成嵌岩的12根钢护筒相联并形成独立的钻孔平台，进行首批桩基先期成孔；在先期基桩成孔的同时，接长河心、河岸侧导向架，并分别平移两岸导向船至插打第2批(5#～10#、23#～28#)基桩钢护筒位置泊定；当第2批基桩钢护筒插打嵌岩完成后，在钢护筒之间设置刚性支承牛腿，并将导向架荷载转换到钢护筒牛腿上，且通过导向架悬臂插打第3批桩基钢护筒。

为满足南塔基桩成孔的连续性，当钢护筒嵌岩完成后，将钢护筒导向架支承于钢护筒牛腿上，并在牛腿支点处增加桁架竖向立杆，以使钢护筒导向架形成钻孔施工平台。

3.2 工作平面

方案1：需在贝雷梁架设完成后才可形成钻孔平台。

方案2：在插打完主墩中间2排12根钢护筒后，将12根钢护筒接高(高出现有导向架平台)并相联，以形成独立钻孔平台。

3.3 施工工序

方案1：在完成南塔32根钢护筒施工后，拆除导向架，移除驳船，安装贝雷梁钢平台。

方案2：采用方案1的钢护筒平台，将导向架作为钻孔钢平台，无需拆除导向架后再安装贝雷梁钢平台，仅对导向架进行细微改动即可。

3.4 计算结果

由于施工过程中存在各种不确定因素，故计算时需做如下假定：

1) 未考虑结构加工制作、钢材厚度的偏差；

2) 假定各构件间通过焊缝完整结合，组成联合截面共同参与受力；

3) 假定平台桁架下弦杆与分配梁为固结；

4) 未考虑地震、漂流物撞击及爆炸等偶然外力作用；

5) 未考虑平台停泊施工船只时的系缆力、靠船时的挤靠力。

计算中主要考虑了恒载、温度、流水压力、风荷载、水浮力、施工设备等荷载，其中活载为吊装钢筋笼的龙门吊。另外，由于围堰首节段安装是在施工平台上完成并起吊的，故计算时应考虑围堰安装时牛腿上的荷载以及起吊时施工平台上的荷载。

采用有限元计算软件MIDAS2013对施工平台进行有限元划分，并赋予相应的荷载及边界条件，计算模型如图5所示。

图5 计算模型

对计算模型进行分析，得出如下结论：1) 方案1杆件最大应力出现在贝雷梁竖杆，杆件(16Mn钢)最大应力为293 MPa，大于容许应力[σ]=273 MPa，不满足规范要求，其余构件均满足受力要求；2) 方案2杆件最大应力出现在导向架下弦，导向架下弦(2I56，Q235钢)最大等效拉应力为148.2 MPa，最大等效压应力为169.4 MPa，均小于容许应力[σ]=182.0 MPa，满足规范要求，其余构件均满足受力要求。

3.5 方案选取

根据以上方案对比和分析，确定万州长江公路三桥南主塔施工平台的施工方案选用方案2。

4 施工要求

1) 由于计算时未考虑漂浮物对平台下部结构的影响，故施工过程中须加强监管并采取预防措施，及时清理平台桥墩与梁前的漂流物，减少阻水面积,减轻对结构的负担。

2) 为保证护筒偏位和倾斜度控制在容许范围内，护筒下沉过程中应进行全过程测量。

3) 加强汛期对钻孔平台及钢围堰的观测，护筒平联处的位移须控制在一定范围内(根据计算确定)。

4) 首节段钢围堰起吊与龙门吊起吊不能同时工作，现场应加强施工管理。

5 结束语

在桥梁建设中，虽然贝雷梁为标准构件，采用贝雷梁能有效提高杆件拼装进度,但是由于贝雷梁为定型化产品，故其不能较好地适应现场施工需要。而采用桁架作为施工平台的上部结构，虽进行杆件拼装时较为费力，但却能够较好地适应现场施工条件[8]。

本文对万州长江公路三桥南塔基础施工平台设计及施工方案进行了介绍。方案1采用贝雷梁，虽然其可以加快平台施工过程，但构造较复杂，且部分杆件受力超过容许应力。方案2采用桁架梁，其传力途径较为直接，且杆件应力较方案1小很多。通过现场施工表明，方案2安全可靠，能够较为灵活地适应超大面积高桩承台的施工条件。

[1]沈平欢，祝 强.江中围堰及钢平台施工技术[J].四川建材，2008(4)：193-195.

[2]四川公路桥梁建设集团有限公司万州长江公路三桥B合同段项目.万州长江公路三桥南塔Z09桩基专项施工方案图[Z].成都：四川公路桥梁建设集团有限公司，2014.

[3]四川公路桥梁建设集团有限公司万州长江公路三桥B合同段项目.万州长江公路三桥南塔Z09桩基施工优化方案图纸[Z].成都：四川公路桥梁建设集团有限公司，2014.

[4]袁华昭.万州长江公路三桥Z09#主墩钢围堰首节段拼装及下放施工技术[J].四川水泥，2016(4)：51.

[5]肖跃文，陈 璋，裴炳志，等.荆岳长江公路大桥北主塔深水基础施工技术[C]//中国公路学会桥梁和结构工程分会全国桥梁学术会议.北京：人民交通出版社，2007：502-510.

[6]邹 欢.浅谈琅岐闽江大桥钻孔平台设计与施工方案[J].江西建材，2014(2)：147-148.

[7]孙百峰.深水裸岩钻孔平台施工方案比选[J].铁道建筑技术，2015(11)：22-25.

[8]李跃穗，吴能森.乌龙江大桥新建复线桥深水基础施工平台设计研究[J].土木工程与管理学报，2011，28(3)：31-34.

Study on Construction Platform of Super-large Surface Deep-water Foundation

WU Jiaomei

The main tower on the south bank of the Wanzhou Yangtze River Expressway No. 3 Bridge is a large-diameter,deep-water high-rise pile cap. This paper introduces and compares the Bailey beam scheme and the truss scheme of the bridge construction platform,and puts forward attentions to be taken in design and construction of the construction platform.

super-large surface deep water foundation; construction platform; Bailey beam; truss; scheme comparison and decision

10.13607/j.cnki.gljt.2016.06.010

国家自然科学基金青年科学基金项目(51608080)

2016-08-25

吴娇媚(1984-)，女，福建省莆田市人，硕士，工程师。

1009-6477(2016)06-0043-03

U445.55

A