某大型斜拉橋主塔鉆孔平臺(tái)設(shè)計(jì)

1、某大型斜拉橋主塔鉆孔平臺(tái)設(shè)計(jì)中交二公局第一工程有限公司武漢430000【摘要】大型橋梁深水樁基礎(chǔ)需要鉆孔平臺(tái)進(jìn)行各項(xiàng)施工作業(yè)。木文 結(jié)合橋址水文和地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)了某主跨為920m的大型斜拉橋主塔鉆孔平臺(tái)， 并建立有限元模型對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了驗(yàn)算。結(jié)果表明：各工況作用下，鉆孔平臺(tái)受力 滿足設(shè)計(jì)和施工要求。后續(xù)的現(xiàn)場(chǎng)施工亦表明，該平臺(tái)施工方便，適應(yīng)各種氣候 施工，且具有足夠的安全儲(chǔ)備。該主塔鉆孔平臺(tái)設(shè)計(jì)方案可為同類工程的設(shè)計(jì)和 施工提供參考。【關(guān)鍵詞】斜拉橋；鉆孔平臺(tái)；鋼護(hù)筒；鋼管樁1工程背景某920m主跨特大跨長(zhǎng)江斜拉橋，zu#索塔采用收腿的倒y型造型，塔 高251.41m,整體式承臺(tái)。承臺(tái)頂面標(biāo)高1

2、4.47m,底面標(biāo)高6.47m,尺寸為 50.0×33.0×8m,圓端半徑r=21.013mo承臺(tái)下按梅花型共布置42根 鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)87m,樁徑2.5m工程區(qū)屬亞熱帶濕潤(rùn)型季風(fēng)氣候。具有四季分明、氣候溫和、濕度較大、 日照充足、雨熱同季、無霜期長(zhǎng)等特點(diǎn)。橋址區(qū)域多年平均風(fēng)速為2.23.2米/ 秒，最大風(fēng)速達(dá)21.3米/秒。橋址地下水水質(zhì)較好，多為中性軟微硬淡水， 存在對(duì)混凝土微腐蝕、對(duì)鋼結(jié)構(gòu)弱腐蝕性。每年的6月至9月為汛期，水位較高， 流速較大，其它月份為低水位時(shí)期。汛期最高水位可達(dá)28.2m,主塔位置最大水 深可達(dá)28mo汛期最大水流速度2.0m

3、/so根據(jù)鉆探揭露：橋址區(qū)覆蓋層主要為 第四系沖洪積層（q4al+pl）；下伏基巖為白堊第三系（k2r）砂巖、泥巖，在白 堊第三系（k2r）砂巖、泥巖中發(fā)育有斷層破碎帶。深水基礎(chǔ)施工。z11#索塔 樁長(zhǎng)達(dá)到82米，位于深水區(qū)域、細(xì)砂河床。該水域流速急、流向亂、土層軟弱； 且有斷裂破碎帶等不良地質(zhì)，地質(zhì)條件復(fù)雜，這些不利因素是項(xiàng)目施工的關(guān)鍵。2大型主塔鉆孔平臺(tái)設(shè)計(jì)主墩鉆孔平臺(tái)采用梁柱組合式機(jī)構(gòu)，為鋼護(hù)筒平臺(tái)。橫橋向長(zhǎng)度為105 米，順橋向?qū)挾葹?1米，由鋼管樁、鋼護(hù)筒、貝雷桁架以及分配梁和面板組成。 鉆孔平臺(tái)采用119根φ1020×10mm鋼管樁和42根 &a

4、mp;phi;2800×20mm鋼護(hù)筒作為基礎(chǔ)，鋼管樁間設(shè)置型鋼平聯(lián)，鋼護(hù)筒之間 設(shè)置工45b型鋼平聯(lián)，平聯(lián)同時(shí)兼做貝雷桁架承重梁。利用貝雷桁架作為主梁, 橫橋向布置，標(biāo)準(zhǔn)花架連接，貝雷桁架頂面布置120a型鋼，間距30cm,面板采 用10mm厚鋼板做為面板，面板與分配梁焊接固定。主塔鉆孔平臺(tái)鋼管樁及鋼 護(hù)筒采用打樁船施工。其設(shè)計(jì)參數(shù)為：(1)施工期設(shè)計(jì)高水位：+28.20m； (2) 設(shè)計(jì)流速:v=2.0m/s； (3)設(shè)計(jì)風(fēng)速：23.9m/s； (4)平臺(tái)頂標(biāo)高：+31.00m； (5) 河床標(biāo)高:+1.8m； (6)河床沖刷深度：10.5m (最大局部沖刷深度)；(7

5、)覆蓋 層：粉中細(xì)砂。大型主塔鉆孔平臺(tái)結(jié)構(gòu)包括：(1) 周邊鋼管樁：承臺(tái)外圍支棧橋、碼頭等平臺(tái)的支撐基礎(chǔ)為：73根 φ1020×10mm鋼管樁，壁厚10mm,外徑1020mm,單根鋼管樁平均長(zhǎng) 約55米，入土深度27.87mo鋼管樁最大間距為9.375m×7.0m,最小間距 為 6.0m×9.375mo(2) 鋼護(hù)筒：主塔設(shè)42根φ2800mm鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)87米，間 距6.25m×6.25mo在每根樁位安裝φ2800×20mm鋼護(hù)筒。護(hù)筒壁 厚

6、20mm,外徑2800mm,護(hù)筒入土深度18.8米。主塔鉆孔平臺(tái)鋼管樁及鋼護(hù)筒采用打樁船施工，相鄰鋼管樁和鋼護(hù)筒施 工到位以后，立即采用120t浮吊安裝樁間橫向聯(lián)系，避免在水流作用下長(zhǎng)吋間 自由懸臂而發(fā)生偏移，最后統(tǒng)一安裝平臺(tái)上部貝雷桁架、分配梁、面板及欄桿等 附屬設(shè)施。圖1z11#鉆孔平臺(tái)總體平面布置圖(單位：cm)3設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)材料參數(shù)：貝雷材料為16mn鋼，其它材料采用q235a鋼。根據(jù)我國(guó)行 業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，貝雷桁片材料均為q345鋼，單排單層貝雷mmax=788.2knm,qmax 二245.2kn。結(jié)構(gòu)自重：結(jié)構(gòu)自重有限元程序自動(dòng)計(jì)入?；撅L(fēng)壓：根據(jù)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范jtg d60-20

7、04 “附表a全 國(guó)各氣象臺(tái)站的基本風(fēng)速和基本支風(fēng)壓值”取基本風(fēng)壓為0.35kn/m2 （風(fēng)速約為 23.9m/s）,按照50年一遇取值。水流壓力：計(jì)算流速取流速2.0m/so平臺(tái)考慮10.5m的沖刷深度，當(dāng) 沖刷深度超過3m時(shí)，將拋填犬粒徑碎石或片石進(jìn)行防護(hù)。根據(jù)公路橋涵設(shè)計(jì) 通用規(guī)范進(jìn)行計(jì)算。荷載參數(shù)：樁基鉆孔施工采用kp3500鉆機(jī)，主機(jī)重480kn,鉆頭及配 重塊重量 240kn,鉆桿重量 33&times;13kn=429kn （鉆桿參數(shù)：1.3t （3.47m） / 節(jié)）。鉆機(jī)總重量g1=480+240+429 = 1149kn<>考慮1.2沖擊系數(shù)，則鉆機(jī)荷載

8、 設(shè)計(jì)值gl=1.2&times;1149=1378.8kno鉆機(jī)荷載在鉆孔平臺(tái)頂面按邊長(zhǎng)3.6m、 0.45m寬的均布荷載計(jì)。罐車荷載：45t罐車共計(jì)為3個(gè)車抽，兩個(gè)后軸每軸荷載為18t,前軸 荷載為9t,門吊荷載：80t龍門吊自重42t,跨徑40m,施工過程中最人起吊質(zhì)量 按60t計(jì)，考慮起吊狀態(tài)為靠近一側(cè)支腿最為不利，跨比為6/34,經(jīng)計(jì)算兩側(cè) 軌道不計(jì)門吊自重的支反力分別為52.32t、7.68t,則單側(cè)軌道計(jì)入門吊自重的支 反力分別為52t和9t。履帶吊荷載：75t履帶吊履帶長(zhǎng)：5.228m,履帶寬:0.758m,則每側(cè)履 帶荷載：132.5kn/m2,均勻分布于兩條履帶上。

9、4計(jì)算模型及結(jié)果采用midas civil 2006整體建模分析。在midas civil整體建模中，鋼管樁、平聯(lián)、斜撐、貝雷桁架以及型鋼均以梁?jiǎn)卧?，面板采用lcm板單元建立，鋼管樁在嵌固點(diǎn)位置固結(jié)。計(jì)算工況為：豎向荷載：平臺(tái)自重+鉆機(jī)重量+履帶吊工作荷載+門吊工作荷載+罐 車荷載+平臺(tái)堆載水平荷載：施工狀態(tài)最大流水壓力+鉆機(jī)產(chǎn)生的水平力+風(fēng)力工況分析：因平臺(tái)使用周期長(zhǎng)，施工期間，以上所列設(shè)備均同時(shí)施加。圖2鉆孔平臺(tái)整體模型經(jīng)計(jì)算可得，面板最大組合應(yīng)力：147.5mpa,分配梁最大組合應(yīng)力： 117.3mpa,貝雷梁最大彎應(yīng)力:201.7mpa,貝雷梁最大剪應(yīng)力：147.4mpa,工 56

10、b承重梁最大組合應(yīng)力：161.5mpa,平聯(lián)鋼管最大組合應(yīng)力：118.8mpa,鋼管 樁最大組合應(yīng)力：74.9mpa,各構(gòu)件的應(yīng)力均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。鋼管樁最大支反力：1156.4kn,鋼護(hù)筒最人組合應(yīng)力：48.74mpa,鋼護(hù) 筒最大支反力：1908.4kno鋼管樁和鋼護(hù)筒承載能力容許值按以下公式計(jì)算3：式中，p為單樁軸向受壓承載力容許值（kn）； u和li分別為鋼管樁周 邊長(zhǎng)度和入土深度（m）； &tau;i和&alpha;i分別為樁周土極限摩阻力和摩阻力影 響系數(shù);根據(jù)地質(zhì)資料，&tau;l&tau;3分別取30kpa、45kpa和80kpa,河床沖 刷深度為10.5米，計(jì)算可得鋼管樁和鋼護(hù)筒分別入土 27.51m和18.8m可滿足設(shè) 計(jì)要求。5結(jié)語本文對(duì)某主跨為920m的人型斜拉橋主塔鉆孔平臺(tái)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并建立 有限元模型對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了驗(yàn)算。結(jié)果表明：各工況作用下，鉆孔平臺(tái)受力滿足設(shè) 計(jì)和施工要求。后續(xù)的現(xiàn)場(chǎng)施工亦表明，該平臺(tái)施工方便，適應(yīng)各種氣候施工, 口具有足夠的安全儲(chǔ)備。該主塔鉆孔平臺(tái)設(shè)計(jì)方案可為同類工程的設(shè)計(jì)和施工提 供參考。參考文獻(xiàn)：1邵旭東 主編