某特大桥引桥承台钢吊箱设计

某特大桥引桥承台钢吊箱设计

传统的钢吊箱承载系统通常由地板和钢渣之间的钢筋压杆制成，或精造形的钢吊杆，以承受密封混凝土和地板的重量。当密封混凝土达到设计强度后，通过抽吸完成系统传输，由密封混凝土和钢渣之间的握力承受逮捕施工期间的负荷，因此密封混凝土的厚度通常很大，密封混凝土的质量越高，整个承台施工的成败取决于。在强涌浪地区由于波浪的往复运动(在波峰时,波浪对吊箱为推力或者波吸力,在波谷时,波浪对吊箱为波吸力)导致钢吊箱也会产生相应的往复位移,特别是封底混凝土刚浇筑尚没有强度时,非常容易导致封底混凝土破坏,增加了施工风险,而且封底混凝土的厚度也需要相应增加。本文结合外砂河大桥的具体工程实践,探讨一种新的承重体系,减少施工风险。1引桥结构特点广东某特大桥全长1880.6m,单幅桥面宽18.75m,主桥为(61+108+61)m的3跨梁拱组合桥,引桥及互通采用预制组合箱梁或者现浇箱梁结构。其中引桥承台长15.8m,宽3.1m,高1.6m,底标高1.5m,河床标高-2.5~-6m。十年一遇的高潮位2.491m,低潮位-0.01m,常见浪高1.5~2.0m(5%~15%)。根据工艺比选,拟采用钢吊箱进行施工。2钢吊箱承载系统设计2.1外砂河大桥承台钢吊箱的施工方案外砂河大桥引桥承台如果采用常规的钢吊箱设计,由封底混凝土作为主要的受力构件,封底混凝土厚度至少1.2m厚(1.0m封底+0.2m找平层),不可避免地需要浇筑水下封底混凝土。考虑到波浪力往复作用,要求钢吊箱的刚度及钢吊箱的固定措施非常强大,风险也高,整个施工方案的可靠性、经济性均不合理。外砂河大桥承台由于设计的特殊性,在低潮位时高出水面,所以为钢吊箱承重系统的优化提供了条件。具体如下:在低潮位时,在1.1~1.4m焊接0.3m高牛腿,采用φ36mm的精轧螺纹钢反吊2H600×200×12×20的型钢,在型钢上铺设0.2m厚预制混凝土底板,一起承受承台施工过程中的荷载。最后浇筑0.2m厚混凝土用于止水。为尽可能提高牛腿的标高,延长施工可持续时间,将牛腿镶嵌到预制底板和封底混凝土中,牛腿的顶标高仅比承台底标高低0.1m(考虑精轧螺纹钢螺帽的高度及精轧螺纹钢安装时不得进入承台混凝土中),如图1,2所示。2.2牛腿及沉重的梁设计2.2.1水重力及波浪力(1)自重:q1=0.2kN/m;(2)预制底板、封底及承台自重:q2=50kN/m2;(3)水浮力:q3=13.91kN/m2;(4)波浪力:浮拖力q4=-27kN/m2,吸力q4=16kN/m2;(5)人员、机具及振捣荷载:q5=4kN/m2。2.2.2考虑波吸力的荷载组合1)工况1在水位1.1m,浪高2m时浇筑承台,考虑波吸力。荷载组合为((1)+(2))×1.2+[(4)(波吸力)+(5)]×1.4。2)工况2在安装预制底板前,承受波浪浮拖力。2.2.3计算承重计算简化为简支梁进行计算。采用2H600×200×12×20型钢可以受力及满足刚度要求。2.3抗波浪浮拖力板单元预制混凝土底板直接安放在主梁上,将承台、波浪、施工荷载等传递后主梁,是整个钢吊箱承重系统中关键的受力构件。利用Midas中建模计算。1)工况1在水位1.1m,浪高2m时浇筑承台,考虑波吸力。利用板单元进行建模,边界条件为在与主梁接触处简支。计算结构如图3,4所示,并根据计算结构进行配筋。2)工况2在没有浇筑封底前,水位1.5m,波浪2m,承受波浪浮拖力。自重q2=3kN/m2(考虑水浮力),小于波浪的浮拖力q4=27kN/m2。所以必须对底板进行抗波浪浮拖力设计。具体做法在预制底板加工时,提前预埋15cm×15cm×1cm钢板,预制底板安装完成后及时与钢护筒进行焊接,如图5所示。结构计算时采用在预埋钢板处简支板进行计算。工况3预制底板吊装过程中,利用4点简支的板单元进行模拟。3提高施工质量由于采用主梁反吊在牛腿上的方式承受承台施工期间的各种荷载,避免常规由封底混凝土与钢护筒的握裹力承受,封底混凝土仅起到止水作用,减少封底混凝土的厚度,同时由水下施工变为强潮施工钢吊箱的承重系统,降低了施工难度,保证施工质量。主要技术如下。3.1牛腿和沉重的梁3.1.1牛视频的下充混凝土为尽可能提高牛腿的标高,提高施工持续时间,在底板预制时预先留出牛腿位置,采取将牛腿镶嵌到底板混凝土中,牛腿的顶标高仅距离承台底0.1m。3.1.2主梁抗波浪浮拖力主梁自重q1=0.2kN/m小于波浪浮拖力q4=27×0.4=10.8kN/m,所以必须对主梁抗波浪浮拖力进行设计。具体设计采用ue78836mm的精轧螺纹钢反吊主梁,并预紧;利用牛腿反压抵抗波浪浮拖力,如图6所示。3.2预制地板和封闭地板混凝土3.2.1预制地板准备为便于安装,底板的预留孔比钢护筒大20cm。整个底板分为4块,在牛腿处断开。3.2.2抗疲劳设计的准备在每块预制底板与钢护筒接触位置预埋3块15cm×15cm×1cm钢板,预制底板安装完成后及时与钢护筒焊接固定。3.2.3凝土的影响封底混凝土主要起止水的作用,防止海水浸泡钢筋和刚浇筑完成的承台混凝土,影响混凝土的耐久性。侧模安装完成后,在低潮位时采用5mm的弧形钢板封堵预制底板与钢护筒之间的缝隙,并且弧形钢护筒与钢护筒焊接,抵抗波浪的浮拖力,最后低潮浇筑20cm厚C30的封底混凝土。4使用抗波浪力小的钢吊箱通过对钢吊箱承重系统的优化设计,减少了封底混凝土的厚度,