重力式码头预制沉箱浮在水上接高时,必须及时( )以保证沉箱的浮运稳定。
A 、向箱舱加水
B 、从箱舱抽水
C 、调整压载
D 、装模浇筑
【正确答案:C】
混凝土沉箱由干施工预制顶部开口的隔舱组成,通常浮运到其最终位置,然后下沉到海底就位。沉箱通常如此设计,使下沉以后其顶刚好在低水位上并为波浪留有富裕高度。隔舱通常用砂填充,有时用混凝土或砾石。上部结构可以是实体的现浇混凝土胸墙或钢筋混凝土挡土墙,墙后回填,而顶面则用混凝土铺面。 沉箱的定位误差通常可以大于块体或预制墙构件的定位误差。因此沉箱往往能用在波浪扰动显著的地方。 填充后的沉箱形成自身稳定的结构,可以用来支承沉重的施工设备。沉箱可用于码头墙和栈桥。 由于临时工程费用高昂,这种构造形式的可行性取决于有足够数量的沉箱。也需要足够的水深以便从浇注区到最终地点之间操纵浮运沉箱,否则需采用附加的浮箱。
一、沉箱位置的定位测量铁塔基础位置确定后,分坑确定基础4条腿的沉箱位置,然后进行沉箱位置的放样、浇筑。沉箱位置定位准确是确保后续基础施工不偏心,基础根开等尺寸正确的前提。沉箱位置与标高控制点的设置:在沉箱外部地面及沉箱壁顶部设置纵横十字中心线和水准基点,便于通过经纬仪的测量和复核,达到控制沉箱位置和标高的目的。
二、沉箱下沉质量控制在沉箱外壁周围测点弹出水平线,在下沉过程中安排专人用经纬仪或吊线锤随时观测沉降值和中心偏差值,测量时如发现沉箱有倾斜、位移、沉降不均或扭转等情况,应及时进行处理,超深的一侧应立即停止挖掘,而着重对较浅的一侧进行挖掘,使之逐渐调整过来,达到平衡状态。
1、标准贯入试验击数
N =30×50/∆S
式中:N一标准贯入试验击数; ∆S一50击的实际贯入深度(cm)
2、公式混凝土施工配制强度fcu,0应按下式计算:
fcu,0= fcu,k+1.645σ
式中:
fcu,0——混凝土施工配制强度(MPa);
fcu,k ——设计要求的混凝土立方体抗压强度标准值(MPa);
σ ——工地实际统计的混凝土立方体抗压强度标准差(MPa)。
σ的取值应符合下列规定:
施工单位或施工工地如有近期足够数量的混凝土立方体抗压强度数据时,σ值可按下式计算:
式中:
fcu,i ——第i组混凝土立方体抗压强度(MPa);
mfcu ——混凝土立方体抗压强度的平均值(MPa);
N ——统计批内的试件组数,N≥25。
按fcu,0= fcu,k+1.645σ配制混凝土, 则混凝土施工生产留置试件的抗压强度满足设计要求的保证率为95% 。
3、混凝土最终绝热温升的计算
Tα=W Q0k1k2 /ρc
式中:
Tα一混凝土最终绝热温升(℃);
W一每立方米混凝土中胶凝材料用量(kg/m³);
Q一胶凝材料水化热总量(kJ/kg),Q= k1k2Q0 。
ρ一混凝土质量密度(kg/m3),可取2400 kg/m³
C 一混凝土比热容(kJ/kg•℃)可取1.0kJ/kg• ℃;
Q0一水泥水化热总量(kJ/kg);
k1一粉煤灰掺量水化热调整系数(查表取值);
k2一粒化高炉矿渣粉掺量水化热调整系数(查表取值)。
4、预应力筋张拉时的计算伸长值△L ( mm)
式中:
Fp——预应力筋的平均张拉力。 直线筋取张拉端的拉力;两端张拉的曲线筋,取张拉端的拉力与跨中扣除孔道摩阻损失后的拉力平均值(kN) ;
L——预应力筋的长度( mm) ;
Ap——预应力筋的截面积 ( mm2) ;
Es——预应力筋的弹性模量( MPa)。
5、强夯法的有效加固深度
6、爆炸地震安全距离应按下列公式计算
R=(K/V) 1/α ×Q1/3
式中:
R——爆炸地震安全距离(m);
V ——安全振动速度(cm/s);
Q ——一次起爆药量(kg);
K、α ——与爆炸地震安全距离有关的系数、指数,与爆区地质、地形条件和爆炸方式等有关。
7、钢管桩的预留腐蚀厚度可按下式计算:
△δ=V[(1-Pt)×t1+(t-t1)]
式中:
△δ一一在结构的设计使用年限t年内,钢管桩所需预留腐蚀厚度(mm;
V一一钢材单面年平均腐蚀速度(mm/a);
Pt一一采用涂层保护或阴极保护,或采用阴极保护与涂层联合防腐时的保护效率(%);
t1一一采用涂层保护或阴极保护,或采用阴极保护与涂层联合防腐时的有效使用年限(a) ;
t一一结构的设计使用年限(a)。
或△δ= V ×(1-Pt)× t1 + V ×(t - t1)
V ×(1-Pt)× t1:表示防腐措施有效保护年限内,钢结构的腐蚀量(mm)
V × (t- t1):表示防腐措施有效保护年限外,结构设计使用年限内,钢结构的腐蚀量(mm)
8、混凝土强度验收批评定
当验收批内的混凝土试件组数大于等于5组时,混凝土强度的统计数据应同时满足下式:
mfcu-Sfcu≥fcu,k
fcu,min≥fcu,k-Cσ0
式中:
mfcu——n组混凝土立方体抗压强度的平均值(MPa);
Sfcu——n组混凝土立方体抗压强度的标准差(MPa),其取值不得低于σ0-2(MPa);
fcu,k——该验收批混凝土立方体抗压强度标准值(MPa);
fcu,min——n组混凝土立方体抗压强度的最小值 (MPa);
C——系数,n=5~9取0.7;n=10~19取0.9;n≥20取1.0;
σ0——混凝土立方体抗压强度标准差的平均水平,按表1E411062-1 选取。
9、爆炸夯实的适用条件
hi≥2.32q21/3
式中:
hi—药包中心至水面的垂直距离(m);
q2 —单药包药量(kg)。
10、新浇混凝土对模板侧面的压力
Fmax=8Ks十24Kt V1/2
其中:
Fmax一混凝土对模板的最大侧压力 (kN/m2)
V一混凝土浇筑速度 (m/h)
Ks一外加剂影响系数,不掺外加剂时取1.0;掺缓凝作用的外加剂时取2.0;
Kt一温度校正系数。见表1E412012-1【温度越高,影响系数越小】
【推导公式】h=Fmax/γ
11、方块吊运吊力计算
计算时应考虑吊具重力和预制构件底板与预制场地面的黏结力。
吊力=方量*24.5kN/m³+吊具重力+黏结力
12、定倾高度计算
m=ρ-a>0
5.2.4 沉箱靠自身浮游稳定时,必须验算其以定倾高度表示的浮游稳定性。
5.2.5 沉箱定倾高度应满足下列要求:
( 1 )近程浮运时,沉箱的定倾高度不小于0.2m。
( 2 )远程浮运时,以块石或砂等固体物压载的沉箱定倾高度不小于0.3m,以液体压载的沉箱定倾高度不小于0.4m。
13、拖带力计算
A=D(T+δ)
式中:
F—拖带力标准值(kN)
A—沉箱受水流阻力的面积(㎡)
γw—水的重度(kN/m³)
V—沉箱对水流的相对速度(m/s)
K—挡水形状系数,矩形取1.0,流线型取0.75
D—沉箱宽度(m)
T—沉箱吃水(m)
δ—箱前涌水高度(m),可取0.6倍航程中可能出现的波高。
14、沉桩应力验算
(1)对预应力混凝土管桩,锤击沉桩拉应力验算应满足下式要求
式中:
YS一锤击拉应力分项系数,取1.15
σS一锤击拉应力的标准值(MPa)
ft一管桩混凝土轴心抗拉强度设计值(MPa)
σpc一管桩混凝土有效预压应力值(MPa)
ypc一混凝土预应力分项系数,取1.0。
(2)预应力混凝土管桩进行锤击压应力验算时,应满足下式要求:
式中:
Ysp一锤击压应力分项系数,取1.10
Yp一管桩锤击沉桩时的总压应力标准值(MPa)
fc一管桩、混凝土轴心抗压强度设计值(MPa)
15、无支护基坑径流排水量按下式计算:
Q=AR
式中:
Q一一基坑径流排水量(m³/h);
A一一基坑汇水面积(m2);
R一一计算降水强度(m/h),可取当地近年5年一遇日最大降水量的1/2。
基坑径流排水设备根据基坑径流量及基坑设计施工要求确定,设备的排水能力应现场测定,其额定排水能力不宜小于基坑径流排水量的2倍。
16、抛枕漂移距
式中:
Ld一一抛填物料水平漂移距(m);
Vf一一表面流速(m/s) ;
H一一水深(m);
G一一物料重量(kg) 。
17、漂斗状态下标注挖深值
H=L/cosα
式中:
H一一漂斗状态下标注挖深值(m) ;
L一一抓斗垂直挖深值(m) ;
α一一漂斗夹角(°) 。
18、耙吸挖泥船生产率计算
(一)耙吸挖泥船挖、运、抛
式中:
W——耙吸挖泥船挖、运、抛施工运转时间小时生产率(m³/h);
q1——泥舱装载土方量(m³);
Σt ——施工循环运转小时(h);
l1——重载航行段长度(km);
V1——重载航速(km/h);
l2 ——空载航行段长度(km);
V2——空载航速(km/h);
l3 ——挖泥长度(km);
V3——挖泥航速(km/h),根据疏浚土土质确定;
t1——抛泥及抛泥时的转头时间(h);
t2 ——施工中转头及上线时间(h);
G一一泥舱中装载的泥浆总质量(t) ,可按装舱前后的船舶吃水求得;
γw一一现场水的密度(t/m3) ;
q一一泥舱装载的泥浆体积(t/m3) ;
γ0一一疏浚土体的天然密度,即原状土密度(t/m3)。
(二)耙吸挖泥船挖、运、吹
式中:
W——耙吸挖泥船挖、运、抛施工运转时间小时生产率(m³/h);
q1——泥舱装载土方量(m³);
Σt ——施工循环运转小时(h);
l1——重载航行段长度(km);
V1——重载航速(km/h);
l2 ——空载航行段长度(km);
V2——空载航速(km/h);
l3 ——挖泥长度(km);
V3——挖泥航速(km/h),根据疏浚土土质确定;
t3——耙吸挖泥船吹泥总时间(h),由挖泥船吹泥所需时间以及挖泥船与吹泥管线连接装置的接卡、解离所需时间两部分组成;
t2 ——施工中转头及上线时间(h);
(三)边抛或旁通
式中:
W一一耙吸挖泥船边抛或旁通施工运转时间小时生产率(m³/h) ;
Q一一抛出舷外的泥浆流量(m³/h) ;
ρ一一抛出舷外的泥浆浓度(%) ;
δ一一有效出槽系数,为泥浆入水后所含泥沙实际输出槽外的比率,通过观测与分析,并参考类似工程的经验数据确定;
Ƞ一一考虑转头等因素的时间系数;
ρ一一抛出舷外泥浆的浓度(%);
V1一一原状土体积(m³);
V2一一泥浆体积(m³);
γm一一泥浆密度(m³);
γw一一现场水的密度(t/m³);
γ0——疏浚土体的天然密度,即原状土密度(t/m³)。
19、时间利用率计算
式中:
S一一挖泥船时间利用率(%);
T1一一挖泥船挖泥时间(h);
耙吸挖泥船指挖泥、运泥、抛泥或吹泥、返回挖泥地点及转头和上线时间;
绞吸挖泥船指挖泥及其前后的吹水时间;
链斗、抓斗挖泥船指挖泥机械运转时间;
T2一一挖泥船的生产性停歇时间(h);
T3一一挖泥船的非生产性停歇时间(h)。
20、耙吸船合理的舱容计算
V= W/Ym
式中
V——选用的舱容(m3) ;
W——泥舱的设计净装载量(t) ;
Ym ——泥舱内沉淀泥砂的平均密度(t/m3)。
21、挖掘生产率
挖掘生产率主要与挖掘的土质、绞刀功率、横移绞车功率等因素有关,按下式计算:
W=60K×D×T×V
式中:
W一一绞刀挖掘生产率(m³/h) ;
D一一绞刀前移距(m) ;
T一一 绞刀切泥厚度(m) ;
V一一绞刀横移速度(m/min) ;
K一一绞刀挖掘系数,与绞刀实际切泥断面积等因素有关,可取0.8~0.9 。
22、泥泵管路吸输生产率
泥泵管路吸输生产率主要与土质、泥泵特性和管路特性有关,按下式计算:
W=Q·ρ
式中:
W一一泥泵管路吸输生产率(m³/h);
ρ 一一泥浆浓度,按原状土的体积浓度公式计算;
Q 一一泥泵管路工作流量(m³/h)。
23、链斗挖泥船生产率计算
式中:
W——链斗挖泥船运转时间小时生产率(m³/h) ;
n ——斗链运转速度(斗/min) ;
c ——泥斗容积(m³) ;
fm ——泥斗充泥系数,可采用表1E412073-2中的数值;
fθ ——斗桥的倾斜系数,可根据实际挖深按图1E412073-2读取;
B ——岩土的搅松系数,可采用表1E412073-3中的数值。
1、限高120米
港珠澳大桥跨越珠江口伶仃洋,连接香港、珠海、澳门三地,由于伶仃西航道和铜鼓航道对通航要求较高,远期要保障30万吨游轮的通航能力。但要满足30万吨游轮的通航能力,就必须建造一座桥面高度超过80米,桥塔高度达到200米的超级大桥。
但由于大屿山机场在航道处限高为120米。因此,不可能采用桥梁方案跨越这两条航道,如果找不到解决的办法,那么,港珠澳大桥就将陷入无疾而终的困局。
对此,采取的应对措施就是修建海底隧道,由于有高度上的限制,加上海底隧道不仅能很好地解决水域的跨越问题,而且还在大程度上降低了对周围环境的影响,解决了大面积水域的航运问题。特别是随着修建海底隧道的一些关键技术的不断突破,海底隧道已逐渐成为了工程界普遍认同的跨越航运繁忙航道的第一选择。
因此,港珠澳大桥之所以选择修建长海底隧道,并成为海底隧道最长的跨海大桥,这一方面既有客观因素的制约;另一方面,也是因为海底隧道具有自己独特的优势。
2、10%水阻率
要建造海底隧道,首先要找到能把桥梁和海底隧道连接起来的岛屿,由于附近海域没有现成的岛屿可供使用,这就必须修建人工岛来连接海底隧道和桥梁。
而伶仃洋是—个典型的弱洋流海域,加上每年有大量的泥沙从珠江口流入伶仃洋,如果人工岛长度和宽度过大,就会起到阻挡泥沙流入大海的作用,水阻率一旦超过10%,泥沙就有可能被阻挡沉积,在岁月流逝中让伶仃洋变成一片冲积平原。
为了避免这个灾难性的后果,就必须缩小人工岛的尺寸,把人工岛的长度控制在1公里以内,但采用盾构法的话,由于盾构法对稳定性要求很高,隧道也会埋得比较深,最终会导致人工岛的长度超标并撞上10%水阻率的红线。
在综合考虑水阻率以及该处隧道规模、海域水文地质条件的情况下,最终采用了沉管法取代盾构法。沉管隧道是指在海床上浅挖出沟槽,将预制好的管道沉放到沟槽中,然后进行水下对接。采用沉管隧道技术后,降低了400米的岛屿长度,将岛屿长度控制在625米,解决了10%水阻率的问题。
3、800万立方米淤泥
之前讲到要修筑625米长的人工岛以连接桥梁和海底隧道,而在修筑人工岛的地方有一层15到20米的淤泥,由于淤泥的物理属性,如果在其基础上做抛石斜坡或常规重力式沉箱的话,抛石或重力沉箱就会因淤泥而打滑,地基不稳。最常规的办法是把淤泥全部清理掉,或者用排水结固的办法使淤泥变干,然后再抛石或用沉箱坐稳。
但在海底排水使淤泥变干并不现实,而如果要把淤泥全部清理掉,要清理足足800万立方米淤泥,这不仅耗时耗力,使在一年的造岛工期内无法完成工作任务,而且还会对海洋环境造成很大污染。
对此,工程师的解决之道是采用120个重550吨,高55米,直径22.5米的圆形钢桶围成一圈来稳定地基,钢桶会插入粉质粘土、粉质粘土夹砂层中,逐渐会形成稳定的结构,届时只要在钢桶围成的人工岛内填充沙石即可,钢桶会使沙石留在人工岛内,不用在担心抛石和沉箱顺着淤泥滑走,最后形成永久的抛石斜坡堤和临时钢圆筒结构相结合的岛壁结构。
4、3厘米误差
成功修筑人工岛的前提是要制造出120个550吨重、55米高的巨型钢桶,但由于钢桶的体积过于庞大,没有任何一个卷板机和模具能够完成这样钢桶的制造工作,不得不采用模块组装的办法,将钢桶分成72个模块,一组一组的拼装。
但这种做法也会带来一个问题,由于钢桶的误差要求被限制在3厘米以内,而每一次拼接都会有一定的误差,加上拼接的模块数量达72个,以及钢桶高达55米的巨大体积非常不利于加工和制造,在多次拼接后有可能无法将误差控制在3厘米以内。
最终,工程师们用内胆来解决钢桶制造的精度问题——制造一个能够控制圆柱形钢桶外型的钢结构支架,在这个钢结构支架的辅助性进行拼接,终于将误差控制在3厘米以内。
5、沉管的浮运和沉放
港珠澳大桥的海底隧道由33节的钢筋混凝土结构的沉管对接而成,每个标准沉管长180米、宽38米、高11.4米,排水量大约在8万吨。隧道沉管在岸上预制好之后,用钢封门将两端封闭,沉管浮在海面上,由多艘大马力拖轮拖到约7海里外的施工海域,然后再下沉到海底对接安装。
由于沉管体积庞大且重量很大,加上水文情况、水道宽度的限制,以及沉放时对精度有很高的要求,沉管的浮运和沉放属于施工过程中的项重要技术。沉管浮运需要考虑拖拽力、水流速度与方向以及潮汐、海水密度和大风的影响。
由于水的阻力系数等因素,会造成经验公式计算结果与实际结果有一定差异的情况,一旦拖拽力如果计算不精确,就有可能导致钢缆断裂,沉管倾覆。另外,潮汐也会引起水位变化,海水密度也会引起浮力变化,水流的大小和方向是决定管节尺寸以及浮运沉放方式的一个重要因素,这些都是要仔细考量的因素。
沉管沉放也有很多技术挑战,由于局部施工区域属于极为松软而且类型多样的土质,较容易发生过度沉降的问题,在这种情况下安装将严重影响安装的精度,无法按要求将误差要控制在7厘米以内,可能给隧道的工程质量带来难以估量的后果。另外,沉管下沉过程中对稳定性有很高的要求,海底基槽淤泥回流也会给沉放带来不小阻碍……
面对上述挑战,工程师们见招拆招,一一将问题解决。为确定拖拽力,工程师开展的管段拖曳阻力模型试验,确定管段及管段组合体的拖航阻力,并以试验数据推算推拖拽力和拖船的数量和所需功率。
为避免过度沉降,保障安装精度,在每个沉管安装之前,先在伶仃洋40多米深的海底开挖一条海底隧道基槽,基槽挖好后打挤密砂桩,然后在基槽上铺2到3米的块石并夯平,创造一种新的复合地基,使沉管的沉降值大大缩小,把误差控制在5厘米左右。
面对海底基槽淤泥回流,一方面设置5个固定观测点保持对施工海域的泥沙检测,提供有效的泥沙淤积预警分析,为后续沉管安装施工提供可靠保障。另一方面设置水下横向截泥堤坝,拦截沿基槽方向的泥沙回淤物,同时调动“捷龙”、“浚海6”清淤船清理淤泥。