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桥梁大型深水特殊基础概述

futao 桥梁拆除 2019-04-27 732 0
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桥梁大型深水特殊基础概述

桥梁深水基础在条件适合的情况下,一般还是采用桩基础、管柱基础和沉井基础等形式。

但对一些跨越大江大河,尤其是对于海湾和近海岛屿的近海深水基础,受海洋环境的影响,墩身和基础受力非常复杂而巨大,尤其所受到的水平力,如水流冲击力、船舶撞击力、大潮巨浪的拍击力等,要比浅水基础大得多。而修建的桥梁结构也都是大跨,甚至是超大跨特大型桥梁,对基础的稳定性和安全度要求很高,其设计和施工的难度很大。我国在深水基础施工方面,目前达到的只是三四十米。但随着本世纪路网规划的实现,在大江大河和沿海海峡、海口修建规模更大的桥梁势在必行,其水深在50m以上,甚至超过百米,这就需要桥梁工作者进一步学习各国已有的深水基础的先进成果和技术,并结合我国实际情况和具体桥梁工程进行认真分析、研究,才能保证我国桥梁深水基础的技术水平持续发展。

在展望桥梁海上深水基础发展前景时,不能不提及近年来发展迅速的海上石油平台基础、原油储油平台基础和海上灯塔基础等深海基础工程技术。这些海洋深水基础构思新颖巧妙,结构合理先进,技术成熟可靠,其深度和难度也远远超过了桥梁基础。下面简要介绍几座有代表性的此类基础,作为桥梁深水大型基础在设计和施工中参考和借鉴。

一、重力式钻并平台基础

重力式钻井平台是近、深海应用较多的一种平台形式,其基础是一座具有若干井筒式油罐并可以自浮的混凝土结构(图8-1)。外形和结构类似桥梁基础中的带气筒的可浮式沉井,但井筒式油罐有盖又有底,不能从井孔中挖土,施工原理又类似有底沉箱,地基处理主要是靠自重挤压沉入将裙板压入土中。图8-1所示是英国北海油田重力式平台的主要构造类型,称为康蒂普(Condeep)型平台基础。1989年完成的另一种重力式平台基础为陶立斯(Doris)型平台基础,它的特点是油罐的构造与布置是按同心圆分层分格,且油罐最外圈装有一层带孔的防浪圆筒形板(图8-2)。油口处水深139m,最大波浪高31.2m,平台基础底平面直径140m。此平台共用混凝土14万m2,钢筋1.9万t,预应力钢丝4000t,结构总重44万t。最大波浪力

1.029×10kN,倾覆力矩4.18×10kN·m。

二、钢塔钻井平台的大直径桩基础

一般以钢衔架为平台台身的钻井平台,基础多采用大直径深桩。由于海洋水深浪大加之飓风影响,在巨大的水平力作用下不可能设置临时打桩导向架或围堰围笼等设施,只能依靠可以稳立于海底上的正式井架来导向,在平台柱脚打桩然后与平台连成整体形成基础,实际上是采用逆作施工法。钢桁架是先预制成型,高度要沉入海底还要露出平面足够的高度,然后加气

筒浮运至井位处沉入海底,并依靠自重嵌入海底一定深度,然后在井架柱上所附的导向管内插桩、打桩,全部基础桩打完之后,在护管内灌浆,以便井架和桩基础联结成一个整体。

图8-1康蒂普型重力式平台(尺寸单位:m)

图8-1康蒂普型重力式平台(尺寸单位:m)

图8-2陶立斯型平台基础

图8-2陶立斯型平台基础

图8-3英国北海福蒂斯油田高岛号 平台基础布置示意图

图8-3英国北海福蒂斯油田高岛号

平台基础布置示意图

图8-3为英国北海福蒂斯(Forties)油田高岛号钻井平台,平台处水深128m,波浪高29m,风速58m/s。海底表层为15m厚的软泥,以下为150m厚的硬黏土层。井架每根支腿柱下端设置有12根导向套管,在其中9根套管中打入o1.37m的钢管桩,管桩壁厚50.4mm,桩长126.8m(打桩时210m)。平台自重及设备共重5.7万t,风、浪作用于平台的水平力约为100MN。

目前这种类型钻井平台下沉水深最深为美国墨西哥湾的古尔夫油田建成的朱和特(Jolliet)平台,水深达到536m,而美国墨西哥湾比利温克(Biliwinkle)石油钻井平台,下沉水深达412m。

三、自浮移式钻井平台基础

基础为钢制箱形筏基,其制造、浮运等方法,与上述重力式平台大致相似,只是在下沉时,除油罐可供灌水加重外,筏基箱格内也可灌水,可大大增加筏基预压力,使筏基可以很好地挤走淤泥而压入土中。

我国渤海6号自升沉筏式钻井平台就属此种结构,只是因水浅而结构简单化。

四、管形筏式基础

该种基础是采用预应力混凝土管形筏式基。

如挪威弗利格(Frigg)油田的总控制台是一座在深海中高达140m的钢塔。基础每侧由两根41.5m,内径为6.5m的预应力混凝土大管组成,两组管的距离为45.74m,两端用内径5.7m的管连接在一起,并在中部设置一箱形横梁作为荷载分配梁。

由以上介绍可知,桥梁深海基础和海上钻井平台基础是非常相似的工程,只是桥梁上部结构受力尤其风荷载作用较钻井平台复杂,从现在钻井平台已施工的资料可以预计,有望在200m以下水深中修建桥梁基础是可能的。本章主要结合我国现已建成的大跨桥梁深水基础建设情况,将除桩基础、管柱基础和沉井基础外的特殊基础形式,有气压沉箱基础、沉井管柱组合基础、锁口管柱组合基础、锁口管柱基础、双承台管柱基础和预制设置基础加以介绍,以供学习参考。


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