大型双壁钢围堰（精选8篇）
大型双壁钢围堰 篇1
自九江长江大桥首次采用双壁钢围堰施工以来,这项技术在我国便得到了快速的推广和使用。双壁钢围堰制作方便、快捷,施工技术也不复杂,且自身刚度大,整体性强,能够抵抗较大的竖向力和水平力,安全可靠,因而在桥梁深水基础施工中得到广泛的应用[1,2]。
1 工程概况
某特大桥地处揭东县地都镇跨越榕江,主桥为4跨连续钢桁梁柔性拱桥,跨径组合为110 m+2×220 m+110 m。主桥三个主墩位于榕江深水区,设计采用低桩承台群桩基础,每个主墩设计11根直径2.8 m的钻孔灌注桩,梅花形布置,桩基中心间距7.6 m。承台位于河床面以下,承台设计为矩形,采用C40防腐混凝土,主墩承台采用双壁钢围堰围水后干施工。
桥位处江面宽约850 m,受下游入海口海水的潮汐影响,为感潮水域段,属不规则半日潮,每日两潮,一次涨落历时约13 h。墩位处水深约10 m～11 m,百年一遇最大水流速度1.36 m/s,墩位处淤泥质土层厚11 m～15 m。
2 钢围堰施工
2.1 钢围堰构造
双壁钢围堰截面形式为矩形,平面尺寸为20.4 m×30 m,详细构造见图1。
钢围堰主要由壁体、刃脚、内撑三大部分组成。壁体主要由隔舱板、箱形梁、水平环板、水平斜杆及内外壁板构成。刃脚高度2.0 m,作为围堰底节的组成部分一道加工,刃脚混凝土浇筑高度2.0 m。在内撑位置设置竖向箱形梁作为一级支撑结构,水平设置环形板作为二级支撑结构,垂向设置角钢次梁为三级支撑结构,内外壁之间通过水平斜杆和水平环板连接而形成整体。内撑用型钢构成平面框架,与钢围堰箱形梁一起形成稳定结构体系,另外设置竖向支撑,减小受压杆件的自由长度。
2.2 总体施工方案
钢围堰先在现场加工车间分块制作,然后用汽车和驳船运到现场组拼。钻孔施工完成后,拆除承台范围内的平台,在钢护筒上安装围堰底节拼装平台,围堰底节利用千斤顶+精轧螺纹钢下放系统整体下放。底节入水自浮后,分块、分节安装剩余钢围堰块件,围堰灌水下沉、着床,然后在围堰内吸泥下沉到设计位置[3]。
2.3 钢围堰拼装
2.3.1 拼装顺序
钢围堰拼装参照壁体分块图(如图2所示),采用两个吊点反对称方式拼装各块段,起始段为A,H,合龙段为G,N,钢围堰拼装顺序为:1号吊点:A,B,C,D,E,F,G;2号吊点:H,I,J,K,L,M,N。
2.3.2 底节拼装
钢围堰底节高4.5 m,平面上分14块。底节在墩位拼装平台上逐块安装,并焊接成整体。底节块件拼装前,在平台上通过测量放样块件的轮廓线,在轮廓线位置焊接定位件,每个块件焊4个定位件,以此控制钢围堰下口的平面位置。
吊机将围堰块件吊起至安装位置,下口通过定位件就位后,与定位件临时焊接固定,上口用型钢和手拉葫芦与钢护筒临时连接固定,根据测量结果对围堰块件进行调整,达到设计要求后,块件之间进行焊接连接。块件现场焊接时,组织技术最好的焊工进行焊接,并对所有壁板及隔舱板焊缝进行煤油渗透试验,如发现有渗透现象,及时进行补焊[4]。
2.3.3 水上接高拼装
钢围堰底节下水自浮后,其余三节钢围堰在水上用吊机逐块拼装、焊接,拼装前在下一节围堰的上口外侧焊接临时操作平台,焊接定位件,水中部分的围堰依靠导向装置稳定在水中,两个吊点反对称同步吊安围堰块件,拼装前控制围堰干舷高度2.0 m左右,任何时候围堰干舷高度不小于1.0 m,拼装、焊接要求同底节拼装。
2.4 钢围堰沉放
钢围堰沉放施工步骤如下:
1)下放前准备,安装导向装置和下放系统,吊杆收紧,准备下放。
2)底节整体起吊,割除牛腿,选择在低平潮下放底节,底节入水自浮后,检查密水情况,隔舱内灌水下沉,控制干舷高度2.7 m。
3)解除底节下放系统,水上接高钢围堰第二节,浇筑刃脚混凝土2.0 m,隔舱内灌水下沉,控制干舷高度2.8 m。
4)水上接高钢围堰第三节,隔舱内灌水下沉,围堰入水9 m后,利用导向装置和围堰上口的手拉葫芦控制围堰的平面位置和倾斜度,在平潮期间灌水下沉、着床,测量围堰平面位置和倾斜度,满足设计要求后,继续灌水下沉,围堰刃脚入河床约2.6 m,控制干舷高度2.4 m。
5)水上接高钢围堰第四节,浇筑隔舱混凝土7 m,继续灌水下沉,同步在围堰内吸泥,在下沉困难时,采取在隔舱内灌砂压重,直至刃脚达到设计标高。
2.5 围堰主要施工工艺
2.5.1 吸泥下沉
本工程中每个钢围堰内需清淤约6 500 m3,在钢围堰着床后,在围堰内同步进行清淤工作。采用2套空压机气举吸泥系统清淤,直至刃脚到达到设计标高位置。
对围堰内分层吸泥除土,每层厚度不超过50 cm,从围堰中心开始吸泥,逐渐由中心向外呈放射状圆环移动吸泥,使围堰内河床形成“锅底”,围堰在下沉重力作用下,克服下沉阻力而下沉。当围堰出现倾斜或偏位时,根据围堰内周边测得的水深,换算出泥面标高,并依此现场制定吸泥纠偏方案。
围堰下沉过程中,关键是对各种形态下围堰下沉系数的掌握。测量2次～3次围堰内壁周边水深,换算出围堰内壁处对应的泥面标高,当此泥面标高低于刃脚标高1.0 m,围堰仍不下沉时,说明围堰下沉重力不够,则向隔舱灌水或灌砂,以增加围堰的下沉重力。围堰内吸泥应力求均匀,使其保持平稳下沉,如围堰一直是倾斜的,则应停止吸泥,由潜水员对围堰刃脚周边进行探摸。如有异物(如木头、钢管等),应及时取出,然后才能继续吸泥下沉。
2.5.2 钢围堰定位
1)平面位置。
钢围堰平面位置粗调通过在钢围堰壁体内壁板与钢护筒间设置的导向装置来实现。着床时的平面精确控制主要通过围堰内围设置的手拉葫芦和夹壁内注水来实现。钢围堰在覆盖层中下沉时的平面控制依靠吸泥和压重调整。
2)标高及其垂直度控制。
钢围堰垂直度由定位装置及下沉工艺进行调整调控。由于拼装误差,平面位置、标高与垂直度在实际施工中可能出现难以同时达到要求的情况,此时则以垂直度和顶口处平面位置控制为主。围堰在注水下沉时,由于水流和淤泥对围堰产生部分不平衡作用,使得河床上、下游标高不一致,为维持围堰平面位置,此时需要通过向各个隔仓内不等量注水来调整围堰平面高差,同时通过吸泥进行调整。下沉过程中,应随时分析,研究测量资料,掌握围堰下沉进度和偏移情况,一旦发生偏移,分析原因,调整围堰下沉吸泥部位及局部加重进行纠偏,保证围堰平稳下沉。围堰内注水根据外围水位的变化对围堰水位进行控制,依靠抽加水位来调节。
3)钢围堰固定。
钢围堰标高控制主要是通过在夹壁内注水来进行调整,并在钢围堰标高到位后,在钢围堰四周尽快安装反压牛腿。反压牛腿在高潮位时承受淤泥厚度冲刷变化下围堰向上的浮力。经抽水调整,使钢围堰顶口略为顶住反压牛腿下表平面,马上组织焊工将钢围堰顶口与反压牛腿进行焊接,反压牛腿与钢护筒连接,反压牛腿焊接要及时并且8个位置同步进行。
3 结语
通过对特大桥钢围堰施工,初步积累了一些施工经验,水中墩基础围堰施工特点是应根据不同的桥墩基础设计形式、桥位地质条件及现场地形,采用不同的钢套箱设计形式,以及有针对性的拼装、下水、下沉接高施工方案,才能确保水中施工快速、经济、高效。
工程实践表明:该有底双壁钢围堰设计考虑充分,施工方案合理可行。解决了深水基础施工难题,可为类似工程提供参考和借鉴。
摘要：针对粤东某大跨度钢桁拱桥位于深水软质土区主墩,研究了一套经济实用的双壁钢围堰围水后干施工技术,较详细地阐述了该围堰的结构构造、围堰下沉及拼装等具体施工工艺,为类似桥梁水下施工提供借鉴。
关键词：低桩承台,双壁钢围堰,施工工艺
参考文献
[1]王贵春,皇甫昱.桥梁深水基础双壁钢围堰施工技术分析[J].铁道建筑,2007(8):22-24.
[2]付润生.基础工程[M].成都:西南交通大学出版社,2006.
[3]杨文洲.桥梁施工工程师手册[M].北京:人民交通出版社,1997.
[4]TB 10203-2002,铁路桥涵施工规范[S].
大型双壁钢围堰 篇2
水下爆破在双壁钢围堰施工中的应用
通过对某大桥双壁钢围堰基础水下爆破施工的详细介绍,阐明了水下爆破中的炮孔设计、装药计算、起爆网路设计等关键工序,并详细介绍了水下爆破施工工艺,有效地克服了围堰下沉施工的技术难题,为类似工程提供了有意义的`借鉴和指导.
作 者：何茂文 刘洋 作者单位：湖南省郴州市城市规划设计院,湖南郴州,423000刊 名：山西建筑英文刊名：SHANXI ARCHITECTURE年，卷(期)：201036(10)分类号：U445.556关键词：桥梁工程 双壁钢围堰 水下爆破 施工
双壁钢套箱围堰施工总结 篇3
本墩所处位置自然河床面高程37.73~37.86m, 现表面填砂卵石土高程约40m;表层为第四系冲积层 (卵石土) , 松散、饱和, 透水性强, 厚17.12~17.5m。
承台底标高31.06m, 承台尺寸为17m×23m×5m, 河床面高于承台, 且施工期水位约37m~39m, 也高于承台, 所以采取双壁钢围堰进行承台及底节墩身施工。
双壁套箱钢围堰外平面尺寸为28m×22m, 四角倒圆, 半径为4.5m, 厚度1.5m, 围堰高度为12m, 设计顶口标高40.5m, 以满足该墩施工设防水位40m。整个围堰重约230t。围堰侧板在工厂分层分块制作, 在经平整的墩位施工现场进行组拼并焊接成整体。
2 施工方案
双壁钢套箱围堰施工方案:现场直段部分分上、下两个6m节, 四角分4个3m节 (直线段长边方向顶节由于施工需要现场分为两节3m段) 进行组拼;两辆长臂挖掘机 (臂长18m) 在围堰外 (主要是从四角处) 进行均匀对称开挖, 利用围堰自重垂直下沉到位, 清底、封底、抽水后即完成围堰施工。
3 各施工步骤的具体施工方法
3.1 双壁钢套箱围堰制作、验收及运输
(1) 双壁钢套箱围堰按设计图中分块数量在工厂进行加工制作。 (2) 双壁钢套箱围堰应选用顺直、无变形、无损伤的型钢及钢板制造。
3.2 场地平整及测量放线
(1) 开挖。钻孔桩施工完成后, 拆除龙门吊机及钻孔平台, 然后用挖掘机将拼装场地 (周圈比围堰大1m) 开挖至高程为37.5m处 (高于当时长江水位0.5m左右)
(2) 放线。测量部门在拼装场地上放出围堰中心线、边线, 打桩进行标记, 并在四根角护筒及中间两根已超封的护筒上做好标高标记点。
(3) 抄垫。开挖结束后, 对场地进行平整, 根据所放围堰边线铺设枕木, 枕木铺设方向为刃脚的直线段垂直铺设, 倒角圆弧段径向铺设。枕木铺设直线段间距为0.5m, 圆弧段间距约为150。固定枕木5根一组 (组间距约0.7L) 摆放紧密, 共计根数约200。刃脚与枕木之间垫10mm钢板 (固定垫木除外) 。
3.3 底节围堰拼装
(1) 吊装机械。拼装围堰时, 上游围堰用WD—20吊机进行吊装, 下游围堰用汽车吊机进行吊装。
(2) 拼装工具。倒链、橇棍、大锤、铅锤、千斤顶、割枪、电焊机、夹具等
(3) 拼装方法。拼装前应先在抄平的枕木上放出各块围堰的控制线或控制点。围堰的拼装顺序从万州上游角的一块开始, 顺次向两边对称拼装, 最后在宜昌下游角附近合拢。为方便取土, 四角仅拼焊第一个3m高的节段。
(4) 拼装步骤: (1) 吊机吊平到位。 (2) 初调拼接缝 (采用搭接缝) 。 (3) 根据控制点、控制线调整位置以及垂直度。 (4) 清理接缝并点焊。 (5) 加临时支撑。为确保围堰侧板的稳定, 将角部围堰内侧与角护筒间用型钢焊接牢固。 (6) 面板双面满焊, 横肋、竖肋等强连接
3.4 第一次开挖下沉
(1) 支垫、斜撑等的撤除:先将角部围堰与角护筒间的连接割除, 再在两者间设置临时支撑防止围堰倾斜, 临时支撑设好后, 割除斜支撑, 最后再抽出垫木。
抽垫的基本原则是:以固定垫木为中心, 由远至近, 先短边后长边, 最后撤四组固定垫木, 支垫应分区、依次、对称、同步地向围堰外抽出, 随抽随用砂土回填捣实。抽垫时应防止围堰偏斜。
(2) 取土方法:两辆长臂挖掘机在分别在四个倒角处对围堰内进行对称均匀除土, 四辆自卸车配合将所取土运倒在远离围堰施工场地的地方, 避免了对围堰引起偏压。本次取土使围堰下沉到顶口标高约40.5m处, 停止。然后按照前述拼焊要求拼焊第二个3m段。
3.5 围堰双壁内灌注混凝土
13#墩双壁钢套箱围堰是利用自重进行下沉, , 共灌注了8m高混凝土。
第一次在底节围堰双壁内灌注5m高C30混凝土485m3, 混凝土由坝混凝土工厂泵送至围堰双壁内, 加强振捣, 保证密实。
由于围堰下沉出现了一定的偏斜, 在灌注砼的过程中有意识的调整灌注顺序和位置, 来进行纠偏。
3.6 第二次开挖下沉及位置调整
混凝土灌注完毕后, 沿用前述方法继续开挖下沉围堰, 本次开挖使围堰顶口下沉至高程约40.5m处。在顶口接近标高时, 有意识的根据围堰偏位倾斜情况取土, 以使围堰位置准确, 顶口标高一致。
围堰下沉到位后不再开挖刃脚处, 考虑到此时挖掘机取土较为方便, 所以对围堰中心部位尽量取土。 (形成了个“锅底坑”)
3.7 拼装第二节围堰3m, 再浇3m高混凝土
底节围堰下沉过程中有一定的倾斜和顶面破损, 增加了拼装的难度。我们采用在底节围堰焊临时竖直钢楔对顶节围堰进行定位, 调整竖直度, 使其与底节围堰整体性增强。个别水平接缝采用补板连接。其他方法同前述。浇注3m高混凝土390m3, 在浇注混凝土前应将原来混凝土顶面杂物及松软浮浆清除干净。
3.8 第三次开挖, 外侧开挖下沉至围堰设计标高
开挖要求同前述, 因为随着围堰的下沉, 外摩阻面积越来越大, 最终仅靠开挖内侧, 围堰不能下沉到位, 所以还要在围堰外侧开挖。
3.9 焊接最后3m围堰
由于水位较低, 围堰在第三次开挖下沉到位后可以进行围堰接高, 故结合施工实际对施工工艺进行优化, 最后接高3m, 拼装焊接方法同前述。
3.1 0 外侧回填、清底、封底
(1) 外侧回填。外侧回填至标高40m以方便围堰等的后续施工。
(2) 清底。外侧回填后, 对围堰顶口局部加固, 并用吸泥机对开挖后底部泥浆等进行清理, 并由潜水工配合作业, 以保证水封质量。
(3) 封底方案。该围堰面积较大, 面积刃脚底口约595m2刃脚顶口约464m2, 根据现场混凝土供应能力和灌注设备数量的限制, 为满足水封混凝土每小时上升不小于0.25m的要求, 将围堰用隔板顺上下游方向分成上、下游两个区域进行封底。
封底用混凝土根据水位情况选定由坝上混凝土工厂和水上混凝土工厂两个同时拌制, 由四台混凝土输送泵输送到墩上灌注平台, 采用漏斗分配供料。
在灌注平台上布置水封导管和混凝土漏斗, 为满足初灌混凝土量的要求, 每根导管在初灌时, 上方设一不小于5m3的混凝土存储罐。砍球后, 存储罐移至下一个初灌导管上方。
水封导管采用φ325mm扣接式导管, 底节导管长度应不小于2m。混凝土的流动半径约为3.0~3.5m。导管使用前应检查, 不漏水、内壁光滑, 并组装编号、画划标尺。
4 结束语
该墩双壁钢套箱围堰施工的成功完成不仅为整个大桥的后期施工赢得了宝贵的时间, 而且减少了大临设施的投入, 节约了成本, 对以后类似的工程具有宝贵的借鉴作用。
摘要：本文结合施工实际介绍双壁套箱围堰的施工, 围堰现场拼焊, 利用长臂挖掘机开挖下沉, 清底水封等工艺过程。研究总结其施工技术及工艺, 以便于双壁钢套箱围堰施工技术在今后同类工程施工中得到推广和改进。
双壁钢套箱围堰漏水处理技术 篇4
1 双壁钢围堰施工概况
1.1 桥址处地质概况 (如图1)
1.2 钢围堰设计情况
(1) 钢围堰基本尺寸。承台平面尺寸20.3m (横向) ×9.6m (纵向) , 基础采用11根直径为2.0m的钻孔桩。钢围堰高度16.7m, 考虑承台施工利用双壁钢围堰内壁作模板, 围堰内壁各加大15cm, 围堰内侧平面尺寸为20.6m×9.9m, 围堰外侧尺寸为23.4m×12.7m, 隔舱厚度为1.4m。
(2) 钢围堰基本结构。钢围堰为双壁长方型套箱, 内外壁板之间用水平桁架连接, 共设12道隔舱板, 转角处各设一道隔舱板, 长边设2道隔舱板, 短边设2道隔舱板。围堰沿高度分为三节, 自下而上依次为第1节6.1m (含刃脚1.4m高) 、第2节4.9m、第3节5.6m。
结合结构要求和现场起重设备起重能力要求, 在双壁钢围堰平面分块上, 将围堰设为8块, 最大重量控制在17t, 保证水上作业安全。
(3) 结构材料的选用。内外壁板厚度δ=6mm。水平弦杆在第一节和第三节采用TN200×200×8×13、在第二节采用TN250×200×9×14型钢。桁架斜杆主要为∠80×8, ∠100×8, ∠125×8三种型钢, 局部采用双角钢加强。直杆为∠80×8。竖肋分别采用∠90×56×7、∠100×63×7角钢。刃脚钢板厚δ=6mm。顶面顺坡度方向布置加劲肋角钢, 加劲肋角钢两端与内壁板水平桁架弦杆及外壁板加劲角钢焊接, 加劲肋中部焊接斜杆及水平杆支撑到外壁板加劲角钢, 刃脚区域的桁架和底板加劲肋均采用∠70×45×7。围堰内支撑沿短边方向设置两排, 每排自上而下设3道, 共6道内支撑, 采用Φ426×14钢管。
1.3 钢围堰施工情况
钢围堰在钢护筒支撑牛腿上面架设平台上拼装, 在平台上焊接第一节钢围堰后, 在钢管桩上安装钢梁结构, 将钢围堰吊离平台, 拆除牛腿, 钢围堰放入水中, 利用钢护筒的限位装置, 在第一节钢围堰上组拼安装其他节钢围堰。
钢围堰组拼完成后, 刃脚灌入混凝土, 并灌水下沉。下沉就位后采用C20混凝土进行水下封底, 待混凝土强度达到设计要求后, 对围堰内进行抽水作业。
2 事故概况
该桥9#墩围堰封底采用C25混凝土, 厚度2.0m, 设计数量325m3, 施工实际用量342m3。浇筑完成时间正值当地汛期6月份, 在浇筑完成封底混凝土约15d后遇到当地50年一遇的洪水冲击, 导致封底混凝土底部河床局部被掏空, 使双壁钢套箱围堰变成为钢吊箱围堰 (如图3所示) , 受力状态薄弱。后来经过专家现场勘查、研究、分析并进行计算得出结论, 可在承台施工的时候同时抽排钢围堰隔舱中的水, 以增加浮力, 减小承台对封底混凝土的影响。在钢围堰堰体内抽水并施作完成内支撑后, 发现6#桩靠近钢护筒内壁处漏水严重 (如图4所示) , 漏水量达到0.5m3/min。因承台施工时不再安装模板, 围堰内无法设置排水井, 故承台混凝土施工时必须采取有效措施对围堰内漏水进行封堵、抽排等处理。
3 事故处理措施
事故发生后, 项目部邀请多方专家进行分析论证并采取措施, 最终选用“堵、排、引”的方法综合处理。
(1) 漏水点的封堵。安排2名经验丰富的潜水员深入封底混凝土底面下被掏空部位摸探漏水点, 用棉絮塞缝、薄钢板加强的方案进行处理。经过处理后起到了一定的止水效果, 但是效果不明显。
(2) 抽排。在封底混凝土顶部凿出一个排水坑, 用水泵进行抽排。
(3) 预留注浆管。在漏水点1m范围内预埋4根Φ50钢管作为预留注浆孔, 待承台混凝土浇筑完成并达到设计强度后进行注浆。
(4) 减压引流。将水引至距桩头20cm范围以外, 在漏水点凿出一个半径40cm的圆形深槽, 槽深10cm, 然后钻孔至声测管管壁, 将水引出后用棉絮、薄钢板将漏点堵塞。制作一根Φ600mm、管底为法兰盘的排水管, 排水管内刚好可并排放置2台3.5k W抽水泵连续进行抽水排, 2台水泵同时工作可使围堰内漏水抽排干净。
(5) 减压排水管的封堵。在承台C40混凝土施工完成待混凝土强度达到设计强度的100%后将减压排水管接长至施工水位以上, 这样等于形成了一个连通器, 围堰外水面和管内水面处于同一水平面上, 然后采用导管法对排水管进行封堵。为了保证封堵混凝土质量, 采用C40微膨胀混凝土, 一次性浇筑至承台顶面以上30cm, 待混凝土强度达到设计强度后然后沿着承台混凝土面割除排水管, 凿除干净高出承台顶面的混凝土后即可开始施作墩身。
4 结语
作为深水基础斜裸岩基础, 采用钢套箱围堰施工方案难度大, 尤其经历了五十年一遇洪水对封底混凝土冲刷, 使封底混凝土底部局部被掏空, 形成了一个钢吊箱围堰, 致使承台施工难度增大, 经过专家论证研究并进行详细计算后, 通过对承台施工过程中隔舱中水按施工进度进行抽排等措施, 将有底套箱围堰变成为吊箱围堰施工。
针对漏水点的处理, 通过专家详细分析、反复论证, 历经半个月的处理时间, 最终采用“引流、排水、降压”的方案成功处理, 为承台施工提供了良好施工作业环境, 保证了承台钢筋混凝土实体工程施工质量。
摘要：双壁钢围堰广泛运用于深水基础承台施工中。在某大桥深水斜裸岩采用双壁钢围堰封底混凝土施工完成后, 遭遇了五十年一遇的洪水冲刷, 致使封底混凝土底部被掏空而出现了漏水事故, 通过采用“引流、排水、降压”的方案成功处理, 可为其他类似工程提供参考和借鉴。
关键词：双壁钢套箱围堰,漏水,处理技术
参考文献
[1]刘自明.桥梁深水基础[M].北京:人民交通出版社, 2003.
[2]卢小伟, 张自荣.双壁钢吊箱围堰封底漏水事故及处理[J].铁道建筑.
[3]中华人民共和国铁道部, 高速铁路桥涵工程施工技术指南.2010.
北江特大桥双壁钢围堰施工技术 篇5
北江特大桥是贵广铁路工程广东境内跨北江的一座特大桥,该桥采用(69+92+230+92+69)m钢桁梁斜拉桥结构。
主桥墩均设在北江深水中,桥墩基础所处水域水位变化大(实测最高水位:9.58 m,最低水位:-0.2 m)、流速急(实侧1.83 m/s)、汛期长(4月～9月为汛期)、覆盖层浅(最薄地方只有几十厘米厚)、距离北江主航道近(离航道约80 m)。
主桥墩台结构尺寸大(截面尺寸为:35 m×17 m×6 m)、桩基数量多(单个桥墩由18根ϕ3.0 m的灌注桩组成)、基桩长(灌注桩长103 m)、底标高低(桥墩底标高-10.169 m)。根据工程实际情况,主桥墩台采用双壁钢围堰作为临时围水结构进行无水干施工。
2 围堰设计要点
2.1 结构形式
一般双壁钢围堰为圆形,但本工程主桥墩台为矩形,为减少材料用量、降低吊装难度,本工程钢围堰采用双壁自浮结构,双壁间距1.5 m,围堰外尺寸为38.3 m×20.3 m,围堰高18.269 m。整个钢围堰分三节制作,每节重量分别为185 t,183 t,165 t。
2.2 支撑梁系
围堰内设置4层支撑梁系,第一层不设斜向支撑,在围堰拼接时内支撑梁的中间横梁必须设置,其余各层斜向支撑梁可在围堰拼装抽水时随水位的下降从上到下依次加设,墩台施工时酌情割除。
2.3 原材料选型
外壁板下部刃脚段1.0 m选用20 mm厚钢板,上部选用6 mm厚钢板,内壁板选用6 mm厚钢板,环板选用12 mm,16 mm组合钢板,隔舱板选用10 mm厚钢板,斜撑杆选用∠90×6及∠125×8,所有竖向次梁选用∠70×45。
2.4 结构布置
1)井壁:围堰由内外两层钢壁组成,双壁间靠水平环板形桁架使内外井壁组合成整体,内外壁间距为1.5 m。
2)隔舱:在双壁间设竖向隔舱板,把钢壳分成12个不相通的仓。设置隔仓的目的为:下潜过程中可以分仓灌水调节其平衡性,着床后可以通过分仓灌水对其进行纠偏,浇灌混凝土时可以分仓灌注以确保混凝土质量。
3)刃脚:刃脚在刃尖部分约1.0 m高度范围内壁板厚为20 mm,竖向肋角位置布设竖向三角板,板高0.76 m,且用C20细石混凝土将刃尖填实。
3 施工工艺流程
施工工艺流程见图1。
4 施工方法
4.1 钢围堰制作
1)对加工场地进行整平、压实处理,使基础牢固、结实,以确保围堰加工过程中避免因基础沉降而增大构件平面尺寸误差。
2)根据围堰平面几何尺寸进行基础放样,设置围堰加工基座。
3)在基座上设置型钢等小型卡靠模架,用以安装刃脚模板。然后按先骨架后壁板的顺序逐步拼装、焊接。
4)围堰拼装完成后接着对焊缝质量进行探伤检查,对围堰密封性进行水密性试验,试验检查合格后方可进行吊运装船。
4.2 钢围堰运输
首节钢围堰制作完成,经检验合格后,由300 t起重船整体吊至1 000 t自航驳,通过西江航道和东平水道运至施工现场(运距约180 km)。
4.3 钢围堰下潜安装
在进行围堰下潜安装之前必须对基床进行验收,验收合格后方可进行下潜安装施工。围堰下潜安装采用300 t起重船辅助吊运安装,安装分为以下几个步骤进行:
步骤一:首节钢围堰起吊就位。
首节钢围堰运至现场后,采用300 t起重船把钢围堰从1 000 t自航驳上通过锚缆移船方式进行吊装就位,围堰初步就位后慢慢松钩下放至钢围堰处于漂浮状态,然后解钩移船。
步骤二:悬浮状态钢围堰位置固定。
利用锚碇体系使悬浮状态的围堰处于相对固定位置,不受水流冲击、流速、风力的影响而改变其位置。
锚碇系统是由主定位船(采用800 t方驳)、尾定位船(采用300 t方驳)、主锚(采用2个10 t海军锚)、尾锚(2个4 t霍尔式铁锚)、围堰拉缆(规格4×ϕ28 mm)等组成的一个固定悬浮状态钢围堰位置的体系结构。体系主要受力点集中在上游主锚上,主锚的数量和规格应由钢围堰的形状、大小,船舶的种类、数量,江水的流速、风力以及钢围堰悬浮状态过程中各种不利因素的组合外力而定。
步骤三:围堰接高下潜。
第二钢围堰运至现场后,采用300 t起重船将其吊至第一节围堰之上进行水上拼接,拼接过程中起重船不离开钢围堰、吊钩处于维系状态。焊接完成且经检验合格后方可通过分仓灌水下沉,下沉过程中不断调整锚碇系统使围堰平稳下潜。当下至一定高度时松钩移船进行第三节吊装、拼接施工,然后整体下潜。
步骤四:护筒埋设、平台搭建。
围堰整体着床后先检查四周刃角是否存在悬空情况,若存在则先采取措施进行调整,使其平稳着床。然后进行基桩护筒埋设和平台搭建施工,在埋设护筒的同时对围堰四周进行砂包、片石抛填以防水流冲刷刃角处基床。
步骤五:封底混凝土浇筑。
当基桩护筒埋设和平台施工完成后,接着进行围堰清基处理和封底混凝土浇筑,浇筑过程采用吊砣触探控制浇筑厚度,同时派潜水员下潜观察是否出现混凝土外溢现象,若出现则立即启动预控堵漏方案进行堵漏。
5 几点体会
1)对于大型深水桩基、低水墩台基础施工,宜采用双壁钢围堰作为临时水下施工挡水设施。因为双壁钢围堰具有刚度大、自重轻、结构稳定、工序单一、操作方便等优点。2)为保证钢围堰施工质量,双壁钢围堰应进行专门设计,围堰的尺寸、强度、刚度及结构稳定性、锚碇体系等应满足设计及施工要求。双壁钢围堰宜分节、分块在工厂制造,块件大小可根据起吊设备性能、运输条件、现场工况等决定。3)出厂前,应按设计检查复核块件结构尺寸,应采用适当方法对块件焊接质量进行检验,必要时应做水压试验,发现焊缝渗漏处应将焊缝铲除烘干重焊。4)锚碇体系布设是钢围堰下潜安装的关键性控制工序,在进行锚碇体系受力计算时下潜参数选用必须准确,考虑不利因素时必须全面。
6 结语
北江特大桥主桥墩因其处于繁忙且狭窄的北江航道,采用双壁钢围堰施工工序简单、施工干扰小、安全有保证,但对施工组织要求较高,围堰沉放施工过程必须精心组织、合理安排,严格控制钢围堰拼接、下潜、封底工序衔接,确保围堰在最短的时间内完成封底施工。北江特大桥主桥墩基础采用双壁钢围堰施工技术,对其他施工水域狭窄、水上施工干扰较大、工期较紧等因素制约的类似工程具有良好的借鉴意义。
摘要：阐述了北江特大桥主墩基础双壁钢围堰加工、运输、沉放、封底施工过程,重点介绍了双壁钢围堰锚固体系的受力计算,以对类似工程受力计算参数选用提供查阅和参考。
关键词：双壁钢围堰,加工,拼接,沉放,封底
参考文献
大型双壁钢围堰 篇6
江津观音岩长江大桥是重庆绕城公路南段跨越长江的重要工程,该桥在江津市观音岩附近跨越长江,是重庆绕城公路南段中规模最大的特大桥。全长1.19 km,主桥主跨436 m,桥面宽度36.2 m,双塔双索面斜拉桥。主桥共长879 m,索塔采用菱形桥塔,高172.8 m。两岸引桥采用主跨为30 m简支变连续的T梁。
观音岩长江大桥10号墩位于深水区域,枯水季节的水深约12 m,10号墩采用圆形承台,承台直径32 m,厚度6.5 m;桩基为嵌岩钻孔桩,20根ϕ250 cm钻孔桩。10号墩钢围堰采用双壁钢围堰,围堰内径32.5 m,外径35.5 m,壁厚1.5 m。钢围堰沿竖向共分为5段,自下而上分别为刃脚段、两个标准段和两个加强段。为便于吊装施工,钢围堰每段均沿环向等分为12片,每片圆心角为30°,其中,标准段每片吊装重量11.4 t,加强段每片最大吊装重量15.4 t。
2 钢围堰接高、下沉、着床
2.1 首节围堰吊装入水
首节钢围堰重量为178 t,在墩位处拼装船上拼装成整体,采用导向船上的固定吊点将底节钢围堰吊离拼装船,此时拼装船退出墩位。后三段钢围堰采用分片现场组装,完成一节即下沉一段。首节钢围堰的起吊采用在导向船上安装起吊架。首节围堰起吊共设置4个吊点,在吊点处对围堰进行加固补强。起吊架采用在船上立钢管桩立柱,用6组单层加强型贝雷梁作为起吊梁,在其上布置8 t慢速卷扬机。
从钢围堰浮运、入水、下沉直至基础施工,导向船作为主要施工设施和水上浮式作业场所始终为浮体,因而随着江水涨落、大风袭击,以及过往船舶影响,浮体的晃动是不可避免的。
2.2 围堰的接高下沉
首节围堰入水后,向钢围堰高侧的隔舱内注水,直至首节围堰顶面水平,然后直接进行第二节钢围堰的接高拼装,之后,拼装第三节钢围堰,拼装完毕后,向堰壁内注水,直至围堰刃脚距河床1.0 m左右,开始准备围堰着床的准备工作。
围堰通过在起吊架上安装门机在首节围堰上进行拼接。起吊架安装是浮吊先将围堰吊起后交于起吊门机上的起吊滑轮组,门机可在起吊门架上纵向移动,而门机上的起吊跑车可在横向移动,这样就可以保证围堰在任何位置都能安装到位,采用门机安装围堰块件避免了常规围堰块件安装所需的桅杆吊,大大的加快了工程进度同时也节约了成本。在块件拼接过程中发生的直径收缩问题,可通过预扩相同量直径值的方法加以消除。
2.3 钢围堰的着床
2.3.1 测量定位
当钢围堰注水下沉至刃脚距河床1.0 m左右时,即开始调整围堰位置。定位方法采用一台全站仪,测出围堰两条直径端点的坐标,计算出圆心位置,调整锚缆,使围堰中心在预计位置上,利用纠扭装置调整钢围堰的扭角,使刃脚位置尽量与设计位置一致,即完成围堰的定位。同时加大对河床标高的测量频率,并绘制下沉曲线,确保按预定位置着床。
2.3.2 围堰着床
围堰着床采用平稳注水下沉、局部吸泥的方法。钢围堰精确定位后,向围堰的12个隔舱内注水,使围堰平稳下沉。在下沉过程中始终保持堰顶水平。当围堰的最低点接触河床后,对首先接触河床的隔舱集中注水,让这几个舱的刃脚能快速地切入覆盖层,同时适量排出另一侧隔舱的水,并以钢围堰周边的干舷高度判断和控制钢围堰的垂直度。如在下沉时围堰发生倾斜,立即加大对另一侧隔舱的注水量。如还不能将围堰纠倾,则采用空气吸泥机对围堰刃脚高侧底部河床进行局部吸泥助沉施工。在围堰纠倾完成后,即停止吸泥施工。若围堰着床后发现偏位较大,可排水使围堰上浮,调整位置后重新着床。
2.3.3 围堰吸泥下沉
围堰着床后,即开始取土下沉,采取不排水取土下沉。吸泥是以空压机分别用1根～2根导管提供气举力而进行的。导管用浮吊移动,伸入水中进行吸泥施工。堰内覆盖层土石经导管被吸出堰外,围堰吸泥助沉示意图见图1。
1)空气吸泥机的设计计算。
综合计算数据,并结合本工程特点,设计空气吸泥机基本数据如下:
吸泥管及出泥管采用相同管径:ϕ426×10钢管;
混合室选用ϕ950×10钢管;
供气管选用ϕ110×6钢管;
每台空气吸泥机配两台20 m3/min空压机。
2)吸泥下沉方法。
在围堰刃脚高点着岩后,采取逐点吸泥着岩的方法,即按一定顺序(顺时针或逆时针)吸泥着岩。对不能着岩的位置,采用由潜水员先将岩面清理平整,用钢板垫于岩面,再用钢管桩支撑于预先焊接在围堰刃脚处的倒牛腿处进行支垫,并用麻袋混凝土封堵围堰刃脚与基岩之间的缝隙。然后再对下一点进行吸泥着岩施工,直至整个钢围堰均着岩或进行支垫。
吸泥下沉施工要点:在吸泥下沉过程中,测量人员应严密监视泥面标高变化情况,围堰内做几个浮鼓,专供测量使用。测量应每隔1 h～2 h测一次泥面变化情况,并绘制出泥面变化曲线。
围堰的偏位情况应随着围堰下沉同步进行。围堰每下沉20 cm～50 cm应观测一次围堰偏位情况。
合理安排排渣位置,避免对围堰造成偏压。
下沉至设计标高约2 m时,应适当放慢下沉速度,并控制吸泥量和吸泥位置,以使围堰平稳下沉,正确就位。
空气吸泥机的出浆水平管上应系4根缆风,以控制出浆管方向。
吸泥管口离泥面15 cm～50 cm为宜,过低易堵塞,过高吸泥效果不好。通过浮吊经常摇荡管身和移动位置可增加吸泥效果。
3)下沉辅助措施。
在围堰下沉过程中,可能会遇到取土效果不佳的情况,特别是在砂卵石层中,若胶结力较强,则需采用高压射水破土扰动,以增加吸泥效果。吸泥和射水同时进行,射水嘴随吸泥机一起升降和移动。如射水仍无法增加吸泥效果,可适当采用水下爆破,用水下爆破的方法排出孤石。
2.3.4 堰壁混凝土浇筑
堰壁混凝土采用水下浇筑的方式浇筑。为控制水下混凝土对堰壁、隔舱板的压力,堰壁混凝土应分舱、对称、等速进行浇筑。同时为保证围堰均匀、安全地下沉,堰壁混凝土的浇筑应以圆心轴为对称轴而对称进行。
2.4 围堰基地处理
围堰下沉到位后由潜水员用袋装混凝土堆砌堵缝,以防堰外泥砂流入。同时采用高压射水及空气吸泥机吸泥清基,冲洗围堰内壁,为封底做准备。
2.5 防冲刷措施
围堰在下沉过程以及下沉到位以后密切注视围堰周围的冲刷情况,若冲刷较严重,则采取从上游抛填袋装石子或吊放石笼以保证河床标高,抛填位置根据当时的水流情况及抛填物大小选择在围堰上游100 m～300 m范围内抛填。
3 钢围堰的下沉与平面位置的控制测量
顶部平面位置定位:当围堰下沉至刃脚距河床1 m左右时,进行围堰的精确定位(顶部平面位置定位)。在围堰顶部布设两条直径,并互相垂直,且有一条直径通过桥轴线,利用全站仪架设在桥轴线上,以极坐标法即可算出圆心位置,然后进行调整锚缆,使围堰中心在设计位置上,即可完成顶部平面位置定位。
平面扭转的控制:扭转多发生在着床前。我们在围堰顶部分别设有4个控制点,有两个在桥轴线上,其中两点与轴线垂直。利用全站仪测出该两点坐标,就可以计算出围堰的扭转(或用极坐标也可以测量控制),然后利用导向船上的调缆扭转控制系统进行校正。
底部平面位置的测量:钢围堰底部平面位置的测量控制是整个围堰测量控制的重点和难点。只有通过围堰顶部的位移、倾斜来计算出底部的平面位置。先测出顶面最大两点的高差Δh(钢围堰的直径为d,高为h),底面位移为w。根据余弦定理,
4 结语
江津观音岩长江大桥10号钢围堰在长江上游地质、水文条件复杂,基础资料不详尽的情况下,通过精心的组织、合理的安排、严格而周密的监控措施,为钢围堰的顺利着床奠定了基础。
参考文献
大型双壁钢围堰 篇7
1 工程概况及双壁钢围堰方案
在建武隆县土坎乌江大桥, 桥梁跨径组合为2×25 m连续箱梁+ (96+180+96) m连续刚构+3×30 m连续箱梁, 桥梁总长度为523.5 m, 桥位横跨乌江, 桥位处江面宽约165 m, 其中桥梁3号、4号主墩位于河流主干道内, 承台顶面设计标高分别为167.308 m和165.205 m, 承台底标高为163.308 m和161.205 m, 墩位处河床标高159.205 m, 设计勘察期水位标高为164.87 m, 实测常水位标高为165.5 m, 河床地质为砂土层、卵石层。
主墩基础施工设计采用双壁自浮式钢围堰, 钢围堰外径19 m, 内径17 m, 壁厚1.0 m, 3号围堰高19 m, 4号围堰高21 m, 顶面高程分别为179.308 m, 179.205 m, 刃脚段围堰夹壁内浇筑水下C25混凝土。钢围堰竖向分为4个节段, 钢围堰结构布置如图1所示, 钢围堰总重量约1 468 t。
2 首节钢围堰拼装定位测量
围堰均分成12块, 单块角度45°, 如图1所示, 为保证拼装时上部重量平衡, 不致于使拼装产生较大倾斜, 采用对角对称拼装, 拼装顺序以1, 2→7, 8→5, 6→11, 12→3, 10→4, 9的顺序布置。为保证钢围堰几何外形的正确性, 控制围堰的平面尺寸、圆度和垂直度, 在首节围堰拼装前, 根据围堰尺寸在拼装平台上测量放出围堰的中心和每块围堰的平面位置, 在中心和每块围堰的四个角点位置处用红油漆标明。在吊装围堰单块到位后首先进行支垫, 再进行临时支撑设置。每块围堰设置8个临时支撑点, 每侧4个, 通过手拉葫芦固定在拼装平台上, 如图2所示。
钢围堰垂直度通过直角三角形原理来进行调整, 首先在拼装平台上定出围堰底口圆心, 圆心到围堰内壁底口的水平距离a为定值 (a=19 m) , 围堰高度b为定值 (b=6 m) , a, b为直角边, 则围堰内壁顶点到圆心的距离c也为定值 (c=√a2+b2) , 即c=19.925 m, 原理图见图3。通过葫芦调整围堰内壁顶口到圆心的距离, 从而实现对围堰垂直度的调整 (见图3) 。
最后通过拉顶口直径来校核围堰拼装质量。按照设计要求围堰顶面中心偏位 (顺桥向和横桥向) 不大于±20 mm, 围堰平面尺寸误差不大于±30 mm;同平面直径差不大于±20 mm, 倾斜度不大于H/1 000, 高度误差不大于±10 mm, 节间错台不大于2 mm。
3 首节钢围堰的初步定位及接高测量
在岸上完成首节钢围堰的拼装后, 通过滑轨和拖船托浮围堰进入桥墩位置, 经过初步定位后, 再进行2层边接高退思补过加重 (注水) 下沉。
3.1 初步定位测量
为控制钢围堰的平面位置及垂直度, 首先对首节钢围堰顶面进行精确分中, 在其顶确定A, B, C, D四个对称特征点, 如图4所示, 通过测定四点坐标来掌握钢围堰的实际位置及姿态。考虑到钢围堰时刻处于浮动的状态, 在岸上两个通视情况良好的控制点各架设1台高精度全站仪, 利用极坐标法[5]同时测定对称轴上两点 (A, B或C, D) 的三维坐标。由A, B, C, D四个对称特征点实测三维坐标, 可知钢围堰对称中心O (XO, YO) 的实际平面位置为:
扭角 (AB偏离桥轴线的夹角) 为:
南北方向的垂直度为:
上下游方向的垂直度为:
根据钢围堰的实时测量结果来对锚碇系统进行调整 (见图5) , 使钢围堰对称中心逐步就位到桥墩的设计中心, 并根据XC与XD或和YA与YB的差值来调整钢围堰的扭角使其小于±10', 同时通过控制钢围堰的各隔舱内注水量来调节钢围堰的垂直度。各项调整是相辅相成的, 必须通过反复进行, 最终才能达到允许范围内, 控制指标为平面位置偏差不大于±20 cm, 扭角不大于±20', 垂直度不大于H/1 000。为确保测量无误, 应在不同的控制点架设全站仪或交替测量对称特征点, 进行观测比较及检验。
3.2 钢围堰水上拼装接高
钢围堰每节段分块在钢围堰制作工厂加工完成并经检验合格后, 运至墩位处安装。接高段和首节段的设计指标要求是一样的, 但由于对于处于水上浮动状态的钢围堰, 在接高过程中, 每项指标都控制是难经实施的, 在接高过程中, 只要控制住倾斜度, 其他指标就可控制住了。
在土坎乌江大桥钢围堰接高过程中, 在底层对接围堰的顶口内外壁之间焊设限位卡, 一侧用直立型钢, 另一侧为倾斜状, 便于起吊就位。分块围堰对称就位后, 用长钢卷尺量顶口距离是否满足17 m内径尺寸, 并采取三角斜边量距法[5,6], 进行垂直度调整。用3 m长水平尺靠接缝处内外壁, 检查接块的垂直度。钢围堰水上接高到第2节, 围堰高度10 m, 即可进行围堰着床和注水下沉。
4 钢围堰精确定位
1) 钢围堰上口轴线对称点寻找。在接后的钢围堰顶口再次准确找出对称特征点A, B, C, D (见图4) 。
2) 钢围堰注水下沉。在钢围堰井壁内注水, 采用两台抽水泵均匀对称注水下沉, 使钢围堰下沉至距离河床30 cm~50 cm, 在下沉过程中应随时对锚链、锚绳和锚碇设施进行检查, 及时监控锚绳的受力状态, 并予以及时调整, 保证各锚绳受力均匀。
3) 钢护筒下放和钢围堰精确定位测量。钢围堰经过接高及注水, 体重及吃水深度 (仅出浮出水面2 m内) 增大, 在风浪较小时, 浮动很小, 测量仪基本上可以置平, 定位钢护筒限位架时, 可直接在钢围堰上桥轴线方向A (或B) 特征点上架设全站仪控制钢护筒的定位。钢护筒下放, 采取对称的两护筒同时下放的方法。在第一对护筒即将着床时, 开始对钢围堰进行精确定位。精确定位的方法与前面的初步定位的方法相同, 特征点高程采用水准仪精确测量。对主锚、边锚及拉缆施加预应力, 通过调整锚绳和拉缆保证钢围堰的平面位置满足定位精度要求。调整围堰上游下拉缆和下游下拉八字尾缆, 必要时采取在隔舱内不均匀注水以调整围堰的垂直度。精确定位控制指标为平面位置桥轴线方向偏差不大于±5 mm, 上下游方向轴线方向偏差不大于±10 mm, 南北方向高程差不大于±10 mm, 上下游方向高程差不大于±20 mm, 扭角不大于±10'。在护筒着床过程中钢围堰精确定位的工作必须全程跟踪监测, 直至多对成桩完成, 钢围堰已不再浮动为止。在每个钢护筒着床前, 要用吊垂线的方法检测护筒的垂直度。
4) 钢围堰着床测量。围堰位置调整到着床位置后, 用四台100 m3/h流量的低扬程水泵, 向各舱内均匀注水, 保证在下沉时围堰的垂直度, 使其迅速精确着床。着床后测量检查平面位置和倾斜度, 若满足要求, 则继续往隔舱内均匀注水, 始终保持围堰顶水平, 逐步实现围堰刃脚全线着床。若不满足, 则用下拉缆进行调整, 若发生倾斜, 则往标高高的隔舱注水调平。但同时要保证围堰隔舱内外水面高差控制在6 m范围内。钢围堰着床位置精度应达到:中心轴线偏位不大于5 mm。
5) 钢围堰吸泥下沉和竣工测量。钢围堰精密定位着床后, 围堰继续接高并后吸泥下沉。由于围堰部分已经嵌入河床覆盖层里, 围堰相对稳定, 同样利用全站仪极坐标法测定节段特征点A, B, C, D的三维坐标[7], 求得围堰的顶面中心偏移及高程、底中心偏移、刃脚高程、扭角、倾斜等围堰观测资料, 指导围堰的接高、下沉和纠偏等的实施。
围堰下沉到位着岩后, 必须清除干净围堰内基底, 暴露成片的基岩面, 以便进行围堰的封底。此时必须精密测定围堰的精确位置, 可采用多种方法分别测量、计算及校核。在土坎乌江大桥钢围堰施工中, 仍采用三维极坐标法选取4个导线控制点进行闭合测量, 测定围堰的顶中心位置, 采用水准仪闭合高程法精确测量围堰的顶中心高程, 并重新推算围堰的偏移、倾斜和扭角等。3号、4号墩钢围堰最后观测成果如表1所示。
5 结语
针对武隆县土坎乌江大桥深水急流区域基础的特点采取了一系列的测控方法, 有效地解决了千吨级双壁钢围堰动态状态下的施工定位、水中接高、精确着床以及钢护筒下放、精确定位等问题。各道工序得到的检测结果均优于设计指标要求, 表明了测控方法对千吨级双壁钢围堰定位具有可靠的精度保证, 通过精确定位测量技术实施, 获得了预期效果和宝贵的实践经验, 对大型深水急流区桥梁基础施工具有一定的参考价值。
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大型双壁钢围堰 篇8
广珠铁路北江特大桥位于广东省佛山市境内，全桥长为13.38 km，主跨为(73.9+138+73.9)m连续刚构，横跨北江东平水道。本桥所跨北江东平水道为珠江水系二级航道，最大水深25 m，设计最高通航水位为9.784 m，主墩123号、124号墩采用双壁吊箱钢围堰进行承台施工，为典型的大型深水基础;为减小承台阻水比采用圆端形结构，结构尺寸为:2 200 cm×1 180 cm，圆端半径为737.5 cm，基础为2.2 m钻孔桩，桩长90 m。设计水文资料:Q1/100=24 037 m3/s,V1/100=2.95 m/s,H1/100=10.474 m,1H1/300=11.074 m。
2 地理条件
1)地质条件:表层3 m为淤泥，下覆卵石层、细沙层。2)设计水位、水深:取20年一遇高水位6.52 m，水深21 m。3)设计流速:v=2.15 m/s(按20年一遇标准取)。
3 钢围堰施工特点
1)承台几何尺寸大，要求工期紧、质量高、施工难度大。2)围堰处于江流中心，水深流急，落差7.0 m的水头差对围堰刚度要求高。3)北江东平水道水位受上游和西江的共同影响，水位、水流变化相互叠加，定位难度大。4)水上连续浇筑时间长，封底混凝土方量达2 109 m3，安全风险高。
4 钢吊箱设计及结构特点
4.1 钢吊箱结构尺寸设计及加工
依据钢结构设计规范及以往施工经验，验算在水文条件下的结构稳定性，重点考虑吊箱封底后的水头差造成的偏压。在制作过程中重点监控圆端形结构的加工质量控制。设计施工图:根据承台入水深度，水流量，混凝土重量及吊箱自身重量计算出吊箱的受力情况，设计出吊箱施工图纸。分段加工:为加快钢吊箱加工进度和提高质量，对吊箱在岸上进行分块分层加工。圆端形承台，围堰为满足均匀受力的要求，除底板龙骨外，在圆弧处增加放射形支撑骨架，各支撑骨架及钢板切割，均按照实际弧度进行，保证了焊接的密合性。为消除钢板内部应力，圆端形钢板的弧度均用卷板机加工成设计弧度要求。各需焊接的钢板边均按规定角度倾角度数(10°～15°)切割为斜面，保证了钢板间的焊接质量(见图1)。
4.2 钢吊箱的构造特点
4.2.1 整体吊装工艺对结构的要求
因吊点处局部荷载较大，吊箱在总体设计时必须兼顾整体的平衡性和结构的布局。为保证荷载均匀，起吊吊点均匀设置在底部纵向龙骨上。
1)吊点试拉:为确保吊装安全，在码头上拼装好第一层钢吊箱，设置好吊点，并对吊点进行试拉。
2)密水性试验:对吊箱所有焊缝进行试验。
3)为减少水上作业时间，在吊箱底部按实际桩位预留孔位，定位精度控制在40 mm。
4.2.2 钢吊箱下水、浮运
在钢吊箱的下水和浮运过程中，由于吊箱下部为密闭结构，底板承受较大荷载，易产生拱底而影响使用效果。为了减少在浮运过程中的受力和确保浮运安全，浮吊船在转运过程中，采用半浮式，即浮吊提升系统承担1/3的箱体重力，减小吊箱所受浮力，减小底板受力。
5 钢吊箱结构计算分析
5.1 工况分析
钢吊箱受力体系转换:钢吊箱主要承受自重、浮力、水压力、水流冲力、施工荷载等作用，在施工过程中受力体系在不断转换，钢吊箱受力主要有3个时段:1)吊箱起吊安装时段:主要有浮吊提升力和吊箱自身所受浮力，下沉到位后把吊杆悬挂在护筒扁担梁上，确保每根扁担梁都受到一定的力。该时段主要决定起吊形式、吊杆长度角度、吊点局部受力加固等。2)封底混凝土施工时段:混凝土的重量通过吊杆由护筒扁担梁承受，通过吊箱泄水孔保持箱内外水压力相同，该时段主要决定:封底时吊点的结构和数量、底板的受力情况、吊点系统受力与变形。3)抽水后承台施工时段:混凝土达到设计强度后其与护筒的锚固力加其自身的重力大于吊箱的浮力，此时吊杆所受的力由护筒与混凝土的锚固力和混凝土自身重量代替，此时可将吊挂系统拆除，完成体系转换。该时段主要决定:吊箱壁板的结构与受力、内支撑的结构、数量与受力。
5.2 设计荷载取值
1)钢吊箱结构自重(G1):657 t。2)承台封底混凝土自重(G2):5 061 t。3)首层承台自重(G3):1 687 t。4)水浮力(F1):ρg V排。5)静水压力(F2):rh(水面以下呈正三角形分布)。6)水流压力(F3):根据设计流速计算得4.2 k Pa，水面下均匀分布。
5.3 各设计工况荷载组合及结构验算内容
荷载组合及结构设计内容见表1。
5.4 结构应力计算及强度复核
由于钢吊箱为空间受力结构，尤其在吊装过程中，吊索、吊杆与竖直面呈一定角度，吊箱地面、空中、水中受力变化较大，较为复杂。因此采用SAP2000有限元程序对吊箱整体建模计算。
根据在不同的工况下对结构的加载，计算出内力及变形，按照《铁路桥涵设计规范》《铁路桥梁钢结构设计规范》和《钢结构设计手册》相关规定进行结构复核。经过计算，吊箱各部位最大应力、变形和对应的荷载工况见表2。
从表2可以得出，此钢吊箱围堰的结构强度及稳定性满足设计及规范要求。
5.5 吊箱抗浮、抗滑稳定性计算
承台混凝土封底浇筑时段和抽水完成时段分别计算吊箱抗下滑和抗上浮的稳定性。封底混凝土与钢护筒的握裹力按120 k Pa计算。经计算分析:两种条件下的稳定系数均在1.2以上。
6 钢吊箱围堰施工关键工艺
6.1 整体吊装
为减少河面操作施工时间，钢吊箱采用分块加工，整体吊装组合的模式。分块原则:重量大致平衡，对称组合。
6.1.1 吊点布置
根据吊装受力分析和结构验算计算，结合现场跨距及吊高要求，选取300 t浮吊进行吊装。浮吊主钩挂20个吊点，共在吊箱底龙骨位置对称布置20个吊点(见图2)。钢丝绳直径为26 mm，经计算单根钢丝绳可承受28 k N，安全系数为4.2。
6.1.2试吊
因为钢吊箱底单节重近150 t，浮吊最大起吊重量为300 t，安全系数为2.0。为确保钢吊箱吊装过程安全，在吊装前必须进行试吊。试吊过程中必须梯次增加提升力，并严格观测起吊钢丝绳、卸扣、吊耳、壁板、内支撑等关键部位的变形情况，浮吊主钩荷重刻度盘读数情况，确保各吊点受力均匀。
6.1.3 吊装就位
试吊各项数据达到设计要求后，在桩位设计位置进行开孔，孔径要比设计大+40 cm，以利于克服钢护筒偏位，保证下沉顺利。待吊箱浮运至承台位置后，浮吊缓慢起钩，吊箱底高出护筒顶面60 cm时，前移达到钢吊箱围堰设计位置。当到达设计位置正上方后，通过4个角处的导向头，由吊箱内外的指挥员根据承台13个钢护筒与底板开孔的参照位置共同指挥浮吊微调到位。当承台13个护筒完全套入吊箱底板后，浮吊缓慢落钩，每下降30 cm，观测一次护筒与底板间隙情况，调整吊箱平面位置，使吊箱中心线与承台中心线重合，保证误差在规范允许范围内，焊接定向滑轮;为了保证吊箱下沉时不偏位，在吊箱4个转角及中部设置导向滑轮，导向滑轮直径为27.5 cm，距离护筒边3 cm～5 cm。
具体施工工艺见图2。
6.2 钢吊箱定位
由于受海潮影响，北江江面日水位差近0.5 m，高度定位较难。施工中采用了竖向限位型钢反压措施进行竖向锁定;利用侧边滑轮系统进行水平锁定。壁仓注水加砂下沉接高吊箱，接高过程中严格控制焊接质量，在规定位置焊接好支撑钢管;吊架的挂设:在护筒上口放置扁担梁，吊杆通过销轴悬挂在扁担梁上;吊箱定位后，平面最大偏差仅27 mm，小于允许值100 mm;高程最大偏差35 mm，小于允许值50 mm;精度达到设计和规范要求。
具体操作见图3。
6.3 钢吊箱封底
1)底板封堵。根据施工工艺的要求，在护筒与底板之间留有20 cm的空隙，利用封堵板及麻袋装干混凝土封堵严实。预先将已预制的封堵板布置在护筒周围，吊箱下放到位并锁定后，潜水员进行水下作业，将封堵板贴紧护筒，连接好固定螺栓，再用袋装干混凝土封堵剩余的空隙。水下作业完毕后，要进行交叉检查，以免遗漏，影响封底混凝土施工进度及施工质量。2)封底混凝土浇筑。封底混凝土浇筑必须要注意的是:在进行封底前，必须清除每个护筒壁上的水底附着物，避免护筒壁漏水，造成封底失败;封底混凝土共计2 109 m3，为防止混凝土浇筑过程中断，预备2个混凝土拌合站和混凝土运输车，进行一次性连续浇筑，并尽可能做到对称浇筑。
7 结语
广珠铁路北江特大桥5个深水承台均采用此型双壁钢吊箱围堰施工，结合该河段的水文特点和承台结构特点，在吊箱结构设计和施工工艺中均做了充分考虑，在确保安全的前提下保留了一定的安全系数。钢吊箱围堰施工顺利、定位准确、一次封底，为超前计划工期1个月奠定了坚实的基础。吊箱定位精度(123号墩最大平面偏差仅27 mm)，该吊箱结构同时经历了15年1遇洪水的考验，安全度汛。实际证明，该桥的吊箱设计合理，工艺结构得当，为深水承台施工积累了经验。
参考文献
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