混凝土套箱设计与施工

混凝土套箱设计与施工（精选3篇）

混凝土套箱设计与施工 篇1

1 工程简介

沈吉高速公路草市至南杂木段K31+640.995长山堡浑河特大桥位于抚顺草市长山堡村, 全桥左、右错孔布置。本桥跨国道G202线、跨浑河上游英额河、跨军队油库专用铁路、再跨浑河上游英额河、再跨国道G202线。

长山堡浑河大桥为本工程的重点项目, 全桥长1790.02m。上部结构形式左幅2×21m+ (28+40+28) m、右幅21m+ (28+40+28) m+21m、右幅21.01m采用钢筋混凝土预应力现浇连续箱梁、钢筋混凝土现浇简支梁结构。左幅 (56+2×80+56) m、右幅2× (56+80+56) m上部结构采用悬臂浇注预应力混凝土连续箱梁结构。左幅3×25.67m+32×30m+3×25.67m+ (28.67+28.66+28.67) m+6×30m, 右幅3×25.67+33×30m+3×25.67+6×30m上部结构采用预应力混凝土先简支后连续T梁结构。

下部结构采用独柱墩、双柱墩、矩形墩、肋板埋置式桥台等几种形式, 基础采用扩大基础、桩基础两种形式, 其中悬浇梁中间墩基础设计为3.5×8.05m深为7m矩形桩基。

2 地质情况

本桥所经地区为辽宁东北部低山～丘陵地区, 一般海拔高度300～500m, 属于湿带半湿润季风气候区。桥位区所处地貌为河谷-河漫滩地貌, 地势平缓。场地第四系覆盖物为全新统种植土、粘土、砂砾、卵石, 下伏基岩为白垩系大峪组麋棱岩、火山角砾岩、燧石条带状灰岩、铁质粉沙岩、太古代鞍山群棚子组混合花岗岩。勘察期间勘察深度内各钻孔均见地下水, 地下水类型为第四系松散孔隙水, 水化学类型为HCO3-Ca型, 地下水对混凝土结构不具有腐蚀性。44号墩矩形桩基所处地质情况如图1所示, 上部约7.55m为砂卵石层, 下部为弱风化混合花岗岩。

3 矩形桩基础施工方案比选

该桥44号墩位于浑河河道处, 施工场地狭窄, 左幅基础边缘距清原镇主供水管线仅2.5m, 右幅两侧分别为铁路桥和公路桥, 距离基础边缘4m左右, 且砂卵石层深度为7m左右, 无法采取明挖的方式。在围堰的方式中, 采用钢板桩围堰, 施工时间短, 但由于砂卵石层中有较大块卵石, 在插板时出现卷边变形, 甚至无法打入;采用锁口钢管桩围堰, 除大块卵影响钢管桩打入外, 其防水效果也不理想;采用承力桩, 外围做止水帷幕桩的方式, 可起到良好效果, 但造价较高, 且施工场地受限;采用混凝土套箱施工方案, 施工方便, 既能起到较好的防水效果, 且同帷幕桩相比成本低。通过以上比较, 最终采用混凝土套箱围堰进行矩形桩基础施工。

4 混凝土套箱设计

4.1 结构尺寸设计

根据长山堡浑河特大桥的现场情况, 为保证施工过程中铁、公路桥桥墩及供水管线安全, 考虑其墩基础牛腿平面尺寸为6.1m×8.05m, 混凝土套箱的内截面尺寸采用7.7m×9.65m, 即每侧宽出基础牛腿尺寸0.8m。混凝土套箱墙厚50cm, 混凝土强度等级为C30。根据基础高度及原地面高程, 设计混凝土套箱高度为7.5m, 分三节进行浇筑, 分别为3m、2.5m、2m。套箱内部用Φ300×10钢管进行支撑, 详见图2。

4.2 混凝土套箱配筋设计

(1) 主动土压力计算

根据混凝土套箱高度、结构及支撑情况, 按套箱高度6m进行配筋设计, 根据主动土压力公式与深度成正比关系, 故箱底所受侧向土压力最大, 最不利情况为箱底水平方向, 现以Φ300×10钢管支撑处 (距箱底1.5m) 进行配筋计算, 此处填土高度为H=7.5-1.5=6m, 根据最高水位, 河流水位与套箱顶齐平, 故此处河流水位 (地下水位) 高度同为6m。

建立模型:模型截面尺寸为h=500mm, b=400mm

主动土压力公式:

Pa=γ′HKa+γwH

$\begin{array}{l}\text{Κ}{}_{\text{a}}=\text{t}\text{g}{}^2(45°-\frac{\text{φ}}{2})\\ {\text{γ}}^{\prime }=\text{γ}-\text{γ}{}_{\text{w}}\end{array}$

Pa—主动土压力 (kN/m2) ;

γ—粘土的饱和重度 (kN/m3) ;

γ′—土的浮重度 (kN/m3) ;

γw—水的重度 (kN/m3) ;

H—所计算点的填土高度 (m) ;

φ—填土的内摩擦角;

Ka—主动土压力系数。

根据砂砾特性查有关资料查得:

γ=20kN/m3, φ取30°

根据以上数据计算得:

主动土压力系数:

$\text{Κ}{}_{\text{a}}=\text{t}\text{g}{}^2(45°-\frac{\text{φ}}{2})=\text{t}\text{g}$${}^2(45°-\frac{30°}{2})=0.33$

浮重度:γ′=γ-γw=20-10=10kN/m3

主动土压力:

Pa=γ′HKa+γwH=10×6×0.33+10×6=79.8kN/m2

均布荷载:

q=Pab=79.8×0.4=31.92kN/m

受力情况如图3。

(2) 套箱弯矩计算

C30钢筋混凝土弹性模量:

E=3.0×104MPa

构件惯性矩:

$\text{Ι}=\frac{1}{12}\text{b}\text{h}{}^3=\frac{1}{12}\times 0.4\times 0.5{}^3=0.0042$

构件截面面积;

Ag=0.4×0.5=0.2m2

则钢筋混凝土的抗压刚度:

EA=30000000×0.2=6000000kN

钢筋混凝土抗弯刚度:

EI=30000000×0.0042=126000kN·m2

通过以上计算数据q、EA、EI运行《结构力学求解器》计算构件最大弯矩及此处最大轴力为:

M角=52.14kN·m

N=67.57kN

(3) 套箱配筋率计算

以混凝土套箱外围 (8.7m×10.65m) 尺寸定为模型结构, 具体模型尺寸、受力情况及弯矩见图3、图4, 根据弯矩图, 在变号弯矩作用下, 构件受压变成受拉, 受拉变成受压, 故采用对称配筋。

变量定义:

M—弯矩值;

N—轴向压力;

fc—混凝土弯曲抗拉强度设计值;

fy—钢筋的抗拉强度设计值;

As—对称配筋时的钢筋截面面积;

b—截面宽度;

h—截面高度;

h0—截面有效高度;

ξ0—相对界限受压区高度;

x—受压区计算高度;

a1—系数, 当混凝土强度等级不超过C50时, 取1.0;

as、a′s—保护层厚度;

e—轴向压力作用点至受拉钢筋As合力点之间的距离;

$\begin{array}{l}\text{e}=\text{η}\text{e}{}_{\text{i}}+\frac{\text{h}}{2}-\text{a}{}_{\text{s}}\\ \text{e}{}_{\text{i}}=\text{e}{}_0+\text{e}{}_{\text{a}}\end{array}$

ei—初始偏心距;

e0—轴向压力对截面重心的偏心距, $\text{e}{}_0=\frac{\text{Μ}}{\text{Ν}}$;

ea—附加偏心距, 其值取偏心方向截面尺寸的1/30和20mm中的较大值;

η—纵向弯曲的轴向力偏心距增大系数;

$\text{η}=1+\frac{1}{1400\text{e}{}_{\text{i}}/\text{h}{}_0}(\frac{\text{l}{}_0}{\text{h}}){}^2\cdot \text{ξ}{}_1\cdot \text{ξ}{}_2$

l0—偏心受压构件的长度;

ξ1—偏心距变化对截面曲率的影响系数;

ξ2—构件长细比对截面曲率的影响系数;

$\text{ξ}{}_1=\frac{0.5\text{f}{}_{\text{c}}\text{A}}{\text{Ν}}\le 1.0$

$\begin{array}{l}\text{当}\text{ξ}{}_1>1.0\text{时}‚\text{取}\text{ξ}{}_1=1.0\\ \text{ξ}{}_2=1.15-0.01\frac{\text{l}{}_0}{\text{h}}\le 1.0\end{array}$

当l0/h≤15时, 取ξ2=1.0

查《混凝土结构设计规范》得:C30混凝土fc=14.3N/mm2, Ⅱ级钢筋fy=300N/mm2。

钢筋混凝土构件配有屈服点钢筋的相对界限受压区高度ξ0=0.55。

钢筋保护层定为40mm, 故截面有效高度:

h0=500-40=460mm

求计算偏心距ei:

$\text{e}{}_0=\frac{\text{Μ}}{\text{Ν}}=\frac{52.14}{67.57}=0.77\text{m}>0.3\text{h}{}_0=0.3\times 460=138\text{m}\text{m}$

附加偏心距$\text{e}{}_{\text{a}}=\max (\frac{460}{30},20)=20$mm, 故

ei=e0+ea=770+20=790mm

求偏心距增大系数η:

$\begin{array}{l}\text{ξ}{}_1=\frac{0.5\text{f}{}_{\text{c}}\text{A}}{\text{Ν}}=\frac{0.5\times 14.3\times 500\times 400}{67570}=21.2>1.0,\text{取}\text{ξ}{}_1=1.0\\ \text{ξ}{}_2=1.15-0.01\frac{\text{l}{}_0}{\text{h}}=1.15-0.01\times \frac{8700}{500}=0.976\le 1.0\\ \text{η}=1+\frac{1}{1400\text{e}{}_{\text{i}}/\text{h}{}_0}(\frac{\text{l}{}_0}{\text{h}}){}^2\cdot \text{ξ}{}_1\cdot \text{ξ}{}_2=1+\frac{1}{1400\frac{790}{460}}(\frac{8700}{500}){}^2\times 1.0\times 0.976=1.123\end{array}$

判别大小偏心:

$\text{x}=\frac{\text{Ν}}{\text{a}{}_1\text{f}{}_{\text{c}}\text{b}}=\frac{67570}{1\times 14.3\times 400}=11.8<2{\text{a}}^{\prime }{}_{\text{s}}=2\times 35=70$

属大偏心受压。对称配筋为:

$\begin{array}{l}\text{A}{}_{\text{s}}={\text{A}}^{\prime }{}_{\text{s}}=\frac{\text{Ν}(\text{η}\text{e}{}_{\text{i}}-\frac{\text{h}}{2}+{\text{a}}^{\prime }{}_{\text{s}}}{\text{f}{}_{\text{y}}(\text{h}{}_0-{\text{a}}^{\prime }{}_{\text{s}})}\\ =\frac{67570(1.123\times 790-\frac{500}{2}+40)}{300(460-40)}\\ =363.15\text{m}\text{m}{}^2\end{array}$

选用2ϕ16=402mm2, 钢筋间距为20cm。

根据最不利位置布置钢筋情况, 全套箱纵横向均可采用此配筋即可满足施工要求, 整体套箱配筋形式为20cmϕ16 (Ⅱ级) 钢筋双层钢筋网片, 网片间距42cm。

5 套箱施工

(1) 平整场地

44号墩位于河道边, 无需筑岛, 将上部砂砾清除约70cm, 距离地下水位50cm, 经过测量统一标高平整场地。

(2) 套箱制作

首先在平整场地上放样套箱位置, 套箱刃脚踏面位置处对称铺设一层方木, 以加大支承面积, 定位垫木作出标记。然后在刃脚位置处放上刃脚钢板, 绑扎钢筋, 支立模板, 灌注混凝土制作第一节套箱。

根据第一节套箱高度3m, 计算垫木数量。

垫木规格采用120×20×15cm, 120×20cm为承重面, 垫木数量按垫木底面承压应力不大于0.1MPa, 则:

$\text{n}=\frac{\text{G}}{1.2\times 0.2\times 100}=\frac{1459}{24}=61$根

G—为3m套箱混凝土自重。

(3) 抽出垫木

抽出垫木是套箱下沉的开始, 也是下沉过程中的重要工序之一。套箱混凝土在达到设计强度的80%后才能抽撤垫木。垫木抽出前要先清理现场, 对垫木编号, 并规定联络信号。垫木抽出要按一定顺序进行, 以免引起套箱开裂、移动或倾斜, 先抽短边垫木, 后抽长边垫木。垫木抽出一定要对称同时进行。套箱定位垫木最后抽出。在垫木抽出过程中, 要抽出一根后立即用砂土回填并塞实。

(4) 排水挖土下沉

垫木抽出后, 在套箱旁修筑平台, 长臂挖掘机站在平台上, 进行挖土作业, 下沉套箱。开挖时注意套箱要同时等速开挖, 刃脚处附以人工排水开挖, 防止套箱倾斜。为防止套箱下沉过程中出现较大的变形, 造成套箱稳, 套箱加两横一纵支撑。支撑采用Φ300×10钢管, 在混凝土套箱内壁上预埋条形钢板, 用来焊接支撑钢管。套箱下沉到底后, 测量套箱水平偏移, 如符合要求, 则进行下道工序。第一节套箱下沉到位后, 在其上制作第二节套箱。套箱下沉至岩层停止下沉。

(5) 灌注封闭刃脚混凝土

套箱下沉完成并将刃脚清理干净后, 支设封闭混凝土模板, 待水自然渗入, 套箱内外水位等高后, 浇筑封闭刃脚混凝土, 混凝土内掺入絮凝剂, 封闭混凝土防止水进入基坑开挖空间, 待封闭混凝土完成后再人工进行矩形基础开挖, 直至基础尺寸设计要求。

6 结束语

长山堡特大桥悬浇梁中间墩设计所采用的矩形桩基础, 在我省比较少见, 通过以上对该桩基的地质及现场情况的了解, 以及套箱的设计与施工的介绍, 为今后类似的工程施工提供一些借鉴。

拼装式钢套箱的设计与施工 篇2

乐城大桥位于海南万泉河下游朝阳和乐城连接处, 是潭门路道上的一座大型桥梁。主桥中墩承台为六角形结构, 主桥边墩承台尺寸为6m×4m。承台底标高-0.5m, 河床底标高约-5.5m;承台面标高2.5m, 常水位标高2.7m, 因此全部承台均处于常水位以下, 且距离水底尚有5m高差。桩基为Φ800PHC管桩, 其中中墩的外侧两排桩为斜桩。

由于主桥中墩处在距岸边六十多米的航道中, 且主墩承台均在常水位以下, 因此采用套箱法施工最为适宜。另由于受地理位置限制, 大型吊车以及大型浮吊均无法抵达施工现场, 因此根据工程的实际情况对套箱的形式作进一步的革新, 采用拼装式钢套箱, 既减少了对起重设备的依赖, 又便于拆卸回收。

2 钢套箱设计

2.1 结构设计。

(1) 根据承台底标高 (-2.5m) 以及历史同期高潮水位 (3.5m) , 套箱高度至少6m, 考虑汛期因素, 套箱实际高度定为6.5m。 (2) 一般钢套箱隔水模板的形式主要有单壁和双壁两种形式, 鉴于单壁模板节省材料、自重轻、加工方便以及装拆方便等优点, 采用单壁模板。 (3) 由于模板加工精度要求较高, 现场加工有难度, 故采用工厂加工后运抵现场拼装, 因此考虑到运输环节因素, 整套模板在平面分成14块小模板。 (4) 根据现场起重安装能力, 套箱模板在竖向分成2.5m、2m、2m三节, 先拼装2.5m+2m两节, 安装到位后再利用低潮位时拚接最上节2m模板。 (5) 模板。

2.2 钢套箱构造简介。根据钢套箱的使用功能, 可以将整套套箱分为底模、侧模、内撑、绑定装置以及定位固定装置等五部分。

(1) 套箱底模。钢套箱底模骨架为井字形框架结构, 由10#槽钢以及4×6方管焊接而成, 其中受力骨架采用10#槽钢, 其余结构连接采用方管。底模骨架表面覆盖δ=4mm钢板, 并在桩位处预留孔洞, 便于套箱沉放。由于承台桩基部分为斜桩, 因而套箱在从桩顶套入下沉至既定标高过程中斜桩在底模上的投景位置是不断变化的, 因此我们将底模拼装分两步走, 先拼装好除桩位开孔处以外的底模, 待套箱吊装就位后再由潜水员对桩位预留开孔处的缝隙进行封堵。这样既方便了套箱吊装就位又确保了整个套箱的密闭性, 为封底混凝土的施工创造良好的施工条件。 (2) 套箱侧模。套箱侧模采用单壁结构, 由型钢和钢板焊制而成。根据现场起重能力将侧模坚向分为上、中、下三节, 三层高度分别为2m、2m、2.5m, 每层模板分为14块, 其中长边方向各2块, 4个斜各1块, 六个角各1块。侧模的竖向加劲肋为10#槽钢, 间距40cm, 横向加劲肋为8#槽钢 (拼缝处采用10#槽钢) , 间距50cm。侧模面板采用5mm钢板。考虑回收因素, 套箱侧模与底模、侧模与侧模之间采用螺栓连接, 接缝间设橡胶止水带以防漏水。止水带为两层膨胀橡胶中间夹一层硬橡胶板。 (3) 套箱外加固。由于套箱体积较大且由多块小模板拼接而成, 模板与模板之间只是点连接, 稍微遇到一点风浪及潮长潮落, 整个套箱模板将不可避免地发生变形, 为了保证其有足够刚度需在其外包加设一圈绑固, 绑固采用30#槽钢, 在高度方向平均每隔1m设置一道。 (4) 套箱内加固。套箱内加固由拉杆和撑杆组成, 主要用来加强平衡施工期间套箱内外压力差。根据套箱在施工期间各个阶段不同的受力状况, 有针对性地地设置内加固措施。第一阶段 (套箱拼装就位阶段) , 此时套箱内外压力差基本为零, 不必设置内加固, 但为了便于后续施工, 先在下节模板上设置拉杆。第二阶段 (套箱混凝土封底阶段) , 由于混凝土比重大于水2倍多, 因此在浇注封底混凝土时套箱的内压大于外压, 拉杆在此时将起到抵消内压作用, 防止产生水底爆模事故。第三阶段 (套箱抽水) , 一旦封底完成并将套箱内水抽干后, 套箱内外的水位差将达到3.5m左右, 撑杆将起到防止模板挤压变形的作用, 为承台施工提供一个安全的施工环境。拉杆采用Φ16钢筋, 撑杆采用Φ150钢管。

3 钢套箱施工

本工程钢套箱虽然尺寸不是很大, 但受客观因素制约较大, 大型施工机械无法进入施工现场, 而航道又受桥梁限高影响, 只能采用小型施工船作业。针对这些实际情况, 我们对套箱施工采用了灵活的施工方法, 并取得了显著成效。

3.1 套箱加工。

从套箱结构构造来看, 套箱侧模是整个套箱的主要构成部分, 其加工的好坏直接影响到后面施工质量, 因此套箱侧模全部在构件加工厂预制。根据套箱的设计原理, 套箱侧模的加工尺寸已经考虑到了运输、拼装以及吊装等后续施工环节。套箱底模在现场制作, 便于及时根据实测数据调整预留孔位置。在靠近现场加工场的岸边搭设一台钢结构平台, 作为套箱的最终拼装平台, 同时作为浮吊码头。

3.2 套箱底平台安装。

夹箍由构件加工厂根据桩径尺寸加工, 内径小于桩径1cm。吊筋焊接与夹箍耳朵上, 其长度将根据底平台标高和桩顶标高确定, 每根桩的夹箍都进行编号, 斜桩还要考虑斜率因素, 确保所有夹固在水底均处于同一平面。吊装采用打捞船施工, 吊装前将两片夹箍用螺栓连接成一体, 沉放到预定标高后先将吊筋与PHC桩的桩顶法兰焊接固定, 待所有夹箍沉放就位后由潜水员下水将夹箍螺栓一一拧紧。最后将双拼30#槽钢一一安放到夹箍耳朵上, 形成底平台。

3.3 套箱拼接吊装。

受施工机械制约, 套箱拼接和吊装分两步进行, 先将套箱底模以及下节、中节侧模拼接于钢平台上, 用起吊能力为60T的浮吊起吊、移位、就位, 并沉放到底平台上。为防止套箱受潮流冲刷而移动, 套箱内设置临时固定装置。由于吊装过程中浮吊将在航道内进行多次转向掉头, 因此需提前通知港航监督部门进行临时封航管制, 套箱一旦就位后即可开放航道, 剩下上节侧模采用小型打捞船逐片拼装。

3.4 套箱定位。

套箱定位主要依靠底模和PHC桩桩顶限位装置。本工程套箱底模不但作为封底混凝土的底模, 更重要的是在套箱沉放过程中充当定位装置的作用。本工程主墩有三排PHC桩, 其中外侧两排桩为斜桩, 因此只能利用中排直桩作为定位基准点, 先通过全站仪精确测量所有直桩的中心坐标, 通过与设计坐标进行对比将桩基施工误差计算出来, 底模设计时将直接以直桩作为坐标控制点, 并将桩基施工误差进行调整抵消。

3.5 套箱封底。

套箱就位后先将环形钢板由桩顶缓缓下沉至底模上, 将预留孔与桩身之间的空隙覆盖, 再由潜水员进入套箱将环形钢板与底模连接成整体, 并用小沙袋将所有缝隙塞实。在浇灌封底混凝土之前必须检查所有内拉杆是否全部完好, 防止发生爆炸事故, 最后浇灌封底混凝土。根据施工经验, 封底混凝土最好分两次进行, 第一次浇灌至距封底顶面50cm处, 待混凝土达到80%强度后抽水, 再浇筑剩余50cm混凝土封底, 这样可以使封底顶面平整, 防止由于封底混凝土超高带来的返工损失。

结束语

混凝土套箱设计与施工 篇3

1.1 工程概况

青岛海湾大桥是我国北方盐冻地区修建的首座特大型海上桥梁集群工程, 是国家高速公路网青岛至兰州高速公路的起点段, 是山东省“五纵四横一环”公路网主框架的重要组成部分, 也是青岛市交通规划中“一路、一桥、一隧”中的“一桥”。大桥起于青岛市李村河入海口, 跨胶州湾海域, 经红岛立交桥与红岛连接, 止于黄岛红石崖, 与胶州湾高速、南济青高速立交相接, 大桥全长35.4km, 其中跨海大桥长25.1km。主线采用双向六车道标准, 桥梁宽35m, 设计时速80km。大桥建设第五合同段, 起点里程K19+130, 终点里程K22+130, 总长3000m, 从181号桥墩 (包含) 到230号桥墩, 50孔×60m跨度, 分左幅和右幅同时施工, 完全是海上施工。施工地段平均海水深约7m, 承台尺寸为6.9m×6.9m×3m, 每个承台下四根钻孔桩, 全部为摩擦桩, 桩长在49.3～70.3m。

1.2 水文情况

胶州湾属半日潮类型, 两次高潮的高度基本一致, 但低潮有日不等现象, 两次低潮的高度略有差异。潮汐周期约为12h25min, 涨潮时间相对较短, 落潮时间相对较长, 两者相差1h10min左右。本标段位于红岛的平均海平面的标高为0.19m (潮位基准面采用1985年国家高程基准) , 最高潮的海平面标高为2.69m, 最低潮的海平面标高为-2.26m, 平均高潮海平面的标高为1.72m, 平均低潮位的海平面的标高为-1.37m, 平均潮差为3.1m, 最大潮差为4.68m。

2 混凝土套箱围堰可行性分析

传统的深水承台围堰施工采用钢吊箱围堰, 采用钢吊箱围堰需要周转使用, 施工所需周期较长, 前期投入资金较大, 消耗成本也较高。经过专家分析论证对比钢吊箱围堰与混凝土套箱围堰施工方案, 混凝土套箱围堰方案有以下优点:

(1) 单个承台的有效施工时间从25d缩短到8d, 大大加快了承台的施工速度, 为完成整个大桥工程施工工期提供了有力的保证;

(2) 承台混凝土浇注后, 承台混凝土与套箱混凝土结为一体, 混凝土套箱相当于承台的保护套, 承台混凝土侧表面不需再进行防腐涂装施工, 避免了防腐涂装施工程序, 即减少了施工成本, 又节省了施工工期;

(3) 不需进行水下混凝土封底、承台模板安装、套箱拆除等工序, 避开了这些工序施工诸多的质量、安全风险 (如封底失效、漏水及安全方面的风险) , 有利于施工的安全开展和有效控制, 确保质量和工期, 特别是对大量的海上承台施工有相当大的优势, 对整个大桥的质量和安全提供有力的保障;

(4) 混凝土套箱的预制可实现工厂化施工和管理, 海上混凝土套箱安装工序看似繁多, 但较为简单, 容易控制, 相对于有底或无底围堰的施工需进行封底施工、承台模板安装等繁琐工序来说要简单得多, 这也有利于现场的施工管理, 质量控制;

(5) 混凝土套箱在码头上预制, 可批量生产, 增加投入以加快施工进度的效果较采用封底或无底的围堰工艺施工明显;

(6) 混凝土套箱的预制及安装在资金使用上是逐步投入, 可缓解资金压力。

3 工艺原理

混凝土套箱为在码头预制的有底箱式结构, 底板预留钢护筒孔洞, 在孔洞内预设止水气囊, 在混凝土套箱上安设吊架, 用浮吊吊装混凝土套箱, 通过吊架吊挂在钢护筒顶。考虑到海中最大4.68m潮差的影响, 需要在预制混凝土套箱顶部安装钢结构防浪板。混凝土套箱就位后, 在护筒上焊接反压牛腿, 防止套箱止水后上浮, 向止水气囊内充气堵塞底板和护筒之间的空隙, 将套箱内外的海水隔离, 之后抽除套箱内的海水以形成干施工作业环境。再用高强膨胀砂浆填堵在气囊上面, 确保不漏水的同时保护气囊不被后续焊接施工的焊渣烧坏, 再用连接板将护筒和混凝土套箱连接为整体完成受力转换, 即可拆除护筒, 进行正常的承台施工。

4 混凝土套箱围堰的施工

4.1 总体施工程序和步骤

施工流程:套箱和防浪板的预制组装→套箱装船出运→起重船就位吊装、套箱调位→安装反压牛腿→混凝土套箱止水胶囊充水→套箱内抽水→焊接连接板→拆除套箱临时固定完成体系转换→承台、墩柱施工→拆除防浪板

4.2 套箱的下放安装

200t浮吊提起套箱吊装钢绳稍微施力, 解除套箱与运输驳船之间的临时固定约束, 之后浮吊施力将套箱吊起, 通过专职指挥和吊装工的观察、指挥浮吊臂杆转动、变幅, 牵动缆风绳, 使套箱底部高于钢护筒顶1～1.5m左右 (安全高度) , 同时使每个混凝土底板预留孔基本上对准每根钢护筒, 然后缓缓地、匀速下放套箱。套箱吊架支撑到钢护筒顶上后, 测量人员立即用全站仪观测套箱的偏位情况, 随时将结果报给指挥人员, 以指挥浮吊的各项操作。

4.3 套箱平面位置调整

套箱平面位置调整, 通过在混凝土套箱与钢护筒之间的调位千斤顶进行, 在套箱粗定位完成后, 选择潮位低于+0m时安放8个10t的千斤顶进行精确调位, 测量人员在海上测量平台上观测, 指挥套箱的调位。

4.4 反压牛腿焊接

套箱平面位置确定后, 在钢护筒上焊接反压牛腿反压在防浪板顶部, 防止在止水后套箱在浮力的作用下上浮, 每根钢护筒上焊接两个反压牛腿, 共计8个, 在高潮位时, 单个反压牛腿受载约25t, 根据计算反压牛腿采用2工25b或2工32a材料加工制作, 长度90cm, 并焊接2[14a斜撑, 注意反压牛腿必须压在防浪板竖向通长的[16a上。

4.5 气囊充气止水

反压牛腿焊接完毕后, 尽量选择在低潮位进行气囊充气止水, 将气囊的气闷管与空压机气管对接后, 开动空压机对气囊充气, 依次完成4个气囊的充气。气囊充气应由有施工经验的操作人员完成, 对气囊的充气量进行估计, 防止充气过多导致气囊爆裂。

4.6 套箱内抽水、砂浆二次封堵间隙

在气囊止水完成后, 利用4台抽水泵在1h内将套箱内的水抽干, 提供干作业环境。抽水时选择好时机, 在潮水到达最低潮时完成抽水, 随后用事先拌制好的膨胀砂浆将钢护筒与底板之间的间隙封堵, 确保套箱内不漏水。

4.7 防浪板拆除

考虑到承台表面需进行防腐涂装以及墩身施工, 防浪板的拆除安排在首节墩身施工完毕后拆除, 在有多功能作业船驻位时, 考虑其吊装高度及吊装重量, 拟定将防浪板分成四块拆除。当有大型浮吊驻位在旁边时, 拟定整体拆除方案, 整体拆除时, 需利用吊架 (重约2t) 辅助拆除, 单个防浪板重约14.1t, 可利用150t浮吊的小钩进行整体拆除。

5 结语

青岛海湾大桥采用混凝土套箱围堰的施工方法, 成功完成了280个海中承台的施工任务, 有效地保证了海上承台施工的安全, 较好地指导了承台工程的施工, 在深水海洋承台围堰的施工过程中发挥了优势作用。也为以后类似工程积累了宝贵的施工经验。

参考文献

[1]青岛海湾大桥技术规范[S].

[2]中交公路规划设计院.青岛海湾大桥施工图纸.

[3]JTJ 041-2000, 公路桥涵施工技术规范[S].

[4]GB50017-2001, 钢结构设计规范[S].

[5]GB50009-2001, 建筑结构荷载规范[S].