钢套箱安装施工技术方案06-08-28.docx
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1、舟山大陆连岛工程金塘大桥土建-A合同段 防撞钢套箱安装施工技术方案第一章 编制依据1.1、编制范围本施工技术方案编制范围为金塘大桥-A合同段主通航孔桥索塔墩防撞钢套箱施工,包括D3#、D4#防撞钢套箱运输、起吊、下放、加固,封底混凝土浇注等内容。1.2、编制依据 (一) 金塘大桥-A合同段招标文件与中标合同文件(二) 金塘大桥施工图设计第二卷第一册第一分册(二六年四月版)(三) 金塘大桥主通航孔桥主墩防撞钢套箱施工图设计(二六年六月版)(四)公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000)(五)公路工程质量检验评定标准(JTG F80/1-2004)(六)公路工程施工安全技术规程(JTJ076-
2、95)(七)钢质海船入级与建造规范(2001)(八)钢结构工程施工质量验收规范(GB502052001)(九)公路工程国内招标文件范本(2003版)(十)金塘大桥-A合同段总体施工组织设计(2005年12月)(十一)二航局质量手册质量作业指导书(十二)施工现场实际情况以及我局现有的技术装备、管理水平和类似工程的施工经验。第二章 工程概况1、概述舟山大陆连岛工程金塘大桥第-A合同段范围为五跨连续(77+218+620+218+77=1210m)钢箱梁斜拉桥的下部结构,主要施工内容包括:辅助墩(D2#、D5#)、过渡墩(D1#、D6#)和主塔(D3#、D4#)的基础、承台及其附属设施(包括主桥防撞
3、设施)、辅助墩和过渡墩墩柱施工。其中D3#、D4#索塔承台采用实体钢筋混凝土圆端形构造,采用钢套箱施工工艺。承台平面尺寸56.7834.02m,厚6.5m,承台上设厚2.5m的塔座,封底混凝土厚2m。钢套箱除满足承台施工过程中的作业需要外,同时需满足主墩承台的使用过程中的防撞功能要求。为节省投资,设计时将钢套箱侧壁与防撞设施有机结合,融为一体。其结构型式见图1。图1 D3#、D4主墩一般构造图单个防撞钢套箱重约1600T,其中吊装重量约1400T。吊装采用两台浮吊进行抬吊就位。2、施工条件2.1 气象条件本工程东临东海,桥址区常风向为NW,出现频率11,平均风速9.6m/s,最大风速27m/s
4、;次常风向为ESE,出现频率10,平均风速为4.9m/s。强风向为E和NW向,最大风速分别为34.3m/s和34m/s。桥址区风速风向季节变化较明显。防撞钢套箱制作拼装施工适逢夏秋季节,盛行SSE、ESE、NNW、NNE向风,风速较小,但该时段为台风和热带风暴活动较多时期,钢套箱安装施工时间为2006年10月份,台风的影响依然存在。2.2、水文条件桥址区主要受太平洋潮波影响,桥址区的潮汐类型为不正规半日潮。桥址区水域的波浪以风浪为主,强浪向为NWNNW向,其中NNW向出现频率6.9,年平均波高H1/10为1.14m,实测最大波高Hmax6.1m。大浪主要出现在每年的812月,对钢套箱安装施工有
5、一定影响。桥址区潮流一般为不正规半日潮流为主,潮流运动形式大多为往复流。2.3 地形条件本区段处在金塘岛西北侧主航道之上,海底呈不对称V形深槽,D3墩处海底泥面高程约-22.00m,D4墩处海底泥面高程约-12.00m,水深条件较好,适合水上大型船舶作业。3、工程特点3.1 单件重量大,对浮吊要求性能高。防撞钢套箱单件重1600T,浮吊一次安装重量达1400T,在桥梁施工中实属罕见,对浮吊的要求较高。3.2 安装质量要求高,技术难度大。防撞钢套箱兼顾防撞与承台施工围堰要求,工况条件较为复杂,防撞体按钢质海船入级与建造规范设计,单个钢套箱体积巨大,达60.7838.029.858m,整体吊装,施
6、工技术难度大。3.3工况条件恶劣,施工组织难度大。主墩远离陆地,位于主航道处,水深流急,航运繁忙,施工又适逢夏秋季节,受到高温及台风和季风的影响,工程施工组织、交通、材料的运输、安全管理压力较大。第三章 防撞钢套箱结构设计情况1、设计条件1.1 防撞设计控制船舶 表1船 型排水量(T)平均吃水(米)5万吨级压载253425.342.5万吨级315749.51.2 主要设计标高及参数 表2项目名称数值备注承台顶标高/底标高(m)6.0/0.5钢套箱顶标高/底标高(m)6.9/2.958钢护筒顶标高/嵌固点标高(m)4.50/41.4m封底混凝土顶标高/底标高(m)0.5/-2.5泥面标高28.0
7、 m已考虑5m冲刷封底混凝土强度等级C30首层承台浇筑厚度(m)2.5混凝土握裹力(kN/m2)150kN/m21.3 设计水位 表3项目名称数值(m)备注设计高潮位3.32 m20年一遇设计低潮位2.2120年一遇设计最高通航水位+3.28防撞工况考虑设计最低通航水位-1.59防撞工况考虑1.4 水流、波浪和风速 表4项目名称正常工作时抗台时设计流速2.83m/s2.83m/s设计波浪H=1.0m T=5.57sH=3.82m T=6.57s设计风速13.8m/s36.9m/s2、设计说明采用双壁防撞钢套箱结构,该结构既满足防撞功能的要求,又作为承台施工时的挡水和模板结构,满足施工期各工况受
8、力要求。根据工程总体施工进度计划,钢套箱安装时值台风期,考虑现场墩位处分块拼装,工期长,不确定因素多,同时现场涂装工作量大,质量无法保证,为确保钢套箱安装安全、质量和耐久性,防撞钢套箱按陆上制作、拼装、整体运输至现场后大型起重船吊装就位的施工方案设计。第四章 工艺流程根据设计及现场情况,决定采用2艘大型起重船抬吊的安装工艺。即钢套箱在2艘平板驳连成整体的浮平台上整体组拼完成后,直接用拖轮将浮平台拖带至施工水域合适位置抛锚定位,用2艘大型起重船将搁置在浮平台上的钢套箱抬起,移锚动船至合适位置,缓慢下放到位。其中吊幅吊重较大的浮吊在现场抛锚定位于主通航孔桥主跨的外侧,另外一艘浮吊抛锚定位于主通航孔
9、的主跨内。安装工艺流程见图2。施工准备钢套箱(浮平台)就位钢套箱(浮平台)运输吊索安装起吊移船、初步就位精确对位并下放平面位置、高程调整浮吊落钩、体系转换焊接固定拉压杆封堵护筒处开孔缝隙封底混凝土施工支撑钢护筒顶口处理辅助桩支撑处理内外挑梁焊接固定浮吊驻位完成安装,进入下道工序图2 钢套箱安装工艺流程图第五章 主要施工方法一、吊装设备选择1.1吊高要求2006年度10月份潮位表显示,当月最低水位以-1.5m计,作为起吊水位进行吊高计算,上游侧生活区平台最高点(集装箱上安放的水箱顶)标高按+11m计算,钢套箱底到吊点的最长距离为49.858m(起吊钢丝绳高度40m+套箱高度9.858m),因此,
10、从水面算起的起吊最小高度:Hmin=49.958+11-(-1.5)=62.458m。同时在钢套箱抬吊过程中,需要跨越生活区平台的浮吊的吊高需要有跨过900T.m塔吊的能力,根据现场测算,900T.m塔吊的塔尖高度可降至标高+43.5m,跨越高度H=43.5-(-1.5)=45mHmin =62.458m,无需提高起吊高度。钢套箱起吊示意图见图3。图3 钢套箱起吊示意图1.2吊幅要求为了避开上游侧生活区的900T.m塔吊,钢套箱需偏离承台横桥向轴线一定距离进行布置,如下图4所示。根据钢套箱与平台之间的相对位置,要求其中一台浮吊(1000T)的吊幅=平台宽度的一半21m+生活区塔吊基础宽度的一半
11、2m+起吊点至钢套箱长边的水平距离4m+富余22m= 31m,另一台浮吊(1200T)吊幅=起吊点至钢套箱长边的水平距离6.5m+平台走道宽度2.5m+富余2.5m=11.5m。 中港二航局金塘大桥工程项目经理部 - 22 -图4 钢套箱现场吊装平面示意图1.3吊重要求钢套箱一次性安装重量达1400T,附加1.25的动载系数,单个浮吊吊重为:1400*1.25/2=875T;综合以上三个因素,选定镇“航工818”1200T浮吊和“港机1#”1000T浮吊作为钢套箱抬吊的吊装设备,两艘浮吊的起重性能如下:、1200T浮吊起重性能(镇航工818#) 1200T浮吊起重性能参数 表5总长(m)总宽(
12、m)型深(m)最大吃水(m)主钩间距(m)86286.33.81200T浮吊双主钩起吊负载和船外伸幅度仰角()6055504540最大起升重量(主钩)(T) 26002465236122782211主钩起升高度(m)64.659.452.343.833.6附钩起升高度(m)686254.144.733.8 图5 1200T浮吊吊幅与吊高关系图、1000T浮吊起重性能(港机1#) 1000T浮吊起重性能参数 表6总长(m)总宽(m)型深(m)最大吃水(m)主钩间距(m)83.673063.54.421000T浮吊双主钩起吊负载和船外伸幅度仰角()6867666564636261外伸幅度(m)22
13、.523.724.926.127.328.429.630.7主钩高度(m)76.876.275.775.174.573.973.272.5主钩荷载(T)1000100010001000100010001000910仰角()6059585756555453外伸幅度(m)31.933.034.135.236.337.438.439.5主钩高度(m)71.971.270.469.768.968.167.366.5主钩荷载(T)910820780730700660620590图6 1000T浮吊示意图根据以上起重性能参数,1000T浮吊在仰角60(吊重910T,净吊幅或外伸幅度31.9m,主钩高度71
14、.9m),1200T浮吊在仰角55(吊重930T,根据图5内插计算得净吊幅或外伸幅度35.9m,主钩高度60.4m)时即可满足吊装要求。1.4吊点设计钢套箱采用两台浮吊进行抬吊,根据设计计算,整个钢套箱共布置8个吊点,吊点位置示意图见图7。图7 钢套箱吊点布置图1.5吊索强度计算吊装采用2艘浮吊进行抬吊,每艘浮吊采用2个大钩,吊索选用120mm钢芯钢丝绳,破断拉力总和12501KN,单根长100m的4根(1000T浮吊使用),单根长80m的4根(1200T浮吊使用)。图8 钢套箱起吊角度示意图为确保起吊时每根吊索均匀受力,起吊时,单艘浮吊的双主钩(T型平衡钩)每钩分别双挑2根钢丝绳,每根钢丝绳
15、的两个琵琶扣分别穿在一个吊耳的销拴上。与之对应的吊耳(点)两两组合是:1和3、2和4(为1000T浮吊4个吊点);5和7、6和8(为1200T浮吊4个吊点)。详细布置见图7。根据图8显示:当钢丝绳长度为80m时,T1=14001.2/16/SIN=105/(34.72/40)=121T,安全系数K=1250.1/121=106。满足规范要求。当钢丝绳长度为100m时,T1=14001.2/16/SIN=105/(45.89/50)=115T,安全系数K=1250.1/115=10.96。满足规范要求。二、钢套箱吊装施工2.1吊装准备2.1.1护筒区平台拆除及拉压杆连接材料的焊接安装见主墩护筒区
16、平台拆除施工技术方案。2.1.2塔吊(900T.m)高度降低及生活区平台障碍物搬移为确保安装顺利进行,根据抬吊其中之一的1000T浮吊(横跨平台)的吊高要求及现场实际情况,将900T.m塔吊拆除2个标准节段,使得生活区塔吊的顶标高降低至+43.5m。同时将生活区平台靠主通航孔侧(D3#以西,D4#以东)的集装箱和水箱全部暂时吊离,以达到降低钢套箱起吊高度的目的。在钢套箱安装到位后予以恢复。2.1.3钢套箱运输及大型浮吊就位钢套箱运输就位钢套箱制作组拼完成后,用风缆将钢套箱的四角固定在大型浮平台上,然后直接用拖轮将大型浮平台拖至现场制定位置进行抛锚定位等待吊装。钢套箱的就位时间选择在起吊之前,必
17、要时在浮平台尾部抛一临时锚,临时固定船位。浮平台的抛锚定位位置见图9。浮吊抛锚就位两艘浮吊抛锚就位方向为船体(桥梁纵轴线)方向与平台长边(横桥向)方向相垂直。船艏船艉分别抛八字锚,锚头钢缆与横桥向(上下游)方向呈15,锚头钢缆抛出长度为400m,同时每艘浮吊船艉单抛1只领水锚,以便浮吊前进和后退调整船体位置。为防止起吊过程中,钢套箱摆幅过大发生碰撞,起吊时将钢套箱带八字缆固定在1200T 浮吊的船艏。详细布置见图9。2.1.4测量准备为确保钢套箱精确定位下沉至指定位置,在拆除完成的平台上,预先将承台纵横轴线测设表示在其对应侧平台的醒目位置,以便现场安装时控制偏位。标示内容包括:偏位允许范围,其
18、对应边到该标示点的距离,标示点的高程等。为防止套箱下沉过程中发生扭转,在承台长边两侧的辅助桩(连成整体)上每边至少标示3个控制点位,当套箱下沉时,实时跟踪测量其与套箱长边之间的距离,不满足偏位要求的(3点在同一条直线上,与承台横桥向轴线平行),用手拉葫芦钩挂在辅助桩上进行调整,即可避免套箱扭转发生。布置点位图示见图10。图9 浮吊及大型浮平台抛锚定位示意图图10 钢套箱测控点位布置图为保证底板开孔能顺利套进护筒内,在钢套箱内侧紧贴套箱壁体部位的护筒顶口测设焊接安装楔形导向型钢。每墩护筒导向不少于4套,均布在承台外周护筒内口。布置图示见图11。图11 钢护筒导向设置示意图2.2吊装施工2.2.1
19、吊装时机 选择在高平潮阶段进行钢套箱的吊装。2.2.2吊点连接由于钢套箱的吊索钢丝绳均非常重,靠人力很难完成吊点的连接,所以必须通过左右移动浮吊来实现吊点的连接,同时要准备若干2T手拉葫芦,用以辅助吊点连接。2.2.3起吊8个吊点均连接完毕,并检查无任何问题后,浮吊开始起钩,使吊索被张紧,此时,起重指挥人员再次检查吊点的连接情况和吊索的垂直度,如果不满足要求,浮吊通过绞锚使吊索铅直,同时,各船专职人员检查锚缆情况,均无任何问题后,解除套箱的一切约束如:套箱的风缆等。起吊应分级进行,根据钢套箱的重量,每100T为1个级别,实际吊装施工时,通过浮吊上自带的测力计进行控制,每增加一个级别,现场负责的
20、技术人员再次检查锚缆松紧、吊索受力、吊索垂直度等事项,无任何问题后施加下一级,直至钢套箱被吊起。2.2.4移船当钢套箱被吊起超过生活区平台50cm高后,两艘浮吊通过绞锚同时向下游移动,移动时应缓慢进行,幅度不宜过大,一方面,幅度太大容易造成两艘浮吊受力不均,另一方面,移动的幅度太大,容易碰撞上游的塔吊,发生危险。当钢套箱完全越过上游生活区平台后,钢套箱轴线与桥轴线基本重合时,1000T浮吊后退,同时,1200T浮吊前进,此过程同样要缓慢进行,避免受力不均。1200T浮吊前进的动力依靠在平台辅助桩上带的前进缆,同时需松开船艉抛的领水锚。1000T浮吊后退动力依靠开始抛的船艉领水锚。钢套箱起吊立面
21、示意见图12。2.2.5下放当钢套箱的纵、横轴线与平台的纵、横轴线重合时,两艘浮吊同时落钩,直至钢套箱最底点距平台还剩1米左右,此时,指挥人员根据预先放好的标志线对钢套箱进行精确对位,对位完毕,两艘浮吊同时缓慢下放,使钢套箱在自身限位及钢护筒顶口焊接的临时导向装置的作用下,缓慢进入预定位置,并经过微调,使钢套箱完全套进钢护筒内。钢套箱下放至理论位置还有50cm时,测量人员测量钢套箱的四角高差,并根据测量结果进行高差调整,以后,每下降10cm测量一次,直至套箱距理论位置还剩35cm,停止下放,进行钢套箱平面位置的调整。此时海水开始退潮,钢套箱底板没入海水中,没入深度按3m计算,海水浮托力=150
22、23=900T1400T,钢套箱可顺利下沉。为抵抗水流力对钢套箱的影响,在套箱短边壁体环板处设置吊耳,当套箱入水后,用拉绳拉住钩挂在两侧平台上。当钢套箱的平面偏位满足设计规定及规范要求时(均按5cm偏差进行控制),将钢套箱下放到位。由于在大型浮平台上进行组拼,钢套箱壁体上所有人孔盖板取消制作,钢套箱下放过程中全部处于敞开状态,以保证壁体内外水位始终一致。图12 钢套箱抬吊移位立面示意图2.2.6浮吊撤离及钢套箱固定钢套箱下放到位后,为确保水流波浪力的影响,造成钢套箱偏位,将钢套箱的内外挑梁限位固定于挑梁的支撑连接材料上,必要时可焊接固定。等挑梁焊接固定完成后,浮吊松钩,使钢套箱的全部重量由内外
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