水中钢吊箱承台施工工法.doc
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1、水中钢吊箱承台施工工法中铁十五局集团第四工程有限公司前言福州市六一路闽江大桥重建工程,主桥为46+758075+46米5孔一联的预应力砼变截面连续箱梁, 14墩为水中钻孔灌注桩,直径1.8米,每个承台4根桩基,承台8个均位于水面以下,每个承台尺寸为顺桥向6.7m,横向8.1 m,承台顶面标高+1.5 m,底面标高-1.5 m。左、右幅承台间净距7.41 m,分离式墩身,桥址位于闽江下游,水深13米左右,平常水位+3+5.0 m,设计流速2.38m/s,百年一遇洪水最高设计水位+8.34米,每天涨落潮两次,墩位处于径流和潮流的过渡段,受径流作用,又受潮流的影响,为深水基础。工期紧,施工难度大,技
2、术含量高,为确保工程质量,加快施工进度,为此成立了攻关小组,召开多次专题方案论证会,经过方案比选,可操作性研究,优化设计,14墩承台采用水中钢吊箱围堰施工,与传统的钢吊箱施工方法有所不同,采用水上封底后,利用千斤顶和精制32螺纹钢吊装就位,精度可达到1mm,水下用高标号混凝土封喇叭口,即提高了封底混凝土质量,有减少了封底混凝土数量,即提高了工作效率,有节约了成本,施工方法简单,可操作性强,工艺新颖、质量可靠,在施工期间多次受到了福州市委、市政府的表扬,在福州市电台、电视台进行了多次报道。经集团公司批准,深水基础钢吊箱围堰承台、墩身施工技术为2004年度集团公司立项科技开发项目,编号为:局科字2
3、004B06,并于2004年12月28日通过了集团公司组织的专家评审,正在申报总公司和集团公司科技成果进步奖。经过不断完善总结施工技术、结合国家有关规范、标准,总结形成本工法。一、工法特点(1)具有结构设计合理,安装方便,便于施工,质量稳定,提高了工程进度,缩短了工期,节约了成本。(2)钢吊箱围堰即是用于水下施工的临时性挡水设施,侧板、底板有兼作承台底模与侧模。(3)与传统的钢吊箱施工方法有所不同,采用水上封底后,利用千斤顶和精制32螺纹钢吊装就位,精度可达到1mm。二、适用范围适用于铁路、公路、市政桥梁工程的深水承台、墩身施工。三、工法原理钢吊箱围堰是为承台施工而设计的临时阻水结构,其作用是
4、通过吊箱围堰侧板和底板上的封底混凝土围水,为承台施工提供无水的干处施工环境。四、施工工艺1、工艺流程(见图2)。临时支撑夹固钢吊箱加工、组装拆除桩基施工作平台搭设吊箱施工作业平台钢吊箱整体吊至平常最高水位0.5m处临时固定在护筒上浇注钢吊箱封底混凝土灌注墩身混凝土接长钢护筒灌注承台混凝土钢吊箱就位灌注喇叭口封底混凝土质量检查帮扎钢筋立模板水泥、砂、石、外加剂检验混凝土配合比设计混凝土拌合立模板帮扎钢筋拆除钢吊箱图2 钢吊箱围堰承台、墩身施工工艺流程图2、关键技术1)钢吊箱围堰的设计技术钢吊箱围堰的设计,要充分利用钻孔作业平台定位桩搭设钢吊箱工作平台,宜采用钢护筒搭设扁担梁吊装钢吊箱。钢吊箱围堰
5、是用于水下施工的临时性挡水设施,侧板、底板是钢吊箱围堰的主要阻水结构并兼作承台底模与侧模。根据自然水位变化及钢吊箱施工作业时段,设计施工受力结构主要按照最高水位时,吊箱内抽干水后侧板所受水压力为设计依据,最低水位时,现浇承台砼侧压力进行校核,考虑最高水位时,钢吊箱抗浮措施。钢吊箱围堰的设计为有底单壁钢结构,采用型钢与钢板焊接成型,护筒位置在底板设喇叭口,按实测桩位偏差设计,为防止渗漏,宜采用整体焊接或分节焊接组装而成,侧模与侧模的连接采用螺杆与大楔杆的连接方法,侧模与底模采用螺杆连接,采用水上拆卸作业,减少水下作业,提高工作效率。宜在水上浇注封底混凝施工后,同吊箱吊装到设计标高,用高标号混凝土
6、在水下封喇叭口。(1) 设计参数施工水位、最高水位、最低水位,设计流速,设计流量;承台底面标高、顶面标高、厚度及承台平面尺寸;钢板、钢管、型钢、拆装梁、32精制螺纹钢的材料质量;C50封底混凝土与护筒之间的摩阻力取经验值300KN/m2。(2)结构设计工况条件根据钢吊箱围堰施工工作时段及设计受力状态,可按以下几个工况进行分析:下沉阶段;封底混凝土施工阶段; 抽水后承台施工阶段。根据水文资料分析,确定钢吊箱施工水位为及钢吊箱的高度。一般钢吊箱的高度比最高水位高1.01.5m。结构设计条件综合各工况条件、水位条件确定钢吊箱结构设计条件。封底混凝土的厚度根据钢吊箱的自重、封底混凝土重、浮力、喇叭口混
7、凝土与护筒的粘结力计算确定。(3)结构型式根据钢吊箱使用功能,将其分为侧板、底板、内支撑、吊挂系统四大部分。其中,侧板、底板是吊箱围堰的主要阻水结构,根据现场及设计情况,宜选用单壁侧板结构(见图)。 吊箱底板:由底模托梁和底模组成,底模为肋板式焊接结构,喇叭口位置根据就位吊点吊箱与护筒临时支撑承台顶 1.5吊箱与护筒连接板F3封底砼顶 1.50底板喇叭口加筋与F3对应外2000横桥向支撑钢吊箱中心线侧板22150200018501500400500032010607755桥梁中心线吊箱就位扁担F1拆装梁接高护筒 11.0桩位护筒 承台底 1.50吊箱底板 1.90支撑中心 1.85支撑中心 3
8、.85施工水位 5.0钢吊箱顶 6.0侧板与底板拉杆F71611 2550 2550 1611侧板2顺桥向支撑桥墩中心线侧板2780032静轧螺纹钢2根封底砼顶 1.50外2000底板喇叭口加筋191611 3700 1611就位扁担F1千斤顶就位吊点20001850215018191/21/2图1 钢吊箱结构示意图F7E19护筒位置确定(施工时根据桩位实测偏差可做适当调整),内径比护筒直径大400mm以上,喇叭口上部设计一圈与封底混凝土高度一致的钢板,作为封底混凝土喇叭口的腹板,喇叭口下部设置8钢筋一圈并焊接弯钩防止袋装料滑下水中。 侧板:采用单壁结构,为肋板式焊接结构,由型钢和钢板焊接而成
9、。侧板与侧板连接采用螺栓、拉杆及钢楔杆连接,侧板与底板采用螺栓连接,宜用加长套筒在水上拆卸。 吊箱内支撑:内支撑由内圈梁,水平撑杆及竖向支架三部分组成。内圈梁根据侧板受力情况按不同的高程设计,在吊箱侧板的内侧形成水平环,安装在侧板内壁竖向支撑上。内圈梁的作用主要是承受侧板传递的荷载,并将其传给水平撑杆。水平撑杆一般设计为井字、十字等结构,杆端焊接钢板用螺栓与内圈梁连接成一体,水平撑杆各杆间宜焊接在一起。竖向支架底端焊接到底板上,上端与水平撑杆焊接。竖向支架的作用主要是支撑水平撑杆。 吊箱吊挂系统:吊挂系统由扁担梁、吊杆及钢护筒组成,吊挂系统的作用是承担吊箱自重及封底混凝土的重量。扁担梁2排,均
10、设在钢护筒顶,由2根拆装梁或型钢加工成一排扁担梁,焊接在护筒顶部。扁担梁的作用是支承吊杆并将吊杆荷载传递给钢护筒。吊杆:吊杆是由 32 mm精轧螺纹粗钢及与之配套的连接器、螺帽组成,共8根吊杆,吊杆下端固定到侧板的内圈梁上, 上端固定到吊挂系统的扁担梁上。吊杆的作用是将吊箱自重及封底混凝土的重量传给扁担梁。 下沉起吊系统:起吊系统由吊点、吊杆、千斤顶组成,吊点分上吊点、下吊点,上吊点设在扁担梁上,下吊点设在吊箱上层内圈梁上,上、下吊点共8个。 吊箱定位系统:钢吊箱下沉入水后受流水压力的作用,吊箱围堰会向下游漂移,为便于调整吊箱位置,确保顺利下沉,在吊箱侧板内壁与钢护筒之间设上下两层导向系统,每
11、层8个导向。(4)设计计算荷载取值依据由铁路桥涵设计规范(TBJ-96)荷载组合;水平荷载:Hj静水压力+流水压力+风力+其他;竖直荷载:Gj吊箱自重+封底混凝土重+浮力+其他;其中:单位面积上的静水压力按10KN/计,水压随高度按线性分布;流水压力按桥址处实测流速,风速很小,在此可忽略;封底混凝土容重;=24.5KN/m3;水的浮力:=10KN/m3。 计算内容:A 吊箱装下沉计算;B 吊箱结构设计计算;C 封底混凝土施工阶段计算;D 抽水后吊箱计算。计算综合工况条件分析和计算内容,对钢吊箱各部分取最不利受力工况进行计算。A 底板主要承受封底混凝土重量和吊箱自重。荷载组合为混凝土自重+吊箱自
12、重+浮力,此外,还要对吊箱入水时底板受力情况进行复算。吊箱吊挂系统与底板一起进行验算。B 侧板以承受水平荷载为主,最不利受力工况为抽水阶段,侧板计算包括竖肋、水平加劲肋、面板、竖肋拼接处及焊接的内力、变形及应力计算。另外,还要对吊箱逐层入水及承台施工等阶段侧板受力情况进行复算。内支撑系统与侧板计算,在侧板验算的同时完成验算。C 吊箱下沉阶段主要与吊箱自重有关,以完成下沉时为最不利进行计算控制,并据此计算结果设计吊点、吊杆。D 抗浮计算分两个阶段:一个阶段是吊箱内抽完水后灌筑承台混凝土前;吊箱自重+封混凝土自重+粘结力浮力。另一个阶段是浇筑完承台且混凝土初凝前;吊箱自重+承台混凝土重+封混凝土自
13、重粘结力+浮力。 E 封底混凝土强度验算:要验算封底混凝土周边悬臂时的拉应力和剪应力,以及中间封底混凝土的拉应力和剪应力。2)钢吊箱就位技术采用接长护筒,用扁担梁、千斤顶及精轧32mm螺纹钢吊装钢吊箱就位。接长钢护筒,用浮吊将运至承台附近的钢吊箱吊至承台的位置,并下放至平常水位高0.5m处,同时在护筒上设焊接临时吊点,将吊箱固定在钢护筒上,利用临时支撑将钢吊箱内壁与钢护筒固定,使钢吊箱与每个护筒临时连接为整体,灌注封底混凝土。在护筒顶部安装就位扁担梁,在就位扁担梁上每个端头安装2台500KN千斤顶及精轧32mm螺纹钢吊杆,一根精轧32mm螺纹钢通过扁担梁预留孔位于2台千斤顶的中间,承压板通过精
14、轧32mm螺纹钢安装在千斤顶上部用螺帽固定,另一根精轧32mm螺纹钢通过扁担梁另一预留孔、穿心承压板用螺帽固定,两根精轧32mm螺纹钢下端与钢吊箱上部内侧板支撑圈梁吊装孔用螺帽连接,经测量检位置合格后,在护筒周边制作定位方向架焊接在内支撑上,是钢吊箱在下沉过程中慢慢沿导向定位架下沉到设计部位。钢吊箱就位时,先将两承压板上的精轧32mm螺纹钢螺帽松开,拧紧千斤顶回油阀,将千斤顶升到较高位置,拧紧承压板上的螺帽,将千斤顶同时慢慢升高0.51.0cm,拆除浮吊,完成重力的转化,使钢吊箱的自重由扁担梁、千斤顶及精轧32mm螺纹钢吊杆承担,然后慢慢打开千斤顶的回油阀,千斤顶受钢吊箱的重量也随之慢慢下沉,
15、千斤顶快降落到最低位置时,拧紧千斤顶回油阀,同时拧紧松开的另一根精轧32mm螺纹钢螺帽后,再次打开千斤顶回油阀,使千斤顶降到最低位置,将钢吊箱的重量转化到另一根精轧32mm螺纹钢吊杆及扁担梁上,松开千斤顶上承压板上螺纹钢的螺帽,关闭千斤顶回油阀,将千斤顶升高,反复如此操作,将钢吊箱下沉到设计标高,误差不大于1mm。当浮力大于钢吊箱重量时,可用抽水机往钢吊箱内抽水,使钢吊箱下沉到设计部位。为保证钢吊箱的下沉速度和位置,操作时,使钢吊箱下沉速度稳定,就位准确,必须由专人指挥,8人同时作业。3、施工要点(1)钢吊箱围堰的加工与制作根据设计图纸,钢吊箱围堰结构尺寸,包括侧板、底板和支撑结构、吊箱围堰分
16、块制作组装成型。放样及下料A 按设计图纸进行放样及下料:并应根据工艺要求预留焊接收缩余量及切割加工余量。B切割:切割前应将钢材表面切割区域内的铁锈、油污等清除干净,采用气割或其它设备切割,切割后断口不得裂纹,并清除边缘上的熔瘤和飞溅物等。C矫正:为保证焊接质量,在焊接前,对切割后的部件进行矫正,使其满足设计要求。加工A按设计图纸加工,底板、侧板采用焊接成型,确保设计要求的焊缝高度,焊缝长度。连接孔直径比连接螺栓大1mm,吊装孔直径大2mm。B 钢吊箱采用分件制作,它的几何尺寸、形状及其构架的安装是否正确,对组装十分重要,所以,必须采取相应的措施,使之控制在公差范围内,提高组装质量。组装(1)在
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