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摘要:水中承台施工是桥梁施工的重点、难点工程。本文结合工程实例,根据该大桥的地质及水位情况,采用了钢管桩、钢吊箱和钢套箱三种围堰形式,并分别介绍三种围堰的施工过程以及关键施工技术,仅供参考。
关键词:钢管桩;承台;安装;围堰;浇注
引言
在桥梁基础施工中,当桥梁墩、台基础位于地表水位以下时,根据当地材料修筑成各种形式的围堰,围堰的作用既可以防水、围水,又可以支撑基坑的坑壁。围堰型式选择及施工质量、安全性对大桥水中承台的施工质量的影响较大。因此合理选择围堰型式,掌握了解各种围堰型式的施工技术,显得尤为重要。某大桥水中主墩承台根据桥位处地质及水位情况, 采用了钢管桩、 钢吊箱和钢套箱三种围堰形式。
1 工程概况
某大桥,全桥分五联,共22跨,全长1044m。桥梁采用为预应力混凝土连续箱梁结构,桥跨布置为(4×40+4×40)(北引桥现浇箱梁)+(45+5×70+45)(主桥悬浇箱梁)+(3×40+4×40)(南引桥现浇箱梁),左右幅分离,单幅桥面宽度20m,双向八车道,项目总投资3.08亿元。
该大桥位于下游,桥位河段为感潮段(半日潮区),最大水位标高4.6m,最低水位标高-2.50m,最大潮差7.1m,主桥河床面淤泥层厚度大于7m,水中承台施工难度大。主桥左右幅包括过渡墩,共16个承台,有11个需要采用围堰施工。围堰型式选择及施工质量、安全性对水中承台的施工质量的影响较大。其中:3个采用钢管桩围堰施工,6个采用钢吊箱施工,2个采用钢套箱施工。钢套箱及钢吊箱由工厂直接定制,直接作为承台模板,钢管桩围堰施工完,需要搭设承台模板。承台及围堰的结构数据如表1所示。
2 钢管桩围堰
10#墩承台围堰钢管桩采用Φ325钢管,壁厚8mm,单根长度12m。靠岸一侧钢管桩间距0.35m;其余三侧钢管桩间距0.5m,钢管桩外侧与8mm厚钢板焊接。钢板尺寸1.5×6m,钢板外侧设2根[14槽钢竖肋,间距1.1m。
2.1 钢管桩插打
吊机的主钩吊住钢管桩的上口,副钩吊住钢管桩下口,同时提升使钢管桩悬空,然后主钩继续上升直至钢管桩垂直,最后松脱副钩。
吊机运钢管桩至沉桩位置,从定位架中缓慢下放,直至进入河床不沉,自稳为止。取下桩头上的千斤绳,用吊机主钩吊振动锤到桩头,用锤夹夹紧桩壁;启动振动锤(根据钢栈桥施工经验,振动锤采用DZ60型)沉桩,直至不再下沉为止。下沉过程中同时放松吊机的起重绳,控制锤身和桩身保持垂直状态。钢管桩插打过程对桩的垂直度进行检查,保证桩身的垂直度在1%L内。若一根钢管长度不够,还需焊接接长,此时应注意不应将首根钢管插打至水位以下,不便焊接。
2.2 围囹及内支撑的安装
钢管桩插打完成后,应进行土方开挖(开挖至封底砼底),并及时安装围囹、内支撑。共设置4层内支撑,如图1所示。
在钢管桩上标志出围囹的水平位置,在支撑的附近将托架焊接在钢管桩上,作为围囹安装的支承。围囹采用2I32工字钢。在岸上下料并连接好围囹型钢用吊车吊到托架上,紧贴钢管桩与其焊接;不能贴紧的在钢管桩和工字钢间加小钢板焊接。
在围囹上测设出内支撑的安装位置,并准确测量出两端围囹(或者围囹与护筒)之间的净距离;根据围囹的净距对内支撑钢管下料并将两端切割成企口。为保证钢管达到轴心受压的计算条件,轴线要保证和围囹的水平中线重合。支撑采用Φ426钢管,壁厚8mm。
吊车将支撑吊到对应的位置安装,围囹与支撑端头直接焊接牢固,围囹顶面与支撑钢管用连接钢板焊接。最后在围囹的转角处设三角支撑。
2.3 侧板插打
侧板插打前,拆除导向圈梁的外圈梁。用吊车将侧板吊至施工位置,并使侧板紧贴钢管桩缓慢下沉,直至侧板进入河床不沉,自稳为止。用吊机主钩吊振动锤到侧板处,用锤夹夹紧侧板壁;启动振动锤沉桩,直至不再下沉为止。水位降低至河床面后,对侧板进行焊接,保证焊缝饱满,满足设计要求,焊缝高度不小于板厚。
3 钢吊箱
3.1 钢吊箱结构
钢吊箱由底板、侧模、内支撑、底托梁及钢吊杆等组成。钢吊箱平面内空尺寸与承台设计尺寸相同,在浇筑承台混凝土时作为外模板;吊箱顶高程控制在5.0m。钢吊箱采用单壁结构,侧模高度为8.7m,模板间采用M20螺栓连接,接缝间用δ=1cm厚止水胶皮止水,保证吊箱壁板有足够的防渗水能力。钢吊箱如图2所示。
3.1.1 底板
钢吊箱底板采用8mm厚钢板,尺寸为14.6m×8.8m,分为8块拼装:1类4.4m×2.7m制作2块,2类5m×4.4m制作4块,3类4.4m×1.9m制作2块。
钢板底设[14槽钢竖肋,竖肋放置在底板受力梁上,受力主梁采用2[16的型钢。为了防止钢护筒处底板开孔时损伤主梁,主梁纵、横向间距需根据钢护筒位置调整以留有较大的富余值。
3.1.2 侧模
钢吊箱侧壁采用单壁结构,面板为厚度为8mm,下侧板横肋为2[28槽钢,上侧板横肋为2[20槽钢,沿面板纵向从下至上每隔100cm布置一层;下侧板竖肋为[12,上侧板竖肋为[10,沿面板横向每间距30cm布置一根。钢吊箱壁体由8片可拆装的侧壁组成,侧壁与底板之间、侧壁之间连接采用φ30螺栓联接,中间垫1cm厚橡胶皮止水。
3.1.3 支撑杆
在钢吊箱内口采用Φ426钢管设置了两层内撑,内撑设置在承台面往上30cm处和往上280cm处,即两道内支撑间距250cm。在钢吊箱内撑处设一层围囹,材料为2I25a型钢。撑杆主要起加强钢吊箱的强度和整体刚度的作用。
3.1.4 钢吊杆
钢吊箱下放到位后,自身重量和封底砼荷载由Φ32mm精轧螺纹钢吊杆承受,一个墩总计24根,每根长12m。钢吊杆在封底混凝土施工完成、抽水转换受力(钢吊杆受力转换为护筒上焊设的拉压牛腿和封底砼共同受力)后拆除。
3.2 钢吊箱安装
3.2.1 顶梁、底梁及吊杆安装
在钢护筒顶沿横桥向安装2组贝雷片,每组2片,在贝雷片顶沿顺桥向安装2I32工字钢顶梁(共6道),吊装2根2[16底梁(共6道),梁与钢护筒之间预留15cm的间隙,顶梁和底梁之间设置4根Φ32精扎螺纹钢吊带(共24根),在安装中注意使每根螺纹钢筋净长一致,同时在精扎螺纹钢外周设5.5m长套管(Φ48脚手管),套管与底板结合处套一块橡胶皮,脚手管顶口位置套一螺帽,使脚手管压紧橡胶垫圈,防止封底砼进入脚手管与精扎螺纹钢粘结影响吊杆拆除。施工中要注意,套管顶应高出施工高水位,防止抽水后水由套管顶涌进入吊箱内,同时注意对精扎螺纹钢的保护,严禁点焊气割损伤精扎螺纹钢。底板安装过程如图3所示。
3.2.2 侧模安装
底板安装完后,进行侧板安装,侧板与底板用M30螺栓连接,连接处加设δ=1cm厚止水橡胶;侧板之间用单排M30螺栓连接,在接缝间同样设橡胶皮止水。安装时应注意:先安装短边(被包模板),然后安装长边侧模。侧模分块安装时应设临时钢支撑,保证拼装稳固及安全。拼装中必须拧紧连接螺栓,满足止水要求。
3.2.3 内撑安装
为克服箱内外水头压力及承台砼浇注时的侧压力,钢吊箱内口设置两层内撑,内撑设置在承台面往上30cm和往上280cm高度处,材料为2I32工字钢围囹,Φ426钢管支撑。为增加钢吊箱的整体刚度,除内撑外,另外在钢吊箱4个角设置Φ426钢管角撑,角撑设的位置和围囹高度一致。
3.3 钢吊箱下放就位
在钢吊箱4个角及中间各布置一台千斤顶(共6台),对应6根Φ32精轧螺纹钢吊杆,为A组吊杆;其余18根吊杆分为B组(6根)和C组(12根)。吊杆分组如图4所示。千斤顶下面设置反力架,钢吊箱在下放前,要同时顶升千斤顶,调节每个千斤顶的行程,同时同步下放千斤顶,每次下放行程严格按15cm控制。钢吊箱沉放作业由专人负责指挥,其步骤如下:
(1)锁紧B组吊杆螺帽,B组吊杆承受吊箱重量;旋松A组吊杆螺帽20cm以上,再顶升千斤顶18cm,然后旋紧A螺帽。
(2)旋松B组吊杆螺帽,A组千斤顶承受吊箱重量;同时回缩千斤顶,使钢吊箱平稳下放,下放行程达到15cm后旋紧B螺帽,B组吊杆螺帽承受吊箱重量。
(3)重复步骤(1)和(2),直到钢吊箱下放到设计标高。
(4)钢吊箱入水到达封底混凝土底标高-3.7m(封底混凝土厚1.2m),进行调平吊箱,锁紧A、B组螺帽,使每根吊杆均匀受力。
(5)将C组精扎螺纹钢螺帽旋紧,使24根精扎螺纹钢同时受力。
4 钢套箱
钢套箱与钢吊箱施工过程基本相似,主要区别有:一是钢套箱可以不设底板,钢吊箱必须要有底板,本工程采用有底钢套箱。二是钢套箱靠自重切土下沉至设计标高,吊杆主要作用是维持套箱平稳下沉。三是在套箱下放过程中需要采用水力机械进行水下挖土,即是用高压水泵将高压水枪射出的高压水流冲刷土层,使其形成一定的泥浆汇流至集泥坑,然后用吸泥泵(或空气吸泥机)将泥砂吸出,从排倪管排出箱外。水下挖土至封底标高并且保证套箱稳定后,方可停止作业。四是钢套箱下沉至设计标高稳定后即可拆除吊杆,而钢吊箱必须在封底混凝土浇筑后方可拆除。
5 封底混凝土的浇筑
5.1 拉压牛腿设置
文献中为了保障钢管桩与封底混凝土之间的握裹力,在钢管桩周侧设置环向螺旋钢筋网和径向钢筋,并在桩壁外侧布置剪力键(牛腿),但通过计算1.0m的封底混凝土与钢管桩产生的粘结应力能够满足承台施工要求。本工程中每个钢护筒周围均匀布设4个拉压牛腿(如图5所示),拉压牛腿由I16工字钢加工而成。工字钢顶部高出施工水位与钢护筒焊接固定,拉压牛腿长度根据施工时水位确定,埋入封底砼约50cm,封底砼强度达到设计强度的90%后,抽干吊箱内的水,将封底砼顶面以上15cm范围内的工字钢两边与钢护筒焊接固定,保证焊缝总长大于30cm,并将上部多余部分割除。
5.2 导管布置
封底混凝土导管采用内径Φ273mm、壁厚8mm的无缝钢管制作,管节长度为3m、2m及1m等3种,管节之间连接采用快速螺纹接头。导管长10m~11m,底部距离底板(封底混凝土底标高)10cm~15cm,采用临时导管定型卡固定在操作平台上。导管布置图如图6所示,共布置6个浇筑点,每个浇筑点
半径按5m控制。为保证导管有一定埋深,混凝土灌注顺利时,一般不随便提升导管,即使需要提管,每次提升的高度都严格控制导管的埋深不小于50cm。导管上部系白棕绳,控制导管倾斜,并挂设手拉葫芦控制导
管高度。导管顶口与2m3集料斗相接,用拔球法灌注水下封底砼。
5.3 混凝土浇注
5.3.1 封底混凝土浇注平台搭设
钢吊箱下沉到位固定后,利用下放钢吊箱的顶梁作为主梁,在其上铺设型钢搭设封底砼操作平台。在护筒顶贝雷片之间铺设I16型钢,然后在型钢上铺设跳板、挂设安全网。在平台上架设导管固定架、料斗,并焊接固定。
5.3.2 封底混凝土施工
混凝土导管封底从下游侧向上游侧推进,并保障混凝土连续不间断供应,以保证首批混凝土的需求(首批量为15.7m3)。当某一处封底砼达设计标高后再进行其相邻导管封底时,应根据灌注量及浇筑时间,及时测量标高以指导布料,使混凝土均匀上升。混凝土浇筑临近结束时,全面测出混凝土面标高,根据测量结果,对混凝土面标高偏低的测点附近的导管增加灌注量,直至所测结果满足要求。当所有测点的标高满足控制要求后,结束封底混凝土灌注。
6 结语
综上所述,围堰虽是临时结构,但在桥梁深水基础施工中是相当重要的。结合某大桥主墩承台施工实例,采用了钢管桩、钢吊箱和钢套箱三种承台围堰施工技术,详细介绍了三种承台围堰施工的实际情况,包括主要施工步骤,关键工序以及工程实施情况。实践表明,大桥主桥下部结构施工过程中,克服了潮差近8m的困难,合理采用钢管桩、钢吊箱和钢套箱这三种围堰施工技术,有效保障承台施工质量,获得了良好的经济效益。
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论文作者:刘泳生
论文发表刊物:《基层建设》2016年第33期
论文发表时间:2017/3/6
标签:围堰论文; 钢管论文; 封底论文; 吊杆论文; 混凝土论文; 导管论文; 标高论文; 《基层建设》2016年第33期论文;