淮河特大橋主橋大型深水基礎(chǔ)鋼套箱圍堰施工工法

1、京滬高速鐵路淮河特大橋主橋大型深水基礎(chǔ)雙壁鋼套箱圍堰施工工法關(guān)鍵詞：特大橋、深水基礎(chǔ)、鋼套箱、施工工藝中鐵12局京滬13項(xiàng)目部 李江峰1、引言京滬高速鐵路是我國中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃中投資規(guī)模最大、技術(shù)含量最高的一項(xiàng)工程，也是我國第一條具有世界先進(jìn)水平的高速鐵路，正線全長約1318 km，橋梁長度約1140km，大量的深水大跨徑橋梁建設(shè)快速發(fā)展，采用先進(jìn)的施工技術(shù),在保證安全、質(zhì)量的前提下，達(dá)到節(jié)省投資、縮短工期,又快、又好的建設(shè)好京滬高速鐵路是我們的目標(biāo)。京滬高速鐵路淮河特大橋主橋位于安徽省蚌埠市境內(nèi)，工程起訖里程為DK837+308.65DK837+806.26,橋址位于黃淮河沖擊平原，區(qū)內(nèi)地層

2、上部為黏性土及砂類土，下伏基巖為燕山期混合花崗巖。共有6個(gè)水中主橋墩（2106#2011#），承臺采用矩形承臺，承臺尺寸：15.2m×13.6m×4.0m，橋墩為圓端形變截面實(shí)體墩，梁部為（48+5×80+48）m連續(xù)梁，淮河流速快、洪水期的落差最大為10m, 經(jīng)過研究決定全部采用雙壁鋼套箱圍堰施工，利用鉆孔樁的定位護(hù)筒作為套箱下沉的作業(yè)平臺和定位、導(dǎo)向、固定設(shè)施。2、工法特點(diǎn)2.1雙壁鋼套箱圍堰既可作為承臺施工的隔水措施,同時(shí)又作為承臺施工的外模。2.2. 雙壁鋼套箱圍堰剛度好,施工簡便,在接縫位置進(jìn)行焊接即可形成剛勁可靠的防水結(jié)構(gòu)。2.3.雙壁鋼套箱圍堰施工下

3、沉用水下吸泥法進(jìn)行, 不需要大量的機(jī)械設(shè)備，施工方法簡便,降低成本,從而加快施工進(jìn)度。3、適用范圍雙壁鋼套箱圍堰適用于深水承臺施工,特別是采用鋼護(hù)筒定位的鉆孔灌注樁基礎(chǔ),可在鋼套箱下沉過程中利用鋼護(hù)筒作為套箱的定位、導(dǎo)向和固定設(shè)施適用。本工法中圍堰的下沉就充分利用了承臺中的8 根鋼護(hù)筒。4、工藝原理通過對橋址區(qū)地質(zhì)、水文情況的分析,對雙壁鋼套箱圍堰穩(wěn)定性、抗浮力、自身剛度等進(jìn)行檢算,從而設(shè)計(jì)出滿足要求的鋼套箱,利用臨時(shí)施工平臺進(jìn)行組裝,吊裝支撐系統(tǒng)下沉,下沉到位后進(jìn)行分倉封底,從而達(dá)到套箱內(nèi)無水,實(shí)現(xiàn)承臺干施工的目的。5、施工工藝流程及操作要點(diǎn)5.1工藝流程具體步驟見圖1。5.2.操作要點(diǎn)5.

4、2.1.平臺的拆除、恢復(fù)與測量準(zhǔn)備工作鉆孔灌注樁施工完畢,拆除原承臺外圍的阻礙鋼套箱圍堰側(cè)模下沉的鋼管樁及平臺平聯(lián)部分,保留平臺鋼套箱圍堰中間的部分,再用長臂挖掘機(jī)找平承臺外圍的河床部位,防止在鋼套箱下沉到位時(shí),有較大的石頭或起伏過大的河床對頂住鋼套箱圍堰局部而發(fā)生傾斜。部分平臺的拆除與測量等準(zhǔn)備工作穿插進(jìn)行。鋼套箱圍堰外側(cè)的平臺最外側(cè)兩排鋼管樁應(yīng)予以保留和補(bǔ)充;同時(shí),剩余平臺在樁基鋼護(hù)筒上口按支架吊點(diǎn)系統(tǒng)要求進(jìn)行縱橫向工字鋼連接,將承臺點(diǎn)全部轉(zhuǎn)移到鋼護(hù)筒上。.鋼套箱圍堰加工與試拼裝鋼套箱圍堰由側(cè)板、吊裝支撐系統(tǒng)、導(dǎo)向定位系統(tǒng)及分隔倉組成。按設(shè)計(jì)要求在專用加工場地由專業(yè)人員進(jìn)行加工,加工完成后

5、,首先在加工場地內(nèi)試拼裝,檢驗(yàn)產(chǎn)品加工質(zhì)量,如剛度、平整度、接縫錯(cuò)臺、接縫嚴(yán)密性等是否滿足要求,如果不滿足,必須修整再次試拼裝,直到達(dá)要求后,方可拆除,分塊通過平板車運(yùn)輸至水中作業(yè)臺上。.鋼套箱圍堰下沉的主要工序鋼套箱圍堰下沉順序?yàn)?拼裝側(cè)模的第一節(jié)在側(cè)模內(nèi)側(cè)焊接導(dǎo)向定位系統(tǒng)在平臺上安設(shè)吊點(diǎn)支架拆除原承臺外圍的鋼管樁及阻礙鋼套箱圍堰側(cè)模下沉的平臺部分下沉第一節(jié)鋼套箱拼裝及下沉第二節(jié)側(cè)模拼裝及下沉第三節(jié)側(cè)模拼裝及下沉第四節(jié)側(cè)模拆除平臺及拔除平臺內(nèi)的鋼管樁水下混凝土封底邊抽水邊焊接圍堰內(nèi)及鋼管內(nèi)支撐承臺施工。. 鋼套箱圍堰的拼裝、定位、下沉.1.鋼套箱圍堰的拼裝搭設(shè)鋼套箱圍堰拼裝平臺及吊裝平臺，設(shè)

6、置懸吊下沉系統(tǒng)。在拼裝平臺上測量放樣，以便控制鋼套箱的平面位置。在主護(hù)筒上設(shè)置鋼套箱下沉導(dǎo)向，導(dǎo)向采用型鋼制作，導(dǎo)向與鋼套箱圍堰之間的間隙采用35cm，導(dǎo)向長度為68m。拆除外側(cè)的鉆孔平臺支架在鋼護(hù)筒頂焊鋼套箱支架系統(tǒng)拼裝套箱側(cè)板（邊拼邊支撐穩(wěn)固）套箱內(nèi)部導(dǎo)向系統(tǒng)下沉鋼套箱拔除鋼管樁、找平鋼套箱圍堰內(nèi)河床搭設(shè)封底混凝土灌注平臺及下導(dǎo)管灌注封底混凝土鋼套箱和圍堰內(nèi)抽水割導(dǎo)管、鑿樁頭、驗(yàn)樁綁扎承臺底層鋼筋布置散熱管、搭管架綁扎承臺頂層鋼筋綁扎墩身與破冰棱伸入承臺鋼筋澆筑承臺混凝土通冷卻水養(yǎng)護(hù)驗(yàn)收承臺混凝土拌合運(yùn)輸混凝土原材料檢驗(yàn)混凝土拌合運(yùn)輸鋼筋加工運(yùn) 輸圖1 鋼套箱施工工藝流程圖利用平板車將鋼套

7、箱運(yùn)輸至墩位后進(jìn)行底節(jié)鋼套箱的拼裝。每條接縫均采用雙面焊縫，焊縫寬度及厚度應(yīng)滿足規(guī)定要求。為了確保接縫的焊接質(zhì)量，在每條豎向接縫上再貼15cm寬的鋼板條并焊拉牢固、密實(shí)。按照拼裝底節(jié)的相同程序拼裝第二節(jié)鋼套箱。水平接縫的焊接要求與豎向接縫相同。.2.鋼套箱圍堰的定位鋼套箱圍堰的導(dǎo)向裝置分上下層定滑輪裝置，每層為8個(gè)，下層定滑輪安裝在第一節(jié)鋼圍堰上，安裝在離刃腳高2.2m隔艙翼板上。根據(jù)鋼護(hù)筒的傾斜度及鋼圍堰下沉的深度，確定滑輪與鋼護(hù)筒之間的距離為80mm，上層導(dǎo)向定滑輪安裝在四個(gè)角上的主護(hù)筒上，標(biāo)高比施工水位高50mm。.3.鋼套箱圍堰下沉鋼套箱圍堰下沉采用加重和圍堰內(nèi)高壓射水、吸泥除土的方法

8、。加重的方式可采向鋼套箱隔艙灌水和砂，主橋鋼套箱圍堰下沉示意圖見圖2-1,圖2-2，圖2-3。在鋼套箱接高節(jié)段完成后，就向鋼套箱的隔艙加水，水要對稱施加，避免造成偏壓導(dǎo)致鋼套箱傾斜，一般下沉1.0m觀察一次平面位置及垂直度。利用位于鋼套箱中心桁架平臺上安裝的5t雙臂軌道式旋轉(zhuǎn)吊機(jī)，雙臂對稱起吊吸泥機(jī)，進(jìn)行吸泥，可不變幅沿堰周吸泥。鋼套箱圍堰下沉中隨時(shí)掌握土層變化情況，作好下沉量、傾斜和偏位的測量，控制圍堰周附近除土量，注意糾偏，使圍堰均勻平穩(wěn)地下沉。在吸泥過程中，要連續(xù)向圍堰內(nèi)加水，盡量使圍堰內(nèi)水位不低于堰外，防止翻沙。圖2-1 主橋鋼套箱下沉示意圖圖2-2 主橋鋼套箱下沉示意圖圖2-3 主橋

9、鋼套箱下沉示意圖當(dāng)鋼套箱圍堰下沉到離標(biāo)高以上2m左右時(shí)，控制刃腳隨近除土量，注意調(diào)平圍堰，避免圍堰發(fā)生突然大量下沉或大的偏斜，難以下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高。對于高底刃腳的鋼套箱下沉，刃腳進(jìn)入覆蓋層后，因入土部分側(cè)面積不同，摩阻力不同，以致長刃腳一側(cè)不易下沉，圍堰易向短刃腳一側(cè)偏斜，故下沉?xí)r先在鄰近高刃腳一側(cè)井孔內(nèi)取土，以減小偏斜。然后在井內(nèi)對稱取土。在第二、三、四節(jié)鋼套箱拼裝前，收緊葫蘆，讓其受一定的力，鋼套箱的拼裝順序與第一節(jié)的拼裝有區(qū)別，第二、三、四節(jié)的拼裝要考慮葫蘆的平衡受力，拼裝時(shí)須分節(jié)段循環(huán)對稱拼裝，同時(shí)為減輕葫蘆的受力，用水下吸泥法邊拼裝邊整體平衡下放。 圖3 鋼套箱圍堰內(nèi)吸泥下沉.鋼套箱圍

10、堰混凝土封底。.1.鋼套箱圍堰封底砼計(jì)算.1.1.基本參數(shù)封底砼厚度：3.5m，標(biāo)號C20、彎曲受壓，彎曲受拉，粘結(jié)力。.1.2.護(hù)筒粘結(jié)力G粘+G砼F浮G砼 = 2.3×(15.4×13.8-8××2.52)×3.5+604=1050.3t （封底砼自重+圍堰自重）F浮 =17.5× (16.6×18.2-8××2.52) = 2538.2t8××2.5×(3.5-0.5)×+1050.32538.2得：7.89t/m2 (封底混凝土與鋼護(hù)筒容許粘結(jié)力按10 t/

11、m2計(jì)) .1.3.封底砼應(yīng)力鋼套箱圍堰內(nèi)封底厚3.5m。封底混凝土底部受到向上的水壓力，大小P=17.5×10=175 Kpa通過有限元計(jì)算得到封底混凝土的最大壓應(yīng)力為1.15Mpa6.8MPa。封底混凝土應(yīng)力滿足要求。.2.封底混凝土的施工采用水下灌注方式進(jìn)行混凝土封底，泵送混凝土法多點(diǎn)快速灌注,整個(gè)封底利用3 排(每排4 根)12 根導(dǎo)管,根據(jù)計(jì)算首盤混凝土方量,加工大型儲料斗,按水下混凝土灌注方法進(jìn)行封底。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況,為方便施工,混凝土灌注采用從下游端開始依次倒移向上游前進(jìn)施工。整體要求:在灌注混凝土過程中,要連續(xù)、多點(diǎn)、由下游向上游快速澆筑?；炷恋奶涠瓤刂圃?8

12、cm20 cm,必要時(shí),可摻加粉煤灰或高效緩凝劑,以提高混凝土的流動(dòng)性、延長混凝土的初凝時(shí)間。為保證封底混凝土與鋼護(hù)筒壁間的粘結(jié)力,在封底前,用特制的鋼絲刷將封底混凝土范圍內(nèi)的鋼護(hù)筒外壁表面附著物清除干凈。封底混凝土采用C30抗侵蝕混凝土,在澆筑過程中,須嚴(yán)格控制混凝土各點(diǎn)的分布厚度,確保封底混凝土的質(zhì)量。在封底過程中,為了避免水位壓力差破壞尚未達(dá)到強(qiáng)度的封底混凝土,在河水面以上5cm10cm處的套箱壁割除直徑為20cm孔洞,從而保證套箱內(nèi)水位與河道水相平,并要求2天后及時(shí)將其孔洞進(jìn)行堵焊或用一臺水泵根據(jù)水位差值進(jìn)行跟班抽水。圖4 水下封底混凝土施工6、質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)6.1.所有材料必須符合設(shè)計(jì)要求和國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。6.2.焊接質(zhì)量應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。6.3.鋼套箱圍堰焊縫必須進(jìn)行經(jīng)過專人檢查合格后可進(jìn)行下沉作業(yè)。6.4.鋼套箱圍堰下沉就位后平面位置誤差應(yīng)控制在±5