鋼套箱圍堰氣囊浮運施工技術(shù)

1、鋼套箱圍堰氣囊浮運施工技術(shù)摘要：主要介紹劍潭東江特大橋鋼套箱圍堰氣囊浮運施工技術(shù)，該橋為贛深鐵 路的關(guān)鍵性控制工程，是目前國內(nèi)高鐵最大寬度的四線無砟軌道墩塔梁固結(jié)體系 矮塔斜拉橋。由于橋址所處位置的上下游均設(shè)置有水閘，大型起重船無法進場， 鋼套箱下水難度大，經(jīng)過方案比選、優(yōu)化，最終采用分塊制作、現(xiàn)場拼裝、整體 采用氣囊下水方式進行施工，通過岸側(cè)卷揚機牽引至安裝位置，注水安裝下放的 方案。因避免使用大型船機設(shè)備，在節(jié)約施工成本上取得較好的效果。關(guān)鍵詞：贛深鐵路；鋼套箱；氣囊浮運；施工技術(shù)1工程概況劍潭東江特大橋3#、4#主墩位于東江河道內(nèi)，施工水位H10%=13.18m，其 中3#主墩承臺底面標(biāo)

2、高+0.06m，距承臺底面13.12m，承臺基底為弱風(fēng)化花崗巖， 鉆孔樁全部嵌入弱風(fēng)化花崗巖18m，4#主墩承臺底面標(biāo)高+2.34m，距承臺底面 10.84m，承臺基底為淤泥質(zhì)黏土，鉆孔樁嵌入弱風(fēng)化花崗巖約7m?？紤]基巖上 覆蓋土層厚度不夠，鋼板樁圍堰工藝難以實施，因此選擇無底雙壁鋼套箱圍堰工 藝，既能為承臺提供了干施工條件，又能作為樁基、墩柱、主塔的作業(yè)平臺。2鋼套箱結(jié)構(gòu)根據(jù)承臺尺寸及結(jié)合現(xiàn)場實際情況，3#主墩鋼套箱圍堰設(shè)計頂標(biāo)高+15.18m， 底標(biāo)高-1.94m，圍堰總高度17.12m，吃水深度15.12m。4#主墩鋼套箱圍堰頂標(biāo) 高+16.88m，底標(biāo)高+0.34m，圍堰總高度16.5

3、4m，吃水深度14.45m。鋼套箱外尺 寸為28.4mx40.4m，內(nèi)腔尺寸為26mx38m，壁厚1.2m。鋼套箱圍堰采用C30砼 封底，封底砼厚度2.5m。圖1鋼套箱剖面示意圖（單位：mm；高程單位：m）鋼套箱由壁體及內(nèi)撐兩大部分組成。壁體主要由面板、分倉板、橫肋、豎肋 構(gòu)成，通過分倉板將鋼套箱平均分成互不相通的隔倉，以便注水下沉?xí)r調(diào)整鋼套 箱的重心及豎直狀態(tài)。內(nèi)支撐布設(shè)3層，用型鋼構(gòu)成平面框架，與鋼套箱一起形 成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體系，主墩作業(yè)平臺利用鋼套箱的第三層內(nèi)支撐作為承重梁。鋼套箱圍堰為全焊水密結(jié)構(gòu)，鋼套箱壁板、側(cè)板、底板、隔倉的面板均采用 610mm鋼板。內(nèi)外壁板的豎肋主要采用Z75x8m

4、m角鋼，上半節(jié)間距50cm，下 半節(jié)間距25cm，每隔6.0m設(shè)1道堅向開孔隔板作為加強豎肋，開孔隔板采用 610mm鋼板。鋼套箱底部設(shè)封底砼分倉分隔板，分隔板高1.80m （底面距離壁體 底板21cm，用于安裝封底托板），由腹板620mm鋼板和上、下翼板640mm鋼 板組成，將封底砼分成6塊，內(nèi)壁和與封底砼接觸面設(shè)置3道止水鋼板（5cm寬 68mm鋼板），以防止水沿砼與鋼板接觸面滲漏。鋼套箱設(shè)3層內(nèi)支撐，用型鋼 構(gòu)成平面框架，第1、2層的縱、橫向支撐均采用800 x12mm鋼管，第3層縱、 橫均向支撐采用HN700 x300mm型鋼，兼做作業(yè)平臺。為保證鋼套箱圍堰浮運階段和下沉階段的穩(wěn)定，壁

5、體設(shè)置10個隔倉，為保 持鋼套箱圍堰內(nèi)外水位平衡，在河側(cè)的壁體上設(shè)置1個聯(lián)通孔。3圍堰施工3.1鋼套箱加工受下游東江水利樞紐船閘通航能力制約，鋼套箱圍堰無法整體制作通過船閘 水運至安裝現(xiàn)場。為保證加工質(zhì)量，鋼套箱壁體在專業(yè)鋼構(gòu)件加工廠進行分塊加 工，檢驗合格后，用車分批運輸至現(xiàn)場拼裝。3.2鋼套箱拼裝鋼套箱選在主墩上游的約150m處的河灘上進行現(xiàn)場拼裝。對所選河灘進行 整平硬化處理后，搭設(shè)鋼套箱圍堰拼裝平臺，滑道采用C20砼硬化，厚度20cm。 下滑坡道長53.0m，坡比1:40。拼裝平臺立柱采用雙拼I32b工鋼，立柱設(shè)置間距 4.5m，立柱間留出氣囊布設(shè)位置，墊梁采用I32b工鋼。拼裝前，在

6、托板上放樣出壁板拼裝輪廓線，并在外側(cè)輪廓邊線上設(shè)置定位裝 置，以控制鋼套箱的平面位置。鋼套箱分節(jié)逐塊拼裝，由100T履帶吊從短邊向兩側(cè)長邊對稱拼裝，將壁板 塊件吊起至安裝位置，下口通過定位碼子就位后，與定位碼子臨時焊接加以固定， 通過測量儀器校檢平面位置和垂直度，校達到要求后，壁板與底板、壁板間進行 焊接連接，最后進行內(nèi)支撐安裝。3.3鋼套箱浮運、安裝鋼套箱拼裝完成后，用橡膠氣囊頂起，卷揚機牽引，利用滑道溜放下水。鋼 套箱圍堰浮運至現(xiàn)場后，RTK定位，用平板駁及岸側(cè)地垅共同調(diào)位安裝。圖2鋼套箱出運平面示意圖工藝流程：橡膠氣囊布設(shè)、掛上牽引拉索T橡膠氣囊充氣頂升、拆除拼裝平 臺T卷揚機牽引鋼套箱

7、下水T浮運鋼套箱至安放現(xiàn)場9靠平板駁及卷揚機定位T 鋼套箱注水安放T掛上錨索固定鋼套箱T打開水位孔、調(diào)節(jié)壁體內(nèi)水位。鋼套箱下水受力簡算摩擦力的計算氣囊半徑R為0.5m，氣囊的接觸面的1/2寬為0.7m，氣囊的摩擦力為：Fm =2?N/d=2x0.0448x8000/0.8=896kN?；赖鼗休d力驗算氣囊個數(shù)為11組，D=1m，每組氣囊L=17m，每組氣囊承受的壓力為： 8000/11/17=43kN/m。根據(jù)氣囊的參數(shù)指標(biāo)，氣囊的工作高度為0.8m，著地寬度 為0.7m，則對地基的壓應(yīng)力為：43/0.7=62kPa。對滑道進行壓實處理、硬化后滑道地基承載力110 kPa，滑道地基承載力滿

8、足要求。牽引力的計算因為下水道存在坡度，鋼套箱重量在其作用下分解為坡面壓力和下滑力Fx= Qsina=8000 xsin2.5=352kN，因FxVFm時，鋼套箱無法自動下滑，需要牽引力。假定2組各4根鋼絲纜繩，需要的牽引力Fq= (Fm- Fx) /k-n= (896-352) /0.8/8=85kN。故需河對岸配備2臺10t卷揚機，牽引力可達到200kN，滿足要求。鋼套箱下水的制動力鋼箱在下滑過程中，要對底下鋪設(shè)好的氣囊進行充氣、調(diào)整，因此要求滑動 中的鋼套箱能夠及時停下來，這就需要使用牽引纜車來制動下滑的套箱。其制動 力的大小取決于制動時間T，一般取T=25秒，由于絞車的制動時間很難有精

9、確 的計算數(shù)值，所以s取的越小，制動力Fz較大，牽引系統(tǒng)較安全。Fz二 Q-V/T=800 x1000 x (6/60)/3=26kN=2.6t，故采用2臺12T的卷揚機足以滿足制動 要求。滾動氣囊數(shù)量的計算滾動氣囊數(shù)量的選取主要取決于鋼套箱自身的重量，以及囊體與套箱底縱腫 剖面處接觸的累計長度，5m+12m氣囊組與套箱底縱腫剖面處接觸L1=13m。N = K1-Q/(R-L1) =1.3x8000/ (230 x13)=3.5，氣囊 22 個，安全富裕系數(shù)為 6。前端浮起計算鋼套箱從前端入水至完全浮起包括兩個階段：前端入水至前端浮起階段；前 端浮起至完全浮起階段。前端浮起時，是最后一個氣囊的

10、受力最不利狀態(tài)，超過 其最大承壓時，有可能爆裂，最后一排氣囊為2個12m氣囊，氣囊每米最大受壓 57t，2個氣囊可受力1368t，故氣囊處于安全可控狀態(tài)。安裝封底托板為減小鋼套箱入水初期的吃水深度，6個分隔倉底底部全部安裝封底托板。 封底托板與鋼套箱的間隙不做焊接密封，除了可通過設(shè)置止水橡膠墊防止出現(xiàn)大 范圍漏水，亦可作為氣囊托板，將鋼套箱的重量傳遞給氣囊。封底托板由8mm 厚鋼板、I20b縱梁組成。鋼套箱內(nèi)壁及分倉隔板上設(shè)置20b縱梁牛腿，以免封 底托板受浮力或氣囊作用時沿內(nèi)腔向上滑動。封底托板通過鋼絲繩吊索懸掛于鋼套箱頂部，并在吊索上端設(shè)置浮標(biāo)，吊索 通過手拉葫蘆拉緊封底托板。待分隔倉內(nèi)加

11、完水具備拖運條件后，至指定區(qū)域解 開吊索，封底托板將自動解除下沉。氣囊布設(shè)沿鋼套箱的兩側(cè)壁布設(shè)兩排氣囊，兩排氣囊之間用細鋼絲繩連接。每排11 根氣囊，氣囊采選用直徑1.0m，長度12.0m與5m結(jié)合，工作高度80cm。鋼套箱由氣囊組承托在坡道上，氣囊充氣前，需掛上前、后拉索，并拉緊后 拉索，以免鋼套箱頂起后向前滑移導(dǎo)致支墩傾覆。當(dāng)鋼套箱與支墩分離后，拆除 支墩，并將支承點等各處清理干凈，以免妨礙氣囊滾動或損傷氣囊。起滑鋼套箱圍堰下水位置必需滿足其吃水深度，必要時可進行疏浚處理，下水前 打開聯(lián)通孔，封閉水位孔。拼裝場地岸側(cè)設(shè)置制動系統(tǒng)，布設(shè)2個地垅、2臺12t卷揚機、2套滑輪組， 負(fù)責(zé)控制鋼套箱

12、圍堰的溜放速度及制動，布置在拼裝場后方。河對岸布設(shè)2臺 10t卷揚機作為牽引系統(tǒng)，負(fù)責(zé)鋼套箱圍堰的前移和方向控制，卷揚機與鋼套箱 的連接采用28mm的鋼絲繩。圖3鋼套箱解除封底托板示意圖當(dāng)氣囊完全托起鋼套箱圍堰且滑道清理完成后，平板駁通過10t卷揚機牽引 前拉索，并緩慢放松后拉索，使鋼套箱圍堰緩慢前行，鋼套箱圍堰滑至入水口處 停下，穩(wěn)定后將后制動拉索自動脫鉤器打開，鋼套箱成功入水。定位、下沉鋼套箱圍堰完全下水后，將其靠泊至平板駁側(cè)面，解開前、后拉索，向鋼套 箱圍堰壁體內(nèi)注水，以增加鋼套箱圍堰浮運時的穩(wěn)定性。鋼套箱圍堰由平板駁拖運至安裝現(xiàn)場后，拋錨定位，并掛上岸側(cè)的調(diào)位索。 通過平板駁及岸側(cè)調(diào)位

13、索調(diào)整鋼套箱圍堰位置。鋼套箱圍堰安裝采用RTK定位測量，指揮平板駁移船位，使鋼套箱圍堰移至 安裝點上，注水下沉，當(dāng)鋼套箱圍堰沉至距基床頂3050cm時，停止注水。重新測量鋼套箱圍堰位置，通過岸側(cè)調(diào)位索調(diào)整鋼套箱圍堰位置，繼續(xù)注水 下沉，邊監(jiān)測邊調(diào)整鋼套箱圍堰位置。鋼套箱圍堰底沉至距基床頂2030cm時，停止注水，再次測量定位，然后加 速注水，使鋼套箱圍堰坐落在基床頂上，座底重量控制在50T左右。測量檢查鋼 套箱圍堰的平面位置，如不合格，抽水讓鋼箱離開基床頂20cm，再重新安裝至 合格。鋼套箱圍堰安裝好后，繼續(xù)向壁內(nèi)注水，直至注滿，注水過程監(jiān)測鋼套箱圍 堰位置。鋼套箱圍堰穩(wěn)定后，掛上錨索并拉緊張固定，打開所有水位孔。在鋼套 箱圍堰頂部四個角設(shè)置沉降、位