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      大連星海灣跨海大橋水中基礎(chǔ)施工技術(shù)

      2013-08-21 01:18:26王國(guó)群
      山西建筑 2013年25期
      關(guān)鍵詞:吊箱側(cè)板鋼護(hù)筒

      王國(guó)群

      (中鐵十九局集團(tuán)第五工程有限公司,遼寧大連 116000)

      1 概述

      大連市星海灣跨海大橋全長(zhǎng)6 km,位于黃海北部的大連市黑石礁灣,最大水深21 m,年平均高潮位0.964 m,年平均低潮位-1.116 m,受臺(tái)風(fēng)影響時(shí)最大海浪高達(dá)8 m。正規(guī)半日潮每日兩漲兩落,平均高潮間隙10 h 12 min。潮差大,潮流較急,施工易受惡劣氣象條件的影響。橋位區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜,軟硬巖層交錯(cuò)分布,串珠狀特大型溶洞極為發(fā)育,需跨臺(tái)風(fēng)、季風(fēng)期連續(xù)施工,上述諸多因素都給大橋施工帶來(lái)巨大困難。

      星海灣跨海大橋東段工程由東連接線、東引橋東側(cè)大跨徑混凝土引橋三個(gè)單位工程組成,總長(zhǎng)2.5 km。主線在雙層橋部分為單向四車道,在單層橋部分為單向三車道,匝道為單向兩車道(見(jiàn)圖1)。

      圖1 星海灣跨海大橋東段整體效果圖

      2 鉆孔樁總體施工方案

      2.1 棧橋設(shè)計(jì)

      為了提高施工效率,減少大型船機(jī)設(shè)備的投入,控制施工成本,沿線路橋梁方向全線架設(shè)鋼棧橋“變海上施工為陸上施工”,棧橋只作為交通道路,在每個(gè)墩位處單獨(dú)搭設(shè)施工作業(yè)平臺(tái)和鉆孔平臺(tái)。棧橋由一個(gè)主線棧橋和兩個(gè)支線棧橋共三部分組成,全長(zhǎng)2 400 m。

      2.2 鉆孔平臺(tái)的設(shè)計(jì)

      樁基施工依托鋼棧橋于承臺(tái)位置搭設(shè)鉆孔平臺(tái),通過(guò)履帶吊起吊振動(dòng)錘在平臺(tái)上直接完成鋼護(hù)筒的沉放,然后安放鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔施工。

      鉆孔平臺(tái)的設(shè)計(jì)需考慮鋼護(hù)筒沉放、鉆孔機(jī)具占位、鋼筋籠下放、混凝土灌注等工序的施工。要求滿足50 t履帶吊起吊30 t護(hù)筒、混凝土運(yùn)輸車直接開(kāi)至孔位處灌注混凝土,要能夠抵抗10級(jí)風(fēng)和2 m浪高的沖擊、確保樁基30 m長(zhǎng)的鋼護(hù)筒的穩(wěn)定,鉆孔平臺(tái)與施工作業(yè)平臺(tái)和棧橋必須聯(lián)接成一個(gè)整體。

      鉆孔平臺(tái)結(jié)構(gòu):采用φ630×10 mm鋼管樁基礎(chǔ),2Ⅰ45b工字鋼下橫梁,以“321”型貝雷桁架為主梁。橋面設(shè)雙層分配梁,主梁為Ⅰ25b,次梁為Ⅰ12.6,面層鋪10 mm厚鋼板,圍欄采用工字鋼硬防護(hù),在樁位處設(shè)置樁位框。為考慮在鉆孔樁施工時(shí)有較大的作業(yè)空間,根據(jù)不同承臺(tái)大小設(shè)置鉆孔平臺(tái)的尺寸,最小12 m×12 m、最大18 m×15 m。

      2.3 鋼護(hù)筒加工及沉放

      2.3.1 鋼護(hù)筒的加工制作

      鋼護(hù)筒采用Q235b鋼板卷制,板厚16 mm。為確保鋼護(hù)筒各節(jié)段的焊接質(zhì)量,開(kāi)60°坡口,進(jìn)行“V”形坡口焊,節(jié)段連接處沿周圈滿焊4塊加勁鋼板,最底節(jié)鋼護(hù)筒進(jìn)行加厚,貼焊50 cm高12 mm厚鋼板。

      2.3.2 定位導(dǎo)向架的制作

      為了確保鋼護(hù)筒沉放垂直度和平面位置的精度,制作一個(gè)定位導(dǎo)向架。將導(dǎo)向架安裝在提前預(yù)留好的樁位孔內(nèi),并跟鉆孔平臺(tái)的鋼管樁和平聯(lián)焊接牢固。其結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖2。

      圖2 鋼護(hù)筒定位導(dǎo)向架結(jié)構(gòu)圖(單位:mm)

      2.3.3 鋼護(hù)筒沉放

      鋼護(hù)筒采用DZ-135雙夾具振動(dòng)錘進(jìn)行沉放施工,50 t履帶吊配合完成。

      根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況,鋼護(hù)筒沉放以底標(biāo)高和貫入度進(jìn)行雙控確定停錘標(biāo)準(zhǔn),確保鋼護(hù)筒底部貫入在穩(wěn)定的地層內(nèi),確保在鉆孔施工中不會(huì)出現(xiàn)漏漿或者反穿孔的現(xiàn)象。

      2.3.4 海水泥漿的配置

      施工中采用海水泥漿。海水泥漿必須具有良好的穩(wěn)定性、適當(dāng)?shù)谋戎亍⒘己玫牧鲃?dòng)性能、泥皮形成性、酸堿度和含砂率。

      2.3.5 鉆孔施工

      為了提高施工效率,針對(duì)不同地質(zhì)情況、不同樁徑選擇了多種形式的鉆機(jī)進(jìn)行施工,分別配備單繩手拉式?jīng)_擊鉆、CZ-80沖擊鉆、沖擊反循環(huán)鉆進(jìn)行施工。

      沖擊反循環(huán)鉆機(jī)主要施工覆蓋層較深,溶洞發(fā)育不嚴(yán)重的樁基,對(duì)斜巖和軟硬不均的地層比較有效。

      CZ-80沖擊鉆機(jī)適應(yīng)性較強(qiáng),可分別施工裸巖區(qū)、淺覆蓋層、深覆蓋層、溶洞較發(fā)育區(qū)的樁基,尤其對(duì)淺覆蓋層和溶洞塌孔漏漿的樁基施工特別有效。

      單繩手拉式?jīng)_擊鉆主要用于施工溶洞較發(fā)育和巖石較硬的樁基,沖程靈活可調(diào),無(wú)需較大的鉆孔平臺(tái),施工成本低,成樁較慢。

      2.3.6 清孔

      水中大直徑鉆孔樁清孔質(zhì)量好壞直接關(guān)系到樁基的質(zhì)量,采用ZX-100/30“黑旋風(fēng)”泥漿凈化器進(jìn)行清孔,渣與漿分離后鉆渣外運(yùn),清孔后的泥漿各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足規(guī)范要求,孔底無(wú)沉渣。

      2.3.7 鋼筋籠安裝和水下混凝土灌注

      1)鋼筋籠加工、安裝。鉆孔樁的鋼筋籠采用長(zhǎng)線胎具法在加工場(chǎng)整體制作,運(yùn)送至現(xiàn)場(chǎng)節(jié)段拼裝吊放入孔,采用鎖母型滾扎直螺紋套筒連接。

      2)水下混凝土灌注?;鶚痘炷敛扇∷鹿嘧⒐に???紤]混凝土受海洋環(huán)境影響,混凝土水泥用量相對(duì)陸上要大,同時(shí)為保證水泥混凝土的流動(dòng)性和初凝時(shí)間,到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)的混凝土坍落度控制在20 cm~22 cm,為保證樁頭質(zhì)量,樁頂超灌1 m。

      3 承臺(tái)施工

      3.1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

      本橋海中高樁承臺(tái)頂標(biāo)高均為+0.5,略高于海平面。承臺(tái)尺寸分為5 種,分別為(5.8×5.8 ×3)m,(7.4 ×7.4 ×3)m,(8.4 ×8.4 ×3)m,(9 ×9 ×3)m,(10.6 ×10.6 ×3.5)m。

      根據(jù)承臺(tái)所處位置海水深度的不同,海中承臺(tái)分為3種類型,深水區(qū)高樁承臺(tái),淺水區(qū)高樁承臺(tái)和灘涂區(qū)埋置式承臺(tái)。其中,后兩種形式的承臺(tái)采用單壁無(wú)底式鋼套箱施工,工藝相對(duì)較簡(jiǎn)單,在此重點(diǎn)講述深水區(qū)高樁承臺(tái)有底鋼吊箱施工。

      3.2 鋼吊箱施工方案概述

      承臺(tái)樁基施工完成以后,拆除鉆孔平臺(tái),進(jìn)行鋼吊箱的拼裝。

      鋼吊箱在海中承臺(tái)施工期間,抵抗海水浮力、承受承臺(tái)混凝土重力是依靠封底混凝土和鋼護(hù)筒之間的摩擦力,為了確保鋼護(hù)筒和封底混凝土之間的粘結(jié)力,在進(jìn)行吊箱施工之前,必須采用環(huán)形的護(hù)筒刷將封底混凝土高度范圍內(nèi)的鋼護(hù)筒進(jìn)行清理(見(jiàn)圖3)。

      圖3 采用護(hù)筒刷清理鋼護(hù)筒上海生物

      鋼吊箱側(cè)板和底板均為組合式拼裝單壁鋼結(jié)構(gòu)。底板系統(tǒng)由面板和縱、橫梁組成,高度為50 cm,底板在對(duì)應(yīng)樁基孔位處開(kāi)孔。底板和護(hù)筒間的孔隙采用橡膠皮結(jié)合鋼板進(jìn)行封堵,將橡膠皮用螺栓固定在圓形壓板上,利用橡膠皮緊緊裹住護(hù)筒,實(shí)現(xiàn)隔水和防止混凝土泄漏。側(cè)板塊與塊之間豎向采用角鋼法蘭栓接,縫間設(shè)置橡膠條以防止漏水。

      由于承臺(tái)尺寸各異,為了節(jié)約一次性投入側(cè)板加工鋼材,鋼吊箱側(cè)板采用分塊組裝,用不同長(zhǎng)度的節(jié)段組拼出相應(yīng)承臺(tái)的吊箱側(cè)板,無(wú)須針對(duì)每個(gè)型號(hào)的承臺(tái)單獨(dú)制作定型鋼側(cè)板。鋼吊箱平面尺寸按照承臺(tái)尺寸加大20 cm制作,側(cè)板兼承臺(tái)模板使用。鋼吊箱側(cè)板按照3種寬度進(jìn)行加工,分別為3 m,1.6 m和1 m。

      鋼吊箱共設(shè)置16根φ32精軋螺紋鋼吊桿,吊桿均位于吊箱內(nèi)部。吊架橫梁采用雙肢HN350×175型鋼,吊架縱梁采用雙肢HN600×300型鋼,節(jié)段與節(jié)段之間采用鋼板法蘭連接,安放在鋼護(hù)筒頂部。下放采用8個(gè)掛在主吊架上的20 t倒鏈或4個(gè)50 t液壓穿心千斤頂下放。下放過(guò)程中要均勻緩慢地水平下放,并適時(shí)監(jiān)測(cè)吊箱四角的標(biāo)高,如發(fā)生傾斜狀況,必須立即校正。

      鋼吊箱下放到位后澆筑C30水下封底混凝土,封底厚度根據(jù)鋼吊箱大小確定,最小1.15 m、最大1.6 m。根據(jù)布置的澆筑點(diǎn)按順序進(jìn)行封底,直至混凝土面達(dá)到標(biāo)高,封底混凝土須一次澆筑完成?;炷撂涠瓤刂圃?80 mm~200 mm之間,使每盤(pán)混凝土灌注后的流動(dòng)坡度在1∶(5~7)范圍內(nèi)。灌注點(diǎn)選擇在樁基與樁基空隙處及四個(gè)邊角處,澆筑導(dǎo)管口離底板約20 cm,灌注高度高出設(shè)計(jì)約15 cm,待抽水后鑿除。施工時(shí),測(cè)量封底混凝土面各處標(biāo)高,特別是四個(gè)邊角處的標(biāo)高,確?;炷撩婊酒秸?。封底混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%以上后,即可抽出吊箱內(nèi)積水,拆除吊架和底板下托梁,完成受力體系的轉(zhuǎn)換,割除護(hù)筒,鑿樁頭,進(jìn)行承臺(tái)施工。側(cè)板在首節(jié)墩柱澆筑完成后拆除。

      3.3 鋼吊箱施工控制關(guān)鍵點(diǎn)

      由于星海灣海域位于黃海北部開(kāi)闊海域,夏秋兩季受南風(fēng)和浪涌的影響十分嚴(yán)重。為了確保工程質(zhì)量,在施工中對(duì)鋼吊箱采取了諸多加強(qiáng)措施,確保不滲不漏。

      3.3.1 增加內(nèi)支撐和外圈梁

      在封底混凝土頂面標(biāo)高以上位置增加一道鋼管“十”字形內(nèi)支撐,并在側(cè)板外側(cè)對(duì)應(yīng)標(biāo)高上增加設(shè)置一道圈梁。針對(duì)特大10.8 m×10.8 m鋼吊箱,于兩道外圈梁之間再增設(shè)一道圈梁,共三道圈梁(見(jiàn)圖4,圖5)。

      圖4 加固三道外圈梁

      圖5 內(nèi)支撐加固

      3.3.2 增加斜撐工字鋼

      在每塊側(cè)板與底板交接處設(shè)置斜撐工字鋼,使側(cè)板與底板牢固聯(lián)結(jié),并和封底混凝土緊密結(jié)合(見(jiàn)圖6)。

      圖6 側(cè)板斜撐工字鋼

      圖7 側(cè)板防脫件

      3.3.3 在側(cè)板上設(shè)置防脫件

      在封底高度以下的側(cè)板上設(shè)置錨固防脫件(見(jiàn)圖7),使封底混凝土與側(cè)板緊密粘結(jié),避免因大浪沖擊造成的鋼吊箱側(cè)板活動(dòng)而漏水。

      3.3.4 增設(shè)防落鋼帶

      在鋼護(hù)筒四周設(shè)防落鋼帶,對(duì)10.8 m×10.8 m吊箱局部改為工字鋼作防落鋼帶(見(jiàn)圖8),確保3.5 m厚承臺(tái)澆筑時(shí)吊箱的受力。

      圖8 鋼護(hù)筒防落鋼帶

      3.3.5 吊箱下放時(shí)間控制

      每個(gè)鋼吊箱下放之前都需要準(zhǔn)確掌握連續(xù)5 d的天氣和海況,盡量避免在農(nóng)歷月初、月中大潮期間和超過(guò)6級(jí)南風(fēng)天的情況下進(jìn)行鋼吊箱下放或封底作業(yè)。

      4 結(jié)語(yǔ)

      星海灣跨海大橋?qū)儆谕夂J┕ぃ毕?、浪涌、裸巖、巖溶地質(zhì)條件對(duì)橋梁下部結(jié)構(gòu)的樁基、承臺(tái)施工造成巨大影響,通過(guò)對(duì)本橋水下部分的施工工藝總結(jié),為同類海上橋梁施工提供參考依據(jù)。

      [1] 劉永貴.橋梁樁基特殊溶洞處理方法的探討與應(yīng)用[J].公路工程,2012(2):50-52.

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