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    無(wú)底鋼套箱圍堰在山區(qū)橋梁水下承臺(tái)施工中的應(yīng)用

    2021-12-13 07:58:06甘新濤駱江紅
    工程技術(shù)研究 2021年18期
    關(guān)鍵詞:鋼套冷卻管鋼護(hù)筒

    甘新濤,安 航,駱江紅

    貴州省公路工程集團(tuán)有限公司,貴州 貴陽(yáng) 550000

    1 工程概況

    1.1 工程情況

    烏江三橋設(shè)計(jì)為單塔不對(duì)稱斜拉橋,設(shè)計(jì)主跨徑為145m+160m,主跨按三級(jí)航道設(shè)計(jì)規(guī)劃設(shè)計(jì);3號(hào)主塔承臺(tái)位于烏江河道的淺灘處,承臺(tái)設(shè)計(jì)為分離式,間距9.7m,尺寸為23.2m×12.8m×6m,承臺(tái)底標(biāo)高為289.328m,承臺(tái)頂標(biāo)高為295.328m。橋塔樁基為群樁,采用C30混凝土,單個(gè)承臺(tái)設(shè)計(jì)為8根(Φ2.8m)樁基,主塔樁基共計(jì)16根。

    1.2 水文情況

    橋位的主航道河槽為U形,承臺(tái)與主航河底高差約為20m。3號(hào)主塔承臺(tái)位置的水位受上游沙陀電站泄洪及下游重慶彭水電站蓄水影響,承臺(tái)施工正遇冬季,通過(guò)對(duì)上游沙坨電站及下游重慶彭水電站的調(diào)查可知,歷年橋位區(qū)最高水位標(biāo)高為293.00m。橋位區(qū)冬期水位調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖1所示。橋位區(qū)枯水期及深水位現(xiàn)場(chǎng)如圖2、圖3所示。

    圖1 2016年11月14日—12月4日橋位區(qū)冬期水位調(diào)查統(tǒng)計(jì)折線圖

    圖2 橋位區(qū)枯水期現(xiàn)場(chǎng)

    圖3 橋位區(qū)深水位現(xiàn)場(chǎng)

    2 鋼套箱圍設(shè)計(jì)

    上游沙坨電站及下游重慶彭水電站的歷年橋位區(qū)最高水位標(biāo)高為293m,因此鋼套箱最高施工水位按293m進(jìn)行設(shè)計(jì)。河床為裸露基巖,鋼套箱設(shè)計(jì)采用無(wú)刃腳無(wú)底套箱。

    2.1 結(jié)構(gòu)受力分析

    無(wú)底鋼套箱圍堰作為臨時(shí)結(jié)構(gòu)為承臺(tái)施工提供無(wú)水的施工環(huán)境,同時(shí)是承臺(tái)施工模板,施工中要承受靜水壓力、新澆混凝土側(cè)壓力、上游泄洪和下游蓄水時(shí)流水壓力,豎向承受水的浮力和混凝土重力。為了確保鋼套箱施工安全,對(duì)以下兩種最不利工況進(jìn)行受力分析。

    (1)工況一:封底混凝土強(qiáng)度滿足要求后,高水位(293m)抽水時(shí)鋼套箱因承受外側(cè)水壓力而產(chǎn)生的受力和變形。

    (2)工況二:低水位(低于承臺(tái)底標(biāo)高)澆筑承臺(tái)混凝土?xí)r,鋼套箱僅承受內(nèi)側(cè)混凝土壓力而產(chǎn)生的受力和變形。

    2.2 無(wú)底鋼套箱構(gòu)造設(shè)計(jì)

    無(wú)底鋼套箱圍堰由壁板、內(nèi)支撐系統(tǒng)、桁架系統(tǒng)等組成,其中壁板結(jié)構(gòu)由壁板、面板加勁肋、水平桁架和鋼箱組成。套箱內(nèi)設(shè)置兩排組合支撐結(jié)構(gòu)體系,該套箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要考慮外部水壓力和內(nèi)部混凝土測(cè)壓力產(chǎn)生的荷載。鋼套箱結(jié)構(gòu)示意如圖4所示。

    圖4 套箱結(jié)構(gòu)示意圖

    (1)面板結(jié)構(gòu)。面板結(jié)構(gòu)包括面板和加勁肋,兩者之間通過(guò)焊接連接。面板采用10mm厚鋼板,加勁肋采用L100×6.5mm角鋼,間距為35cm。考慮套箱下沉需要,在壁板上焊接吊裝扣耳,扣耳采用1cm鋼板組合焊接而成。

    (2)水平桁架。壁板上設(shè)置8道水平檁條,間距為0.5m+5×1m+1.3m。水平桁架由橫向、縱向斜桿組成,檁條為L(zhǎng)100×6.5mm角鋼,縱向斜桿采用2L100×6.5mm等邊角鋼,橫向斜桿采用2L100×6.5mm角鋼,焊縫均按薄板母材厚度控制。

    (3)內(nèi)支撐系統(tǒng)。設(shè)置兩層內(nèi)支撐系統(tǒng)。系統(tǒng)桿件由支撐和圍檁組成,支撐為Φ630mm鋼管,圍檁為3片I36組合工字鋼。下層內(nèi)支撐不參與受力,主要是輔助套箱下沉,將套箱連接成一個(gè)整體,防止套箱下沉?xí)r不均勻?qū)μ紫涓鳂?gòu)件造成損傷。套箱下沉到位后及時(shí)封堵和封底。

    3 鋼套箱施工

    3.1 搭建套箱拼裝平臺(tái)

    主塔樁基施工完成后,拆除既有鋼平臺(tái),在鋼護(hù)筒與鋼棧橋鋼管樁間搭建套箱拼裝平臺(tái)。

    3.2 基礎(chǔ)處理

    河床為裸露基巖,河床面凹凸不平,要確保鋼套箱能夠平穩(wěn)下放至河床底,并能成功封堵套箱底與巖石之間的空隙,需對(duì)承臺(tái)基底進(jìn)行爆破調(diào)平處理。鋼套箱拼裝平臺(tái)搭建完成后,將爆破鉆孔設(shè)備吊裝在鋼套箱拼裝平臺(tái)上,對(duì)承臺(tái)基底鉆孔爆破調(diào)平,爆破的渣石采用長(zhǎng)臂挖機(jī)進(jìn)行清理?;妆铺幚憩F(xiàn)場(chǎng)如圖5所示。

    圖5 基底爆破處理現(xiàn)場(chǎng)圖

    3.3 鋼套箱加工

    (1)鋼套箱加工要求。進(jìn)行鋼套箱焊接施工前,對(duì)各構(gòu)件的焊接部位應(yīng)除銹、清污。為了減少和控制焊接應(yīng)力及焊接變形,對(duì)長(zhǎng)焊縫采用分段反向跳焊法,每段施焊長(zhǎng)度以20~40cm為宜,最后將焊縫填滿。在鋼套箱加工、運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)防止發(fā)生碰撞,避免造成構(gòu)件的過(guò)大變形而影響安裝。

    鋼套箱焊接工藝要求:加勁肋與面板之間采用間斷焊接,每段焊接長(zhǎng)度為5cm,總的焊縫長(zhǎng)度不小于兩者接觸長(zhǎng)度的40%;加勁板與面板之間采用間斷焊縫,每段焊縫長(zhǎng)度為8cm,總的焊縫長(zhǎng)度不小于兩者接觸長(zhǎng)度的50%;環(huán)板與斜桿、面板加勁肋之間必須滿焊;鋼套箱構(gòu)件之間必須滿焊。

    (2)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸及吊運(yùn)。鋼套箱材料加工并試拼完成后,采用拖車(chē)運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)主棧橋上,采用25t吊車(chē)在支棧橋上卸車(chē)、現(xiàn)場(chǎng)組裝。各構(gòu)件在加工和運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)防護(hù),不得損傷和撞擊,在起吊和下放過(guò)程中注意輕提輕放,同時(shí)注意人員和設(shè)備安全,嚴(yán)格遵守安全操作規(guī)程的相關(guān)要求。

    (3)鋼套箱安裝。套箱每塊設(shè)計(jì)高度為6.6m,設(shè)計(jì)有A、B、C三類,共計(jì)22塊,寬度分別為3.3m、2.9m、3.4m。套箱采用高強(qiáng)螺栓連接,拼裝接縫設(shè)置厚1cm的橡膠墊。采用25t吊車(chē)將鋼套箱逐塊起吊就位,臨時(shí)定位固定。采用焊接連接,依次施工完成拼裝,為了避免套箱不均勻下沉,拼裝時(shí)需對(duì)稱進(jìn)行。吊裝鋼套箱時(shí),先對(duì)鋼套箱進(jìn)行臨時(shí)固定。安裝包含內(nèi)支撐系統(tǒng)及外側(cè)套箱系統(tǒng),安裝后應(yīng)詳細(xì)檢查,確保無(wú)松動(dòng)。鋼套箱安裝完成后,在樁基鋼護(hù)筒套箱內(nèi)側(cè)安裝導(dǎo)向架,導(dǎo)向架采用I25型鋼加工而成。

    3.4 懸吊系統(tǒng)安裝

    套箱總重量為120t,采用12個(gè)吊點(diǎn),吊點(diǎn)分別為長(zhǎng)面?zhèn)龋?3.2m)兩側(cè)各4個(gè)點(diǎn),短面?zhèn)龋?2.8m)各設(shè)2個(gè)點(diǎn),長(zhǎng)面吊點(diǎn)主要由鋼護(hù)筒與鋼便橋支撐受力,短面是設(shè)置通長(zhǎng)的I36工字鋼組合梁懸挑提升。

    懸吊系統(tǒng)主要由支撐架、Φ32mm精軋螺紋鋼、液壓千斤頂組成,設(shè)計(jì)單個(gè)吊點(diǎn)的最大受力不超過(guò)200kN。安裝精軋螺紋鋼時(shí),上下吊點(diǎn)應(yīng)保持垂直,切忌吊桿傾斜,影響正常受力。

    3.5 套箱下沉

    套箱采用32t千斤頂分多次行程下放,共設(shè)12個(gè)吊點(diǎn)。下沉現(xiàn)場(chǎng)設(shè)12名操作手、1名總指揮、1名技術(shù)指導(dǎo)。下放前應(yīng)進(jìn)行技術(shù)交底,對(duì)下放操作人員進(jìn)行演練示范,每次下放由總指揮統(tǒng)一指揮,確保每次下放行程誤差控制在3mm以下。在鋼套箱下沉過(guò)程中,對(duì)其頂面、縱、橫橋向的軸線和垂直度進(jìn)行跟蹤觀測(cè),并做好相關(guān)的觀測(cè)記錄。鋼套箱下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高后,對(duì)基底面進(jìn)行整平,保證水下封底混凝土在基腳處的最小厚度滿足設(shè)計(jì)要求。鋼套箱下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高后,對(duì)封底混凝土范圍內(nèi)的套箱內(nèi)壁和護(hù)筒外壁上的泥污進(jìn)行清除,以保證封底混凝土與兩者之間的黏結(jié)質(zhì)量。為了防止基底沖刷造成箱體偏斜,下放到設(shè)計(jì)標(biāo)高后在套箱外側(cè)由潛水員用沙袋碼放封堵。

    3.6 封底混凝土

    封底混凝土設(shè)計(jì)厚度為80cm,單個(gè)承臺(tái)封底混凝土192m3,設(shè)計(jì)為水下不離析自流平混凝土。設(shè)計(jì)配合比為水泥∶粉煤灰∶機(jī)制砂∶碎石∶水∶外加劑∶絮凝劑=349∶87∶899∶899∶196∶6.10∶13.08。

    待套箱安裝完成后,對(duì)套箱底封底,由于封底混凝土厚度較薄,為了使混凝土厚度均勻,共設(shè)置10處下料點(diǎn)。在澆筑過(guò)程中嚴(yán)格控制混凝土的拌和和澆筑質(zhì)量,保證混凝土的流動(dòng)性,并在澆筑過(guò)程中做好標(biāo)高記錄。

    3.7 抽水及割除鋼護(hù)筒

    封底混凝土強(qiáng)度達(dá)到90%后開(kāi)始抽水,抽水速度不宜過(guò)快,抽水過(guò)程中需仔細(xì)觀察套箱圍堰變形情況,抽水到底部后仔細(xì)檢查封底混凝土質(zhì)量,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)及時(shí)處理。

    每個(gè)承臺(tái)有8個(gè)鋼護(hù)筒,待箱內(nèi)水抽完成后,開(kāi)始割除鋼護(hù)筒,割除后采用吊車(chē)起吊,提升時(shí)應(yīng)控制速度,以防碰撞內(nèi)支撐系統(tǒng)。待鋼護(hù)筒割除后,對(duì)箱內(nèi)封底混凝土表面清掃干凈,做好承臺(tái)施工的準(zhǔn)備工作。

    3.8 鋼筋及冷卻管的安裝

    (1)鋼筋安裝。承臺(tái)設(shè)計(jì)高度為6m,分2次澆筑,每次澆筑3m。第一次安裝鋼筋量900t,在鋼筋安裝前,拆除鋼套箱下層內(nèi)支撐。為了保證鋼筋接頭錯(cuò)開(kāi)距離不少于1m,側(cè)面鋼筋豎向長(zhǎng)度分別加工為3.2m和4.2m,上層內(nèi)支撐設(shè)計(jì)在4.2m以上,不影響下層鋼筋施工。鋼筋安裝完成后布設(shè)冷卻水管,經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)合格后方可澆筑第一次混凝土。待第一次混凝土強(qiáng)度滿足要求后,拆除鋼套箱上層內(nèi)支撐。第二次安裝鋼筋678.9t,鋼筋下料應(yīng)根據(jù)下層高度補(bǔ)接達(dá)到設(shè)計(jì)尺寸。冷卻水管接到承臺(tái)頂部,并預(yù)埋主塔鋼筋,經(jīng)檢驗(yàn)合格后,澆筑承臺(tái)第二次混凝土。

    (2)冷卻管安裝及加工。冷卻管采用外徑為40mm、壁厚2.5mm的鋼管。承臺(tái)每層冷卻管設(shè)計(jì)為“一進(jìn)兩出”,冷卻管應(yīng)固定牢固,并在混凝土澆筑前進(jìn)行灌水檢查。施工振搗時(shí)注意保護(hù)好冷卻管,避免混凝土漏漿堵塞。

    3.9 混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)

    (1)混凝土澆筑。為了降低混凝土內(nèi)部溫度,混凝土配合比應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),宜采用低熱微膨脹水泥或水化熱較低的礦渣硅酸鹽水泥,且摻入適量Ⅰ級(jí)磨細(xì)粉煤灰。粉煤灰的摻入量需根據(jù)試驗(yàn)確定,但摻入比例不宜超過(guò)水泥用量的20%。澆筑時(shí)分4處下料,分層振搗,每層厚度控制在50cm以下。澆筑完成使其獲得一定強(qiáng)度后鑿毛處理表面浮漿,第二層澆筑前應(yīng)灑水濕潤(rùn)底層混凝土,混凝土初凝后開(kāi)始進(jìn)行養(yǎng)護(hù)及循環(huán)水。

    (2)混凝土養(yǎng)護(hù)及水化熱控制。承臺(tái)四周被水淹沒(méi),養(yǎng)生自然條件較好,頂面均由循環(huán)水養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于7d。冷卻管進(jìn)水口應(yīng)保證有足夠的水壓力,開(kāi)始循環(huán)水后每天24h不間斷地測(cè)試水溫,確保內(nèi)外溫差控制在25℃以下。

    3.10 鋼套箱拆除

    承臺(tái)強(qiáng)度達(dá)到75%后,可以拆除鋼套箱,拆除時(shí)松開(kāi)兩側(cè)連接螺栓。為了防止鋼套箱變形過(guò)大,禁止使用重錘敲打,套箱拆除后可以轉(zhuǎn)移到另一幅安裝使用。

    4 結(jié)束語(yǔ)

    文章以沿河縣烏江三橋山區(qū)水下基礎(chǔ)承臺(tái)施工為例,對(duì)前期水文資料調(diào)查及近期水位變化情況統(tǒng)計(jì)進(jìn)行了分析,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)實(shí)際情況擬定無(wú)刃腳無(wú)底鋼套箱圍堰施工方案。無(wú)底鋼套箱圍堰施工技術(shù)在該橋水下承臺(tái)施工中的成功應(yīng)用,取得了施工安全可控、施工精度高的良好效果,為項(xiàng)目節(jié)約了一定的施工工期和施工成本,獲得了業(yè)主及各上級(jí)單位的一致認(rèn)可,為類似的橋梁基礎(chǔ)施工提供了一定的參考。

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