深水承台基础钢套箱施工.pdf

文章编号:10045716(2006)08025804中图分类号:u443125 文献标识码:b 深水承台基础钢套箱施工 吴 呈 (中铁二局股份有限公司,四川 成都610032) 摘要:通过对西芹特大桥深水承台施工经验总结,为今后同类工程施工提供参考。 关键词:深水;承台;钢套箱;施工 1 工程概况 我公司承建的(北)京福(州)高速公路福建境内的南平连接 线nla2合同段,其主要工程为西芹特大桥,该桥位于南平市西 芹镇,横跨西溪河,桥梁全长570m ,设计为13墩2台,基础均为 钻孔灌注桩,主孔为52. 5m + 93. 0m + 52. 5m三跨预应力砼连续 刚构,南岸为一孔25m简支t梁与一联435m准连续预应力 砼连续梁;北岸为335m + 28m + 40m + 28m ,其中335m为一 联预应力砼准刚构, 28m + 40m + 28m为现浇预应力砼连续空心 板。全桥均采用钢筋砼钻孔灌注桩基础,0 # 4 # 、11 # 14 # 为 旱地桩,5 # 10 # 六个墩位于水中。其中6 # 、7 # 墩设计为主墩, 分左右双幅,桩顶设有4个承台,设计尺寸为8. 7m8. 7m 3. 5m ,承台采用c30钢筋砼。由于西溪水一般水深达7m ,水位 的深浅受上、 下游电站泄水、 蓄水关系极大。由于电站排、 蓄水, 桥位处正常情况下的水位高差变化为2m/ d;暴雨季节水位变化 达810m/ d。且西溪河长年通航,要保证河道通航的需要,深水 承台基础施工难度大。 2 国内外深水承台施工方法 目前深水承台基础的施工方法主要有:单(双)壁钢围堰、 钢 套箱、 围堰、 筑岛明挖、 沉井、 气压沉箱等,各种施工方法必须根据 该工程所处的自然条件选择最适合、 最经济的方法。 3 承台基础施工方案比选 针对西芹特大桥实际情况,经过比选,钢套箱施工是最佳方 案。 3. 1 设计施工方案 西芹特大桥承台设计施工方案采用竹笼围堰,明挖抽水施 工,但该方案实施非常困难,难以奏效。一是频繁变化水位保证 围堰稳定困难;二是明挖时抽水困难;三是修筑竹笼围堰占地面 积大,不利于通航及以泥土污染水质对环保不利。为此必须选择 其他安全可行的施工方案。 3. 2 几种方案比选 针对承台处地质及水文情况,可采用以下几种方案:单(双) 壁钢围堰、 钢套箱、 沉井等,筑岛施工、 沉箱、 围堰、 钢板桩等施工 方案均有一定的缺陷,且施工难度大。 3. 2. 1 单(双)壁钢围堰 安放位置、 周边伸缩条安放设置、 控制找平砼配合比、 保持加热管 压力等,对浇注施工过程进行旁站,要求采取有效措施,严禁重型 施工机具进场,防止施工机具压伤加热管,切忌粗暴施工,施工质 量达到一次成活。 (4)安全施工和成品保护:施工过程中,应严格对成品保护的 监控检查,对分、 集水器以及在填充层施工中加热管加强保护,严 防交叉作业损伤,避免施工现场人为地对绝热层加热管造成损 伤,以及与各种有机污染物的接触腐蚀。砼填充养护期满后,要 求妥善保护,严禁堆放重荷载或高温物体。不得剔凿填充层,并 对铺设加热管的地面设置明显标志。 (5)中间验收:从加热管道铺设、 热媒集配装置和供热管安装 完毕进行试压起,至砼填充层养护期满,监理单位会同施工单位 分别进行验收,重点进行二次试压验收,检测系统静压值指标,管 道和构件的安全有效固定。 (6)低温地板辐射采暖的调试与运行:供暖系统未调试,严禁 运行使用。在竣工验收前,具备供热条件时,监理单位组织施工 单位,在使用单位配合下,按调试运行方案,对整个供回水环路水 温及水力平衡进行调试,控制预热过程的初温,逐日升温,反复调 节使每一环路水温达到正常运行范围,并不高于正常水温,满足 设计要求并循环稳定后,方可组织交工使用。 3 竣工验收及技术资料 监理单位参与由建设单位组织的竣工验收前,应组织竣工预 验收,对低温地板辐射采暖整个系统,根据施工图、 竣工图、 技术 规程进行检查,重点检查地面温度均匀程度,填充层施工的质量, 管道、 配件安装的稳固密闭,阀门关启灵活严密,仪表的准确;复 核检查主要材料相关证件,检查报告,中间验收、 试压、 冲洗、 调试 和质量检验评定记录。此项工作常常是施工监理过程中容易忽 视的内容,由于低温热水地板辐射供暖工程施工内容绝大部分属 于隐蔽项目,日后检修困难,技术资料就成为了工程施工质量及 日后检查的唯一凭证,同时也便于检修及物业管理。监理工程师 在检查技术资料时,一定要检查施工单位对技术资料是否如实详 细的填报。 低温热水地板辐射供暖工程现场监理工作很多,要求监理细 致开展工作并能做出成效,有赖于我们将理论应用于实践的同 时,与同行多沟通交流,在工作中不断总结经验和作法,再应用于 实践。 总第124期 2006年第8期 西部探矿工程 west - china exploration engineering series no. 124 aug. 2006 单(双)壁钢围堰适用范围较广,对于土质、 石质、 砂卵石、 砂 层中的水中承台施工,一般情况下使用水深较深,可达到50m以 上(国内的铜陵长江大桥主塔的双壁钢围堰高度达到54m) ,而水 深小于5m ,采用该法不经济。由于钢围堰自身重量较重,对施工 平台的要求较高,施工成本较大。 3. 2. 2 钢套箱 钢套箱分为有底及无底钢套箱两种,有底钢套箱适用于水 中承台,且水深不宜超过10m;无底钢套箱适用于承台埋入河床 中的情况,水深一般低于10m ,超过10m以后,钢套箱加固困难。 无底钢套箱按承台底位于水面以下的高度分为两种,5m以下的 情况,适用于各类地质,可以采用筑岛或搭设平台,用挖掘机开挖 下沉套箱 (400 型的挖掘机最大开挖深度可达6m) ,石质地层需 辅助爆破手段,我公司已经在重庆嘉陵江大桥、 株六复线贵州段 舞阳河大桥、 内昆铁路横江大桥等承台的施工中采用无底钢套 箱取得了成功;5m以上的情况,一般适用于砂卵石层及砂层中, 其下沉方法采用抽碴法、 抓斗抓碴法、 高压风(水)下沉法等。 3. 2. 3 沉井 沉井施工方法在20世纪80年代以前较为流行,使用地层较 为广泛,但受场地的限制因素较大,而下沉平衡较难掌握以及分 节施工砼较为麻烦等原因。 单(双)壁钢围堰、 钢套箱、 沉井等施工方法实际均采用了一 个原理,即做一个结构框架(形状根据需要设置 ) , 让其下沉至需 要的标高,然后水下封底,抽水后施工作承台,不同的框架结构及 施工工艺形成以上几种不同的施工方案。其它如筑岛、 围堰、 钢 板桩等适用于水位较浅的承台施工,而沉箱施工适用于水深较 深的承台基础施工。 3. 3 施工方案选定及可行性 该桥6 # 、7 # 主墩承台埋入透水性强的砂卵石层中23m左 右,而水深8m左右,针对这一特点结合以上介绍的情况以及尽 量减少施工成本,决定采用无底钢套箱围堰施工承台。采用该 法,可以直接利用钻孔时搭设的平台拼装套箱,然后在平台上使 用吊车吊放套箱,下沉至河床面后,用自制吸泥机抽碴下沉到位, 水下封底后抽水施工承台,因此该方案可行。 3. 4 工艺原理 套箱施工的工艺原理是利用套箱封底砼的自重以及砼与钢 护筒之间的摩擦力解决套箱上浮的问题,以达到水中施工承台 的目的,因此封底砼的厚度要经过严格的计算,并预留一定的安 全系数(一般取1. 2) ,确保施工安全。 4 套箱设计 4. 1 设计需解决的几个问题 4. 1. 1 临时配套工程 套箱施工需解决加工场地、 拼装及起吊平台、 用电等临时工 程问题,加工场地及用电现场均能解决,拼装及起吊平台直接利 用桩基施工时搭设的平台,根据承载力验算,平台可以不进行特 殊加固处理。 4. 1. 2 套箱尺寸 由于套箱设计尽量考虑少用材料,节约成本,因此允许套箱 面板变形,但控制变形量(一般变形量不超过5cm) ,同时设计时 需考虑套箱下沉会有一定的偏移情况(控制在10cm以内 ) , 所以 套箱尺寸较设计尺寸每边加大15cm ,另套箱的高度高出正常施 工水位0. 5m。 4. 1. 3 套箱拼装 根据套箱设计情况,采用分节、 分块拼装或整体大块拼装,根 据本桥设备配置情况以及平台的承载能力,采用整体大块拼装, 以节约时间加快施工进度。 4. 1. 4 套箱下沉定位 套箱拼装好后,根据设备情况,采用吊机吊放下沉。由于水 流冲击等原因,下沉过程中很容易出现套箱偏位。为了解决这个 问题,施工前需根据钢护筒的位置,在套箱内焊接导向装置,使其 紧贴钢护筒,防止偏位出现。套箱下沉至河床面后,采用自制吸 泥机,吸出套箱壁边内外砂卵石,使套箱下沉到位。下沉到位后, 再吸出套箱中间的砂卵石。 4. 1. 5 套箱漏水 套箱漏水分壁板漏水和封底后砼渗漏水,此类情况尽量避 免。在套箱加工时一定要加强焊接检查,保证焊缝质量。遇到漏 水情况,少量的可采用堵的办法,较严重的情况可采用局部二次 封底或在封底砼顶面设置盲沟,以解决漏水问题。 4. 1. 6 套箱拆除 套箱设计时必须考虑,怎样拆除套箱,主要是套箱内尽量少 用焊接,同时加固内支撑在砼浇筑时能及时拆除,并且拆除方便。 4. 2 套箱设计 4. 2. 1 主要尺寸确定 根据水文地质情况,为保证套箱尺寸符合要求,套箱平面尺 寸较承台四周加大15cm ,即为9. 0m9. 0m。预计施工最高水 位为64m ,设计河床高度为58m ,考虑套箱埋入河床 1m( 封底砼 厚度预计 1m) 和高出最高水位0. 5m ,故确定套箱高度为7. 5m。 每个承台计划用一个套箱,以满足施工工期需要。 4. 2. 2 主要材料确定 每个套箱根据现场配置的两台25t、16t吊车,确定由4块组 合钢板拼装焊接而成,每块钢板由壁板、 骨架、 箱肋、 连接结构构 成。主要材料确定的原则为所用材料必须为市场上容易购置的 材料。设计壁板采用3mm钢板(主要为节约材料,减轻自重,同 时允许变形;可以用5mm ,但不能薄于3mm ,以免焊接困难 ) , 骨 架采用126及100槽钢、 1001006角钢构成,加劲箱肋用 75755角钢,板与板之间采用满焊连结,内支撑由 100钢 管构成(间距根据计算设置 ) , 纵横向骨架在交叉点处点焊连接, 拆除时用气焊吹割即可。以上骨架及箱肋型钢材料可以用其他 型钢代替,以方便施工为原则,骨架不宜用力学性能更小的型钢 材料,以免造成套箱变形太大或加密骨架后加大焊接工作量。 4. 2. 3 结构型钢的间距设置 结构型钢的结构间距设置4060cm ,一般设置为45 50cm ,最大间距不得超过60cm(防止变形过大)。 4. 2. 4 主要设备确定 经计算,每个套箱重量为18. 8t ,吊装、 拼焊及下沉就位时, 采用25t、16t吊车配合施工,完全可以满足要求。 4. 2. 5 力学检算 4. 2. 5. 1 钢管内支撑检算(见图 1) 在套箱内设5层内支撑,根据结构受力分析支撑4处为最不 利位置(由水压力变化图知 ) , 设计计算(以下内支撑间距为结构 设置需要,受护筒限制 ) : 952 2006年 第8期 吴 呈:深水承台基础钢套箱施工 图1 内支撑计算简图 支4所受压力合力为: f = (h3- h2)/ 2 + h20. 01 + (h2- h1)/ 2 + h10. 01 1/ 2 (h2- h1)/ 2 + (h3- h2 )/ 2 l 式中:h2 需检算的支撑水深,为4. 85m; h1 需检算的支撑的上一道支撑的水深,为3. 4m; h3 需检算的下一道支撑腰水深,为6. 0m; l 水平支撑的水平间距,取2. 7m; 0. 01 水深1m处的水平压力,为0. 01mpa。 经计算,支撑4处所受的水压力合力为f = 167. 60kn。 设计采用 1002钢管内支撑,两端加芯,支撑在钢板上的 槽钢槽中间。 4. 2. 5. 2 轴向压应力及稳定性检算 (1)轴向压应力检算: = f/ s = (167. 60103)/ (d2/ 4) = 21. 35mpa p = 167. 60kn 故稳定性满足要求。 4. 2. 5. 3 套箱不上浮条件检算 为使套箱不上浮,需要满足条件: f w1+ w2+ f1 式中:f 套箱所受到的浮力,f =gsh = 5670kn ; w1 封底砼的重力(参照c25砼的配合比) , w1= 1374. 8kn ; w2 钢套箱的重力,w2= mg = 188. 4kn ; f1 封底砼与桩身的粘结力, f1= udnh1= 4900. 9kn ; u 套箱与桩身粘结力,取150kn/ m2; d 桩身的直径,2. 6m; h1 封底砼的厚度,1. 0m; n 桩的根数,4根。 w1+ w2+ f1= 6464. 1kn f = 5670kn (w1+ w2+ f1) = 6464. 1kn 从以上计算可知,套箱不会上浮。另外,套箱上还要考虑工 作平台、 导管部份机械设备等荷载,故封底砼满足要求。 5 现场施工 (1)套箱加工、 拼装平台等临时工程设置:套箱加工场地利 用北岸11 # 12 # 间空地,设置一个6m15m的加工场,加工场 用c15砼浇注,套箱拼装平台直接利用钻孔桩施工平台,用电直 接使用桩基施工用电。 (2)套箱加工: 在加工场地上,先将3mm的钢板拼焊成7. 5m9. 0m的 壁板,每道焊缝都要满焊两遍,确保焊缝质量。 焊接横向骨架,在拼焊好的钢板上,按壁板构造大样图的 尺寸,将各道12. 6槽钢的轮廓线用红铅笔画在拼焊好的钢板 上,然后据此将槽钢焊到上面。由中间往两边焊,避免钢板变形 量过大。槽钢的端头切割成45,以便相邻两壁板的横向骨架拼 装顺接。 利用吊车配合人工将其翻转,在另一面焊接箱肋及连接 部分。焊接时先焊两边的角钢,后焊上下口的角钢,中间部分由 中间往两边焊。 每焊一块都要仔细检查,包括角钢的型号、 位置、 焊接质 量。 (3)套箱拼装: 将已加工的壁板用25t的吊车吊装到船上,运至施工的桥 基旁,再用吊车吊到拼装平台上。 吊车配合人工将壁板吊挂在葫芦上,沿套箱内外侧用脚 手架搭一圈7m高的作业平台,开始组合拼装。 拼装时,两对角同时拼,可先用内支撑临时固定4块壁板。 一个对角拼完后再同时拼另一个对角,必要时可用吊车配合。 转角处在拼装时,先将钢板边对好,将拼装缝(拼缝可采用 螺栓连接)满焊2遍,保证不渗水。 为保持套箱的形状不变,按设计位置加固好内支撑1和 5。 检查各条拼接缝以及内支撑加固情况,用煤油检查焊缝 的抗渗性,达不到要求立即处理。 将已拼好的下节套箱用2台吊车吊起,拆除套箱范围内的 拼装平台(包括钢管桩在内 ) , 安设导向架。 加内支撑,再检查各拼装缝和内支撑的位置、 交叉点连接, 以及套箱的垂直度情况是否满足要求。如都达到要求,则准备套 箱就位,否则立即处理。 (4)套箱下沉: 套箱下沉采用2台吊车同时起吊下沉,将钢套箱吊起后, 将平台中间套箱下沉位置割除,然后下沉套箱。 施工期间,水流产生的推力大而使套箱就位困难,采用插 打定位导向桩(或导向架)。 套箱下沉入水后,流水压力将使套箱向下流移动并倾斜, 062 西 部 探 矿 工 程 aug. 2006 no. 8 故套箱往上游略偏移一定距离(偏移量与施工期间的水流、 水位 有关)下沉,等接近河床时再调整到设计位置并迅速沉落到河床。 套箱在落到河床前,由潜水工再沿套箱四周整平河床。待 套箱就位后,若基岩有低凹处,采用装石麻袋垫平,支垫密贴,防 止封底砼外溢。 在套箱下沉至河床面后,保证基底满足封底砼厚度1. 0m 的要求,砂卵石层采用砂石泵吸除。基底由潜水工水下清理平 整。清理范围比承台大1m以上。 (5)套箱封底:套箱就位后,检查其位置、 垂直度均满足要求 后,立即进行水下封底砼施工。 用钢轨、 方木和木板在套箱上搭设一个灌注砼的平台,备 好足够的内径为300mm的导管和漏斗。 封底砼采用c25砼,拌合中掺加早强剂,保证其3d砼强 度达到设计强度的90 %以上。 封底砼灌注从套箱的一侧向另一侧推进,并用测深锤检 测砼面的标高,一个地方达到设计标高后,可将导管移到另一个 地方,砼面的高度控制在0. 1m的误差范围内,采用竹竿等将砼 面大致平整。 封底砼灌注必须一次性灌注完成,中间不得间隙、 停顿,特 别要检查套箱4个角和边上及桩身砼灌注到位。 (6)套箱抽水: 在灌注封底砼过程中及封底砼结束后24h之内,要保持箱 内外的水位一致,特别是在水位涨落时及时采取补水、 降水措施, 以防止封底砼渗水。 3d后,待封底砼达到设计强度的90 %以上后,抽去套箱内 的水,抽水要缓慢进行,边抽水边观察套箱是否变形,如有变形要 停止抽水,适当增加内支撑。 箱内水排干后,割除护筒,凿除桩头砼,施工承台。 套箱抽水时,若不能抽干渗水,采取在封底砼表面设置盲 沟,在套箱角设置积水坑抽干水。 (7)承台结构施工: 清基、 封底砼凿毛。 套箱内的水排干后,立即进行护筒割除。用风镐和人工凿 除桩头砼,并清洗干净。 将封底砼上面的淤泥、 浮碴等杂物全部清除干净。 封底砼表面用人工修凿凿毛,凿毛深度控制在1cm ,并将 松散砼清除、 冲洗干净。 模板:利用套箱内壁作模板,套箱内支撑钢管若与承台钢 筋位置有冲突,可适当调整钢筋的位置。若钢管与墩身埋入筋冲 突,则须替换支撑,保证墩身埋入筋的位置满足设计要求。 承台钢筋施工。 钢筋按设计尺寸弯制、 加工,加工的钢筋分类编号分开存 放。 将加工好的钢筋用船或平板车运至施工现场,用吊车分 类吊到平台上。 绑扎的基本顺序:由下而上,先四周后中间,先骨架筋后构 造筋,埋入筋与骨架筋配合进行。 布置循环冷却管:本桥施工承台尺寸按9m9m3. 5m , 砼达283. 5m3,因此承台砼施工属大体积砼施工,为降低砼的温 度,采用3层循环水冷却散热的方式,循环水通过预埋水管解决。 水管选择 40且传导热性能好的材料制作而成,布置在承台的 中下、 中部、 中上3个位置,固定时采用绑扎的方式。布置好后, 仔细检查,有破漏管时及时处理,避免灌注砼时砼浆液进入管中。 循环管的进出口设在承台的顶面以上。在没有施工以前,将管口 堵上,避免杂物进入。 ? 人孔布置:用乙炔将已绑好的承台顶部钢筋网切割成 80cm80cm的人孔,利于砼施工时捣固人员操作。待承台砼接 近顶面时,在将其恢复,人孔位置避开关键部位。 6 承台砼施工 钢筋绑扎完后,检查钢筋是否齐全,编号有无遗漏,支架垫块 是否合格牢固,保护层厚度绑扎的钢筋能否抵御浇筑和振捣施 工位移;连接是否符合要求,各主筋位置是否正确,尺寸是否