锚墩预施拉力精确定位钢吊箱围堰施工技术.pdf

6 桥梁建设 2 0 0 7年第 2 期 文 章编号 ： 1 0 0 3 4 7 2 2 ( 2 0 0 7 ) 0 2 0 0 0 6 0 4 锚墩预施拉力精确定位钢 吊箱 围堰 施工技术 余巧 宁 ， 张红心 ， 邓永锋 ( 中铁大桥局集团第五工程有 限公司， 江西 九江 3 3 2 0 0 1 ) 摘 要 ：武汉天兴洲公铁两用长江大桥 2号主塔墩基础 大型钢 吊箱 围堰采用工厂整体制造 ， 下河 浮运 至墩 位 ， 利 用锚 墩施 加预 拉 力精 确 定位 的施 工新 工 艺。钢 吊箱 围堰 同时 用作 钢护 筒插 打 导 向架 、 钻 孔桩施 工平 台及 承 台施 工 的防水 围堰 。本 项新技 术 可运 用于水流 方 向 多变、 水位 变化 大 的 河段 及近 海跨 江跨 海特 大型桥 梁深 水基础 钻孔 桩及 高桩 承 台施 工 。 关键词 ： 桥 梁基础； 钻孔灌注桩 ； 围堰； 施工方法； 施工工艺 中 图分类号 ： u4 4 5 5 5 6 文献标 识码 ： a co n s t r u c t i o n te c h n i qu e f o r ac c u r a t e l y po s i t i o n i n g s t e e l bo x e d co f f e r d a m b y pr e te n s i o ni ng a t anc h o r pi e r s he q i a o n i n g， z ha ng ho n g x i n， d eng l o n g f e n g ( th e 5 t h en g i n e e r i n g c o 。l t d ，ch i n a z h o n g t i e ma j o r br i d g e en g i n e e r i n g gr o u p，j i u j i a n g 3 3 2 0 0 1，ch i n a ) ab s t r a c t ：th e n e w c o n s t r u c t i o n t e c h n i q u e a p p l i e d t o t h e h u g e s t e e l b o x e d c o f f e r d a m f o r f o u n d a t i o n o f p y l o n p i e r no 2 o f w u h a n ti a n x i n g z h o u ch a n g j i a n g ri v e r ra i l c u m ro a d b r i d g e wa s t o f a b r i c a t e t h e c o f f e r d a m i n i n t e g r i t y i n wo r k s h o p，s h i f t i t d o wn t o r i v e r a n d f l o a t i t t o t h e p i e r s i t e whe r e i t i s t he n a c c ur a t e l y po s i t i o ne d b y p r e t e n s i on i ng a t t he a nc ho r pi e r the c of f e r d a m c ou l d b e c o n c u r r e n t l y s e r v e d a s a g u i d i n g f r a me f o r s e t t i n g a n d d r i v i n g b o r e d p i l e s t e e l c a s i n g s ，a wo r k i ng p l a t f o r m f or c o ns t r uc t i o n o f bo r e d p i l e s a nd wa t e r r e t a i n i ng f a c i l i t y f o r c on s t r u c t i o n of p i l e c a p the c o n s t r uc t i on t e c hni q u e i n qu e s t i on i s a pp l i c a b l e t o t h e r i v e r r e a c h whe r e wa t e r c u r r e nt d i r e c t i on s a n d wa t e r l e v e l s a r e v a r yi n g a nd t o t h e c on s t r u c t i on o f b o r e d p i l e s a n d e l e v a t e d p i l e c a p s f o r d e e p wa t e r f o u n d a t i o n s o f ma j o r b r i d g e s o v e r r i v e r a n d s e a i n t h e o f f s h o r e a r e a ke y wo r ds ： br i d ge f o un da t i o n； bo r e d p i l e； c o f f e r da m ； c o ns t r uc t i o n m e t ho d； c on s t r u c t i on t e c hn o l o gy 1工程概 况 武汉 天兴洲 公铁 两用 长江 大桥主 桥为 ( 9 8 +1 9 6 +5 0 4 +1 9 6 +9 8 )m 双塔三索面三 主桁斜拉桥。2 号主塔墩位于长江主河槽北侧。基础为 3 2根声 3 4 o m钻孔灌注桩。钻孔桩布置为行列式 ： 横桥 向8排 ， 纵桥向 4排。承台平面为矩形 ， 承 台长 5 3 4 m， 宽 2 7 0 m， 高 6 0 m。 墩位处河床高程一般为一1 3 9 +4 7 0 m； 第 四系覆盖层主要由砂类土构成 ， 总厚度 2 5 3 0 m， 岩面高程在一2 4 7 o 一2 8 2 o m之 间， 基岩以胶结 砾 岩为 主 。 1 0年一 遇 的洪 水 位 + 2 5 2 3 2 m， 低水 位 + 1 3 3 0 2 m， 水流 方 向和桥墩 成 5 。 。 2 号主塔墩基础采用双壁 钢 吊箱围堰 法施工。 双壁吊箱围堰呈矩形 ， 长 5 7 6 o m、 宽 3 1 2 o m， 高 1 4 5 m； 围堰 双壁厚 2 0 m， 内设 底 隔舱 ， 底 隔 舱 高 4 5 m， 浮运总重 2 1 5 o t ， 自浮状态 的吃水深度 2 6 m。围堰在距桥位下游 1 k m左右的武汉江南船厂 收稿 日期 ： 2 0 0 7 0 2 2 7 作者简介 ： 余巧宁( 1 9 6 5 一) ， 男， 工程师 ， l 9 8 9年毕业于大桥局 职工大学桥梁专业 。 维普资讯 锚墩预施拉力精确定位钢 吊箱围堰施工技术 佘巧 宁 ， 张红心 ， 邓永锋 7 制造 。用拖轮组将 围堰整体浮运至墩位处 ， 采用锚 墩定位技术进行定位锚 固。 锚 墩 定 位 系统 由设 在 墩位 上 、 下游 的 4个 锚 墩 及预应力张拉装 置组 成 ， 见 图 1 。锚墩采用 钢管桩 群桩基础 ， 钢筋混凝土承台 ， 承台顶面布置预应力张 拉 装置 。 】 2 0 8 0 图 1 锚 墩 定 位 系 统 单位 ：0 1il 2 锚 墩定 位 系统 的设计 和 施工 2 1 锚墩定位系统的设计 锚墩定位系统由锚墩结构部分 和张拉定位部分 组 成 。锚墩 结构 部分 包括 钢 管桩基 础 和钢 筋混 凝 土 承台； 张拉定位部分为承台顶埋设的预埋件 、 张拉设 备 、 牵引杆、 万向节及连接锚墩和围堰的预应力钢绞 线等。承台顶面作为定位系统操作平台。 根据 吊箱 围堰结构尺寸 、 不同工况下 围堰的吃 水 深度 、 所处 水域 的水 流 速度 和方 向 、 当地 的风 压情 况 ， 计算 出各 工况 下 吊箱 围堰 所 受 水 流 的 冲击 力 及 风 载 。 由计算 出来 的最大 外力 以及 锚 墩处 河床 的地 质情况 ， 来确定锚墩钢桩桩径 、 数量 、 倾斜 度和人 土 深度 。根据吊箱 围堰结构尺 寸、 浮运围堰 所需空 间 及 围 堰 所 形 成 的 冲 刷 坑 的 范 围 确 定 锚 墩 的 平 面 位 置 。 张拉定位部 分采用 1 5 2 4的预应力 钢绞线 。 根据 计算 出来 的 最 大 反力 ， 以 及 预 施拉 力 大小 来 确 定钢绞线根数 。 2 2 锚 墩定 位 系统施 工 主要 流程 锚墩钢管桩制造一打桩船的定位一钢管桩插打 一 锚墩 承 台施 工 ( 承 台顶埋 设 预埋 件 ) 一 张拉 定 位装 置安装 ， 见 图 2 。 图 2锚 墩 定 位 系 统 3 钢吊箱围堰的设计、 制造及下河 3 1 双壁吊箱围堰的设计 根据承台的平面形状 ， 将 围堰设计成双壁 的壳 体结构。围堰的高度 由承台施工时的最大防水水位 确定 。围堰 由侧 壁、 底板 、 底 隔舱、 内支架、 吊杆系 统 、 钢 护 筒插 打定 位 系统 、 围堰升 降系 统和拖 带 系缆 装置等部分组成 。围堰侧壁采用双壁簿壳结构 ， 双 壁厚度及壁板厚度根据侧壁的受力及所能提供的浮 力情 况计 算确 定 ， 为有 利 于 围堰 的升降 、 便 于施工 中 调节围堰的垂直度 、 确保围堰的施工安全， 围堰侧壁 被 分成 多 个彼 此互 不 连通 的 隔舱 。围堰 底板 预 留钻 孔 桩施 工 孔位 ， 为 增强 底板 强度 和 刚度 、 减小 浮运工 况下 的吃 水深 度 ， 在 围堰底 板 上 设 置 了不 透 水 的底 隔舱。围堰内支架 为空间桁架结构 ， 在钻孔桩施工 阶段作为钻孔施工平台， 在围堰 内抽水后 ， 浇筑承台 时则主要承受围堰侧壁传来 的水压力 ； 吊杆系统设 计 为空 间杆 系结 构 ， 主要 用 于承 受 水 下 封 底 混 凝 土 的 自重 及增 加底 板 强 度 和 刚 度 ； 围堰 底 板 上 设 有 固 定及活动下导环， 在 内支架顶 面设有 固定及活动上 导 环 ， 该 上 下 2套 导 环组 成 钢 护 筒 插 打 时 的 定 位 导 向系统 ； 围堰升降系统是利用 已成桩 的钢护筒作为 支点 ， 在钢护筒顶安装围堰升降装置 ， 结合 围堰的 自 浮 功能 ， 实 现 围堰 的升 降调 整 ； 拖 带 系缆装 置 主要用 于和预应力钢绞线拉缆连接 ， 与锚墩一起实现围堰 的定 位 及 围堰 浮运 时 和拖轮 的连 接 。 3 2 围堰制造 由于 围堰结构庞大 ， 在工厂制造时借鉴船体的 制造方法 ， 先由板单元组拼成立体单元 ， 由立体单元 组拼成 围堰整体 。围堰 整体拼装在 支撑小车上进 行 ， 以方便围堰 的纵横移动。围堰组拼时建立独立 坐标系 ； 用相对高程控制点检查 围堰制造时的台座 平整度 ； 在整个制造过程 中严格测量控制围堰的轮 廓尺寸 、 桩位 、 上下导环的位置、 上下导环的同心度、 围堰 的理 论纵 横轴 线及 围堰顶 部4 个 角点 的相对 锚一， f_ ， i i v 9 z。 维普资讯 8 桥梁建 设 2 0 0 7年第 2期 高程 。 围堰制造按照下列顺序进行 ： 底板龙 骨加工制 造一底板的制造一下导环制造、 拼装一底隔舱制造 、 拼装一侧板制造 、 拼装一 内支架制造一上导环拼装 一 附属构件 ( 法兰 、 拖带系缆装置 、 剪力钉) 安装。制 造完成的围堰见图 3 。 图 3制造完成的围堰结构 3 3 围堰下 河 钢 围堰整体制造成型后 ， 用台车从制造场地横 移至下河边缘， 借用船体下水的一般方法， 采用斜船 架法将整体钢围堰下放到水 中， 见图 4 ， 钢围堰在水 中 自浮后， 利用拖轮将围堰浮运到墩位处。 图 4用 斜 船 架 通 过 滑 逼 下 水 3 4 围堰浮运及初定位 3 4 1 浮运前的准备工作 ( 1 )钢吊箱设计时要充分考虑钢 吊箱在浮运拖 带施工过程中各个工况的受力 、 稳定及构造要求 ； 研 究拖轮合理的布置方式、 所需拖轮的总功率、 航道条 件 、 水流方 向及速度 、 行航航线等。 ( 2 )准备浮运定位所需机具设备 ， 并对用 于浮 运定位的所有机具设备的工作性能及运行状况进行 全面的检查、 检修 ， 确保其运转正常 ， 各连接部位安 全可靠。 ( 3 )在 4个锚墩承台上布置好张拉锚定装置和 用于围堰初定位钢丝绳拉缆的连接安装装置。 3 4 2 围堰浮运及初定位 围堰浮运见图 5 。用拖轮组将围堰从工厂停靠 码头拖运到墩位处 ， 并要求拖轮组将 围堰稳定在墩 位附近 ， 迅速在 围堰与锚墩之间安装i 临时拉缆 ， 并利 用i 临时拉缆对围堰进行初步定位 ， 将 围堰偏差控制 在 5 0 c m以内。围堰初定位完成 。 图 5围堰 浮 运 3 5围堰精确定位 3 5 1 锚墩定位系统安装 在 4个锚墩上各设 1台张拉千斤顶及配套的油 泵和压力表。各预应力钢绞线拉缆的一端通过万向 节与拖带系缆装置 固定 ， 另一端分别牵引至各锚墩 处与张拉牵引杆的牵引端通 过连接器连接， 然后将 牵引杆的张拉端与千斤顶安装 固定好 ， 见图 6 。 单位： 图 6定 位 体 系 转 换 3 5 2围堰调整 3 ， 5 2 1 步骤一 ： 利用初定位临时拉缆 ( 钢丝绳) 对 围堰做 初 步调整 ( 1 )围堰标高 的调整。测量 围堰的标高， 根据 测量结果确定调整方向， 通过 向底隔舱注水将 围堰 顶的标高偏差控制在 3 0 mm以内。 ( 2 )围堰平面位置的调整 。利用初定位卷扬机 滑车组牵引临时拉缆 ， 控制围堰平面位置偏差不大 于 3 0 c m 。 维普资讯 锚墩 预施 拉力精 确定 位钢吊箱围堰施工技术 佘巧宁 ， 张红心 ， 邓永 锋 9 3 5 2 2 步骤二 ： 利用钢绞线对围堰做精确定位 根据当时水位、 流速 、 以及所设的预拉力大小等 条件计算各拉缆 的张拉力大小。 ( 1 )临时拉缆定位 向张拉钢绞线定位转换 。在 4个锚墩上同时对称缓慢 、 均匀地张拉上层拉缆 到 初应力后 ， 放松临时拉缆 ， 将围堰的定位由卷扬机滑 轮组控制转到张拉钢绞线拉缆控制。 ( 2 )围堰精定位张拉调整 。 在 4 个锚墩上同 时对称缓慢 、 均匀地张拉上拉缆到 0 5倍设计拉力 值 ， 测量组实时监控张拉过程 中围堰的平 面位置变 化是否与理论 相符 ； 根据测量 的围堰平 面位置 ， 反算相应各锚墩处张拉千斤顶需要放张的尺寸以及 各拉缆所需最终张拉力 的大小 ； 根据计算结果 ， 对 各锚 墩处 千斤 顶 ， 按照 先放 后 张 的原则 进行 控制 ， 直至围堰达到理论定位要求 ； 采用同样方法张拉 围堰下层拉缆来调整 围堰的垂直度， 直至 围堰垂直 度 不 大于 1 2 0 0 0 。 4 钢 护筒 插打 及钻 孔桩 施 工 4 1 钢护 筒插 打施 工 围堰 依靠锚墩定位 系统精确定位后 为浮态结 构， 围堰的空间位置受水位变化的影响 ， 应及时插打 钢护筒， 将围堰的浮态体系转换成 固结体系。 首先 同时插打围堰两对角的定位钢护筒 ， 插打 利用 围堰底 板 上设 有 的活动 下导 环 及 内支架 顶 面设 有的活动上导环组成 的定位导 向系统 ， 调节钢护筒 的平面位置及垂直度 ； 钢护筒坐床前再次检查 围堰 的平面位置及钢护筒 的平面位置和垂直度 ， 钢护筒 靠 自重快速坐床后采用振动打桩机及时将钢护筒插 打到设计标高， 再次按上述 办法插 打另外 两对角钢 护筒 。四角的钢护筒插打完成后马上在钢护筒上安 装围堰挂桩装置 ， 围堰灌水微量下沉后座落到围堰 挂桩装置上 ， 围堰完成 由浮态体系向固结体 系的转 换 ， 围堰平面定位完成 。利用钢护筒定位 导向系统 继续插打剩余 的钢护筒。 4 2 钻 孔桩 施 工 利用围堰顶 面作 为钻孔桩施工平 台( 见 图 7 ) ， 平 台上 布置 钻 机 、 空 压 机 、