钢板桩围堰冬季施工---可复制黏贴 优秀毕业论文.pdf

分类号 t u 2 7 9 7 1 0 7 1 0 2 0 0 7 8 1 0 2 壤步犬海 工程硕士学位论文 导师姓名职称 申请学位级别 论文提交日期 学位授予单位 钢板桩围堰冬季施工 谭斌 胡大琳教授 答辩委员会主席 学位论文评阅人 王建华教授 赵平教授王春生教授 j i 一 口 删黜 s t e e ls h e e tp i l ec o f f e r d a mc o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g yi nw i n t e r ad i s s e r t a t i o ns u b m i r e df o r t h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e t a nb i n s u p e r v i s o r p r o f h ud a l i n c h a n g a nu n i v e r s i t y x i a n c h i n a l b 姒 一 论文独创性声明 本人声明 本人所呈交的学位论文是在导师的指导下 独立进行研究工 作所取得的成果 除论文中已经注明引用的内容外 对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果 本声明的法律责任由本人承担 癣 莎o1 1 年e 时急b 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品 知识产权归属学 校 学校享有以任何方式发表 复制 公开阅览 借阅以及申请专利等权 利 本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时 署名单位仍然为长安大学 保密的论文在解密后应遵守此规定 论文储魏葬氐沙 年d 膨日 i 铷獬 铂硎秒驯刨月5 1 l l 誊 h 摘要 钢板桩围堰是水下承台 水下墩 台 身施工时最常见的防水围堰形式 它既能 够作为封底混凝土的模板 也能和封底混凝土共同起到防水作用 钢板桩可以按照截 面形式进行分类 主要包括平型钢板桩 槽型形钢板桩及z 型钢板桩 截面尺寸和连 锁的型式各有不同 就起本质上讲 钢板桩就是一种带有锁口的型钢 在工程施工经 常使用的有英国生产的然生型钢板桩 美国生产的拉克万纳型钢板桩 德国生产的拉 森型钢板桩 日本制铁株式会社生产的会社型钢板桩等 采用钢板桩围堰施工的优点 主要体现在以下几个方面 一是钢板桩强度高 能够打入坚硬的土层中 二是可以在 深水中进行承台 墩 台 身施工 和支撑结构形成一个整体成为一个围笼 三是防 水性能好 尤其在粘土层的深水河床桥梁基础施工时 也可以不进行水下作业 四是 截面形状组合多样 插打 拔桩较为容易 回收率高 能够周转 重复使用 目前国 内外钢板桩围堰技术应用十分成熟 但对钢板桩围堰冬季施工技术还处于起步阶段 没有成型的文献报道 哈尔滨松浦大桥主塔承台基础位于松花江江中水下 为保证按期通车 承台须在 冬季施工完成 该承台处水深约5 m 江面冰冻层l m 冬季水中钢板桩围堰及封底混 凝土浇筑施工方案的成功应用 为主塔按时封项 全桥按期竣工赢得了战机 结合哈 尔滨市松浦大桥主桥主塔基础的施工实例 对寒冷地区冬季水中钢板桩围堰及水下混 凝土封底施工进行研究 关键词 寒冷地区 水中 钢板桩围堰 a b s t r a c t s t e e ls h e e tp i l ec o f f e r d a mi st h em o s tc o m m o n l yu s e da sas h e e tp i l ec o f f e r d a m w i t ha l o c k i n gs t e e ls h e e tp i l ei sas t e e l t h ec r o s ss e c t i o no f t h ec a n d yb a r s h a p e d z s h a p e dt r o u g h a n ds oo n av a r i e t yo fs i z e sa n dc h a i nf o r m c o m m o na r el a r s o n t y p e t y p e a n ds o l a c k a w a n n a i t sa d v a n t a g e s h i g hs t r e n g t h e a s yt ob r e a ki n t ot h eh a r ds o i l c o n s t r u c t i o ni n d e e pw a t e r i f n e c e s s a r y a d dar a m pa r o u n dt h ec a g es u p p o r t w a t e r p r o o f p e r f o r m a n c e t o f o r mv a r i o u ss h a p e s 嬲n e e d e dc o f f e r d a m a n dc a l lb er e p e a t e d l yu s e d t h e r e f o r e i ti sw i d e l y u s e d s t e e ls h e e tp i l ec o f f e r d a ma th o m ea n da b r o a di sv e r ym a t u r et e c h n o l o g y b u tt h es t e e l s h e e tp i l ec o f f e r d a mc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g yi nw i n t e rs t i l li ni t si n f a n c y t h e r ei s1 1 0 f o r m a t i o nr e p o r t e di nt h el i t e r a t u r e h a r b i ns o n g p ub r i d g et o w e rp l a t f o r mb a s e di nt h es o n g h u ar i v e rw a t e r t oe n s b r et h e s c h e d u l e do p e n i n go fc a pc o n s t r u c t i o nt ob e c o m p l e t e di nt h ew i n t e r t h ec a p a tt h ed e p t ho f a b o u t5m e t e r s 1m e t e rl a y e ro ff r o z e nr i v e ri nw i n t e rt h ew a t e ra n db a c ks t e e ls h e e tp i l e c o f f e r d a mc o n c r e t ep l a c e m e n ti nt h es u c c e s s f u la p p l i c a t i o no ft h ep r o g r a m b a s e do nt i m e a n dc a pt h et o w e l c o m p l e t e di nf u l lb r i d g ew o nt h ep l a n e so ns c h e d u l e w i t hh a r b i n m a t s u u r ab r i d g et o w e rf o u n d a t i o nc o n s t r u c t i o nm a s t e ri n s t a n c e t h ew a t e ri nw i n t e rt oc o l d s t e e ls h e e tp i l ec o f f e r d a n la n dc o n s t r u c t i o no fu n d e r w a t e rc o n c r e t eb a c kt os t u d y k e y w o r d s c o l dr e g i o n s i nt h ew a t e r s t e e ls h e e tp i l ec o f f e r d a m 摘要 a b s t r a c t 目录 i i j 录 i i i i i l 绪论 i 1 1 课题背景 1 1 2 国内外研究现状 l 1 3 寒冷地区钢板桩围堰施工的特点及关键技术问题 2 1 4 论文主要研究内容 3 2 工程简介 4 2 1 工程概况 4 2 2 技术标准 6 2 3 建设大桥的意义 7 2 4 工期要求 7 3 主要施工工艺 8 3 1 承台钢板桩围堰 封底混凝土 8 3 2 施工进度计划及人员 材料 机械计划表 8 3 2 1 施工进度计划保证措施 8 3 2 2 劳动力使用计划 9 3 2 3 机械设备使用计划 9 4 冬季施工措施 1 1 4 1 临时工程 1 l 4 2 热工计算 1 2 4 2 1 暖棚设施 12 4 2 2 混凝土拌制热工计算 1 3 4 2 3 锅炉选用热工计算 l5 4 2 4 封底混凝土冬季施工保温措施 18 5 钢板桩围堰施工工艺 2 0 5 1 冬季施工钢板桩施工工艺流程 2 0 5 2 准备工作 2 0 5 3 首根钢板桩的打入方法 2 2 5 4 其他钢板桩的吊运及插打 2 2 5 5 闭合桩的打入 2 3 5 6 固导向架 2 4 6 封底混凝土施工工艺 2 5 6 1 破冰清淤 2 5 6 2 封底混凝土厚度评价 2 5 6 3 灌注封底混凝土 2 6 6 4 热交换后对封底混凝土强度增长的影响 2 7 7 钢板桩围堰承台施工的技术措施 2 9 7 1 施工技术准备 2 9 7 2 承台钢筋 模板 2 9 7 3 混凝土浇筑 3 0 7 4 大体积混凝土的养护 3 1 7 5 承台大体积混凝土防裂措施 3 2 8 质量 安全 文明施工及环境保护措施3 5 8 1 质量保证措施 3 5 8 2 安全保证措施 3 5 8 3 文明施工措施 3 7 8 4 环境保护措施 3 8 结论 参考文献 4 0 4 l 攻读学位期间发表的学术论文 致谢 个人简历 4 3 4 5 长安大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 课题背景 钢板桩围堰是最常见 也是经常使用的一种围堰形式 适合在深水 深基坑 中水流速度大的沙土 黏性土 碎 砾 石及风化岩石的坚硬河床中使用 它是 一种带有锁口的型钢 其优点是 强度高 重量轻 防水性良好 插打方便 拔 除容易 能够缩短工期 回收率高 节约施工成本 互换性良好 能够最大限度 地保护环境 减少基础开挖的土方量 符合国家关于保护土地资源 节约寸土的 基本国策 钢板桩能够打入较为坚硬的河床 其截面形状也具有较大的选择空 间 钢板桩包括钢制桩身 接头结构 按其截面形式分为平型钢板桩 槽型形钢板 桩及z 型钢板桩 常见的锁口形式有阴阳锁口 环形锁口 套型锁口 它们各具特 点 例如阴阳锁口联结灵活 能够转角 但防渗性较其他两种锁口形式差 钢板桩的应用条件 对于永久性结构 码头 堤防护岸 挡土墙 防波堤 导流堤 系船桩 修船所 闸门 基础加固 防止冲刷 隔水墙等 对于临时结 构物 封山 临时护岸 断流 临时假岛 建桥围堰 大型管道铺设临时沟渠开 挖的挡土墙等 对于救灾抢险 防洪 塌方 塌陷 流沙等 1 2 国内外研究现状 钢板桩最早应用于欧洲 日本于1 9 0 3 年在修建三井本馆的挡土墙时引进 时 隔2 0 年之后 又在关东大震灾恢复重建施工中广泛使用 基于钢板桩在使用上带 来的技术经济方面的效益 也看到钢板桩巨大的市场前景 日本1 9 3 1 年开始自行生 产钢板桩 钢板桩按生产工艺可以分为冷弯薄壁轻型钢板桩和热轧型钢板桩 由于 冷弯薄壁轻型钢板桩在生产加工 实际应用过程中都带有很大的局限性 所以 1 绪论 热轧型钢板桩便 取而代之 成为钢板桩品种的主打产品 钢板桩在我国工程施 工应用起步较晚 2 0 世纪5 0 年代初 我国的铁道部大桥局首次从前苏联进口 使 用上仅仅局限在铁路桥的墩 台 基础围堰施工 当时国内还不能生产钢板桩 因此 初期的发展及其缓慢 改革开放以来 我国的经济得到了迅猛发展 各个 领域都取得了长足进步 建设工程施工领域也不例外 各类方便快捷 节能高 效 利于环保的建筑工法得到了更加广泛的应用 2 0 世纪末 我国的钢板桩已经 应用于水利工程 港口与航道工程 公路与桥梁工程等基础设施建设领域 国内 企业已经能够自行生产加工钢板桩 填补了国内空白 目前 钢板桩的广泛应用必 将迎来中国水工及深水基础施工的新纪元 为中国建筑工程施工书写新的篇章 钢板桩桥梁施工中常作为沉井基础 管柱承台 桩基承台及明挖基础的防水 围堰 既构成了灌注封底混凝土的模板 同时也和封底混凝土起到共同防水的作 用 钢板桩围堰结构分为单壁式和双壁式两种 在大多数情况下钢板桩围堰多采 用单壁式 内部设置横向支撑 纵向支撑 必要时可以增加加斜支撑 特殊情况 下 当水深和水流速度较大是必须采用双壁式钢板桩围堰结构 我国的南京长江 二桥的管柱基础使用的就是圆形截面钢板桩围堰 堰体直径约为2 2 o m 钢板桩 长度可达3 6 m 截面尺寸及锁口形式多样 水利工程施工过程中 一般施工面积很大 可以分成多个互相联结的单体结 构 虽然围堰占地面积较大 但每个单体都能单独发挥作用 具有一定的抵抗倾 覆 滑动 防止锁口处被拉裂 1 3 寒冷地区钢板桩围堰施工的特点及关键技术问题 寒冷地区施工的特点 钢板桩的破冰插打及钢板桩间的连结必须在外界温 度一3 0 江面冰层达l m 厚的条件下完成 通过蓄热保温大棚使封底混凝土的搅 拌 运输 入模 养生温度达到规范规定的标准 2 长安大学硕士学位论文 寒冷地区施工的关键技术问题 做好破冰工作 破冰后采用循环水保证水体 不再结冻 同时对保温棚进行加温 做好各项保温措施和控制好混凝土出罐和入 模温度 重点控制保暖大棚的搭设 输送管道的铺设和保温 减少热量的散失 保证大棚内的温度 注意控制各种混凝土原材料的温度 骨料在浇筑前进行保温 预热 确保暖棚温度不得低于5 确保混凝土出罐温度大于i o c 确保混凝土 入模温度大于5 1 2 同时做好冬季施工的安全防火工作 1 4 论文主要研究内容 钢板桩围堰的围水方式是水中基础施工重要的临时性结构形式 是保证桥梁 基础及下部构造施工的关键环节 难点是钢板桩围堰在江中冬季施工 并且在零 下3 0 温度下成功浇筑水下封底混凝土在国内还没有先例 哈尔滨市松浦大桥主墩承台属大体积混凝土 为确保大桥2 0 1 0 年末完工 主 塔承台及下塔柱必须在2 0 0 9 年4 月完成 在研究后 决定对主塔承台钢板桩围堰 及封底混凝土进行冬季施工 在对国内外钢板桩围堰调研的基础上 采用先进的 结构分析手段 将传统的重力式支护体系改变为单壁钢板桩加钢支撑体系 通过 对钢板桩接缝渗透的分析 采用合理的支护结构 节省了围堰用钢量 采用标准 和重量轻的钢构件组成 便于安装及施工控制 降低了施工难度 支撑采用 角 撑 对撑 结合 为承台施工预留了很大的空间 同时对冬季施工封底混凝土进行 专项设计 使其满足工况要求 现结合哈尔滨市松浦大桥的施工实例 论述寒冷地区冬季水中钢板桩围堰及 水下混凝土封底施工 2 工程简介 2 工程简介 2 1 工程概况 哈尔滨地处东北亚中心位置 被誉为欧亚大陆桥的明珠 是第一条欧亚大陆桥和空 中走廊的重要枢纽 哈尔滨境内的大小河流均属于松花江水系和牡丹江水系 降水主要 集中在6 9 月 全年平均降水量5 6 9 1 m m 气候属中温带大陆性季风气候 冬长夏短 有 冰城 之称 哈尔滨位于最北端 是我国纬度最高 气温最低的大都市 四季分 明 冬季漫长寒冷 而夏季则显得短暂凉爽 哈尔滨的集中降水期为每年7 至8 月 集中降雪期为每年1 1 月至次年1 月 年平均 温度3 6 c 最冷的1 月份 平均气温为零下1 3 2 1 2 至零下2 4 8 c 最热的7 月份 平 均气温为1 8 1 至2 2 8 c 3 5 月份为春季 易发生春旱和大风 气温回升快而且变 化无常 升温或降温一次可达1 0 左右 6 8 月份为夏季 炎热湿润多雨 7 月份平均 气温1 9 2 0 2 最高气温达3 8 平均降水量占全年的6 0 7 0 由于降水集中 间有暴雨 易发生洪涝灾害 9 1 1 月份为秋季 降雨明显减少 昼夜温差变幅较大 9 月份平均气温为1 0 1 2 1 0 月份北部地区已到o c 南部地区2 4 1 2 1 2 次年2 月份 为冬季 漫长而寒冷干燥 雪覆大地 1 月平均气温零下1 5 1 2 零下3 0 最低气温曾 达零下5 2 3 哈尔滨市松浦大桥工程位于哈尔滨市道外区二十道街至松北区永胜路轴线上 路线 起点为道外南勋街与二十道街交叉口 路线终点为利民镇永胜路 路线全长约为 3 5 k m 桥位处有江心岛将河道分为南北两汉 南汊为主航道 北汊为主要泄洪江道 本项目由主通航孔独塔斜拉桥一座 辅通航孔连续梁桥一座以及江心岛上桥梁 岸上引 桥 匝道桥等组成 本项目第二标段由南岸跨越大堤引桥 2 x 5 6 m 主通航孔独塔斜拉桥 4 7 6 m 江 4 长安大学硕士学位论文 工程名称结构形式 跨径组合 m 长度 m 桥面宽度 m 主通航孔为独塔双索面漂浮 纵向约束体系叠合梁斜拉桥 主跨2 6 8 m 跨径组合 为 2 6 8 m 2 0 8 m 主梁为钢混叠合梁 主塔为钻石形桥塔 上塔柱截面为空心双室箱型 截面 中塔柱为双肢空心单室截面 高1 6 0 2 2 1 m 主桥共5 4 对斜拉索 呈空间双索面 扇形布置 双向8 车道 桥宽3 9 5 m 主塔承台长6 0 2 1 8 m 宽1 9 m 高5 m 为大体积 混凝土 主塔钻孔桩共计2 5 根 桩径2 o m 2 5 m 桩长9 6 1 5 m 其中2 5 m 桩径 4 1 1 5 m 2 0 m 桩径5 5 m 大桥两侧各设2 m 宽的人行道 桥下净空可满足松花江三级航 道通行需要 具体见图2 1 5 f c 蓍一岫挫挈 幢小岂 遵咀血哇山 硼 1 俪3卜 一 手翮 一 甭硼 葡高 刚 8 j 鲤 立攀 善圆 廷 避 2 2技术标准 图 哈尔滨松浦大桥主桥桥型布置图 1 公路等级 城市快速路标准 2 设计车速 3 荷载等级 桥梁结构荷载标准 采用城 a 级 4 桥梁宽度 大桥宽 双向八车道 5 设计最高通航水位 黄海高程 6 设计洪水频率 主桥 引桥 7 地震烈度 度 按地震基本烈度 度设防 8 通航标准 通航净空满足三级航道通航要求 净宽 净高 设计最 高通航水位 黄海高程 9 船舶撞击力 纵桥向 横桥向 l 6 长安大学硕士学位论文 1 0 设计冰压力 1 0 0 年一遇4 0 6 5 0 k n 2 0 年一遇 2 3 5 0 0k n 1 1 设计使用年限 1 0 0 年 2 3建设大桥的意义 松浦大桥是目前松花江流域上工程规模最大 工艺最复杂 科技含量最高 结构形 式最新颖的特大型跨江桥梁工程 该桥的施工建设具有作业地域条件复杂 工艺流程多 样 交叉点多 有效作业时间短 雨季影响较大的特点 松浦大桥建成后 将对哈尔滨市城市今后发展产生重大而深远的影响 将进一步完 善城市整体功能布局 促进城市产业和商业业态合理调整 形成均衡分布的城市过江通 道格局 极大地缓解松花江现有过江压力 进一步完善城市路网并提高现有利用率 同 时大桥通至松北区后 将与哈大 哈依 哈绥公路紧密相连 构成江北地区重要的对外 贸易集散地 对推动哈市 北跃 南拓 中兴 强县 战略的实施具有重要意义 2 4工期要求 本项目的施工工期为2 0 0 8 年4 月2 0 日至2 0 1 0 年l o 月3 1 日 总工期9 1 4 天 由 于哈尔滨地区为寒冷地区 每年的施工工期仅为6 个月 即每年4 月2 0 日至l o 月2 0 日 松浦大桥项目工期为2 0 0 8 年5 月至2 0 1 0 年l o 月 跨越两个冬季 工期十分紧 张 主塔钻孔桩为2 5 根直径为2 0 m 2 5 m 长9 6 1 5 m 的大孔径 变截面超长桩 施 工完成时为2 0 0 8 年1 1 月2 6 日 松花江哈尔滨段已经进入结冻期 但根据施工进度要 求 为了保证按既定工期顺利竣工通车 决定对主塔承台钢板桩围堰及封底混凝土进行 冬季施工 主塔承台 长6 0 2 1 8 m 宽1 9 m 高5 m 位于松花江主航道江中 距离北 岸1 5 0 m 距南岸3 0 0 m 墩位处水深7 m 7 3 主要施工工艺 3主要施工工艺 3 1承台钢板桩围堰 封底混凝土 进场后 根据水下地质条件和实际水深 并结合承台设计高程 取消了原钢吊箱 施工方案 在主桥主塔承台采用了钢板桩围堰施工技术 主墩承台属大体积混凝土 为确保大桥2 0 1 0 年末完工 主塔承台及下塔柱必须在 2 0 0 9 年4 月完工 在认真研究后 决定对主塔承台钢板桩围堰及封底混凝土进行冬季施 工 在对国内外钢板桩围堰调研的基础上 采用先进的结构分析手段 将传统的重力式 支护体系改变为单壁钢板桩加钢支撑体系 通过对钢板桩接缝渗透的分析 采用合理的 支护结构 节省了围堰用钢量 采用标准和重量轻的钢构件组成 便于安装及施工控 制 降低了施工难度 支撑采用 角撑 对撑 结合 为承台施工预留了很大的空间 方便了施工 松浦大桥钢板桩围堰尺寸为6 2 5 m x 2 2 5 m 采用德国拉森4 0 0 1 a r s s e n l i a 4 0 0 型钢板桩 3 2施工进度计划及人员 材料 机械计划表 3 2 1 施工进度计划保证措施 为保证施工进度计划顺利实施 确保高质量 安全 按期完成施工任务 采取如下 保证措施 1 科学 合理地制定施工进度计划 统筹规划 资源配备合理 并随时调整计 划 使计划具有可操作性 2 加强对全体参战人员的思想教育 树立时间就是效益 进度就是信誉的思 想 以战斗姿态投入工程施工 3 加强各级领导 建立健全岗位责任制 签订承包责任状 以日计划保旬计 8 长安大学硕士学位论文 划 以句计划保月计划 确实保证各项工程按计划完成 4 深化企业内部改革 完善奖惩制度 使各作业班组劳动定额与工期效益挂 钩 充分调动每个施工人员积极性 5 加强宏观控制 重点工程重点突击 严格进行设备的配备和队伍的选择 在 人员 资金 物资 机械上优先保证重点工程施工 6 增加人力投入 确保整个施工中全天2 4 小时三班作业 7 抓好材料供应工作 确保材料供应满足施工需要 8 做好施工材料的检测工作 不能因此误工 3 2 2劳动力使用计划 表3 1 冬季施工劳动力计划表 3 2 3 机械设备使用计划 表3 2 主要施工机械设备计划表 9 3 主要施工工艺 表3 2 主要施工机械设备计划表 续 序机械或设备 型号规格 数量 使用时间 号名称 生产 备注 能力 4砼运输车8 m 362 0 0 8 1 0 1 5 2 0 0 9 0 2 1 88 m 3 5 运输船 3 0 t22 0 0 8 1 0 1 s 2 0 0 8 1 0 3 13 0 t 6 拖轮 12 0 0 8 1 0 1 湖0 0 8 1 0 3 l 7 交通艇 12 0 0 8 1 0 1 s 2 0 0 8 1 0 3 l 8 龙门吊 l2 0 0 8 1 0 1 湖0 0 8 1 0 3 l 自制 9 吊车 2 5 t22 0 0 8 1 0 1 5 2 0 0 9 0 2 1 8 1 0拌和站l2 0 0 8 1 0 1 5 2 0 0 9 0 2 1 8 1 1 搅拌机j s 5 0 0 2 2 0 0 8 1 0 1 s 2 0 0 9 0 2 1 8 1 2配料机22 0 0 8 1 0 1 5 2 0 0 9 0 2 1 8 1 3 水泵 1 0 2 0 0 8 1 0 1 5 2 0 0 9 0 2 1 8 1 4 浮吊 22 0 0 8 1 0 1 5 2 0 0 9 0 2 1 8 1 5 振拔机22 0 0 8 1 0 1 s 2 0 0 9 0 2 1 8 1 6移动模架套22 0 0 8 1 0 1 5 2 0 0 9 0 2 1 8 1 7锅炉套32 0 0 8 1 0 1 s 2 0 0 9 0 2 1 8 1 0 长安大学硕士学位论文 4 1临时工程 4冬季施工措施 主塔承台冬季施工临时工程建设增加如下 混凝土拌和站站及储料场暖棚l 座 主 塔承台暖大棚l 座 锅炉房2 座 热力输送管道2 套 供暖设施1 套 生活 生产 用 水运输设备 消防设施 临时输电线路 民工宿舍采取火炉取暖 食堂安设火墙及小锅炉 办公室室及职工宿舍采用电取 暖 增设用电专线 配有发电机等自发电设施 以保证停电后能够满足正常生产 生活 需要 搅拌站及料场建钢结构温室面积3 7 0 0 m 2 水泥罐采用棉毡包裹 锅炉房1 4 0 m 2 锅 炉房设置在辅助墩与边墩之间靠近边墩墩身处 以利于搅拌站料场 主塔承台大棚的管 线排设 主塔承台搭建钢结构暖棚 长 o m 宽2 4 m 占地面积1 9 2 0 平方米 混凝土拌和站设置2 个蓄水箱 蓄水箱容积为6 0 m 3 利用工业锅炉生产的蒸汽对 拌合用水进行加热 冬季施工场地平面布置图见图4 1 4 冬季施t 措施 图4 1 冬季施工场地平面布置图 4 2热工计算 哈尔滨地区的气候特点是冬季漫长 长达5 个月之久 气温较低 因此无法进行全 年施工 为了保证松浦大桥按期竣工 根据总体计划安排 进行主桥主墩承台的冬季施 工 施工期在2 0 0 8 年1 0 月下旬至2 0 0 9 年2 月 综合哈尔滨市多年的气象资料表明 哈尔滨市区1 1 月份的日平均气温为 6 左右 1 2 月份日平均气温为 1 6 1 月份日平 均气温为 2 0 1 2 2 月份日平均气温为 1 7 1 2 根据规范规定 当室外日平均气温连续5 天低于5 时 必须采取冬季施工措施 确保混凝土在冬季施工的质量 4 2 1暖棚设施 1 封底混凝土冬季施工总体方案 根据主塔承台的施工现场和封底混凝土施工的特点 施工时利用暖棚蓄热对结构混 凝土进行保温 工业锅炉输送蒸汽热拌混凝土等方法 从原材料入罐 混凝土拌合 输送 浇筑等各个环节上采取有力的保温措施 重 点是在混凝土拌和站 储料场 主塔承台基础搭建暖棚 长安大学硕士学位论文 混凝土拌合用水利用工业锅炉生产的蒸汽加热 承台暖棚设施利用热力输送管道 进行加热升温 集料加热采用地坑法加热 松浦大桥封底混凝土采用泵送混凝土 为了减少混凝土输送过程中的热量损失 直接和冷空气接触的输送泵管道都用防寒毡包裹起来 泵送混凝土前必须对管道进行预 热 2 混凝土生产区暖棚布置 混凝土生产区主要包括储料场和混凝土拌和站 两者相距不远 考虑合建一处暖 棚 暖棚占地面积为3 7 3 5 m 2 考虑到储料场需要进出自卸汽车 需要较大的空间以确 保卸料 储料场暖棚高度为6 米 混凝土拌和站暖棚高度为1 2 m 暖棚基础采用o 8 米 高的砖墙 砖墙外侧设置钢管立柱 钢管立柱中心距离为4 0 m 平联结构采用l 7 5 7 5 角钢支撑 形成整体框架结构 暖棚四壁裹覆两层棉毡 棉毡内外均用聚酯纤维布 密封 主要是为了防水 防潮 在暖棚内顶棚用贝雷桁片铺设 跨径1 2 m 排距 4 5 m 贝雷桁片满铺跳板 用两层棉毡布覆盖 棉毡布上下各铺一层聚酯纤维布做为防 水层 散装水泥罐四周用棉毡布围绕 棉毡里面插入橡胶软管通以蒸汽 大棚出口处用 棉毡布遮挡保温 门顶处设2 台5 k w 热风幕给予加温 3 承台暖棚布置 主塔承台暖棚面积为8 0 m 2 4 m 利用平台钢管桩加长后做为暖棚立柱 暖棚顶纵 梁采用贝雷桁片架设 贝雷桁片上满铺跳板 用两层棉毡密封 棉毡上下各铺一层聚酯 纤维布做为防水层 同时 在钢板桩围堰内侧粘贴保温材料 主要使用两层纤维板夹苯 板的保温结构 4 2 2 混凝土拌制热工计算 规范要求混凝土的出罐温度应 1 0 入模温度应 5 1 计算混凝土出罐温度 混凝土的绝热温升 1 3 4 冬季施工措施 乙 等 4 1 式中 t n 姒 绝热温升 是指在基础四周无任何散热条件 无任何热损耗的条件 下 水泥水化后产生的反应热 水化热 全部转化为温升后的最高温度 卜水泥水化热 j k g 用p 0 3 2 5 水泥 其2 8 天的水化热为3 7 0 1 0 3j k g w 一每立方米混凝土中水泥的实际用量 k g m 3 水泥用量暂定为3 1 5 k g m 3 c 混凝土的比热j k g k 取0 9 6 x1 0 3 j k g k 入 混凝土的表观密度 k g m 3 为2 3 8 0 k g r n 3 计算得 t m 驭 5 1 0 1 基础处于散热条件下 考虑上下表面一维散热 应用差分法计算的结果 散热条件 影响系数约为ql o 7 8 同时考虑由于缓凝型外加剂的加入对温降产生的影响取其影响 系数q2 0 9 1 故取其综合散热影响系数为 q ql q2 0 7 1 9 水化热温升t n 51 0 1 o 7 1 9 3 6 6 7 1 2 2 计算混凝土出罐温度 式中 z 堡 鱼垒 塑 坠 鱼垒 竺墨 曼兰兰 鱼咝二垒兰二堡丝鉴 42 o c 彬 e 形 g 夕屹 e 睨 e 彬 c 嵫 g k e 形 7 c c g c q 一依次为中砂 碎石 水泥 水的比热 单位 j k g k w w g w c w w 依次为单位体积的混凝土中砂 石 水泥 水的用量 单 位 k g m 3 t s t g t c t w 依次为实测中砂 碎石 水泥 水的入罐温度 单位 q q 厂依次为实测中砂 碎石的含水率 1 4 长安大学硕士学位论文 c s c s c c s o o j k g k c w 4 0 0 0 j k g k 按照混凝土中各种原材料的质量 入罐温度 结合上式分析得 w s 7 2 4 9 k g w g 1 0 8 1 k g w c 4 1 9 k g w w 1 5 9 k g q s 2 q g o 1 t g 5 c t s 5 c t c 一1 0 2 t w 4 0 c 经计算混凝土出罐温度t o 1 1 2 2 8 l o 满足规范要求 3 混凝土经运输至成型完成时的温度 t 7 t o a t 0 0 3 2 n t o t 5 4 3 式中 t 混凝土输送直至浇筑完成时的温度 t c 广混凝土出罐温度1 1 2 2 8 r 温度损失系数 松浦大桥采用混凝土搅拌运输车运送混凝土 故a o 2 5 卜 混凝土输送直至浇筑完成时的时间 h t o 5h i r 混凝土转运次数 n l t 5 混凝土输送时的外界温度 t s 2 5 2 代入上述公式计算t 5 5 4 5 满足规范要求 综合以上求得预算主塔承台封底混凝土的最高温度为 t 眦 t 4 2 2 1 1 2 上述计算结果表明 施工时砂 石料温度为5 水泥温度为 1 0 当水温加热为 4 0 c 时 经计算出罐温度为1 1 2 2 8 经过运输后 入模温度为5 5 4 满足规范要 求 4 2 3 锅炉选用热工计算 冬季施工耗热量主要由承台和生产区的基本耗热量 风力等自然因素产生的附加耗 热量 输热管道热量损失以及加热搅拌用水需热量四大部分构成 现计算搅拌站料场与 4 冬季施工措施 主塔承台的耗热量 做为选择锅炉的依据 1 基本耗热量 q l f t n b v 6 入 1 qs 式中 4 4 q l 单位时间内消耗热量 w m f 放热表面积 m 2 混凝土拌和站面积f 5 9 3 0 m 2 承台暖棚面积f 2 3 3 6 m 2 t l 一棚内温度 混凝土拌和站室内温度t n l l o 承台暖棚室内温度t n 2 2 5 卜室外温度 室外温度t w 一3 0 c 6 棉毡厚度 m 取0 0 1 m 入 棉毡的导热系数 w m 入 0 0 4 1 w m q 空气对流热交换系数 w h 1 2 q 1 1 6 3 1 0 佩产1 1 6 3 1 0 俪心6 9 3 w m 混凝土拌和站需用热量 由公式 4 4 得 q 混耻 8 4 4 4 千卡 h 承台暖棚需用热量 由公式 4 4 得 q 承台 4 5 7 4 千卡 h 合计得 q l q 把牡 q 承台 1 3 0 1 8 千卡 h 2 冷风渗透耗热量计算 冷风渗透耗热量包括风影响的附加耗热量 高度影响的附加耗热量 因窗门开启而 增加耗热量 因窗门开启而增加的耗热量 冷材料及人进入增加的耗热量 管道输送热 损失增加的耗热量 不可预见的附加耗热量 风影响的附加耗热量按基本耗热量的6 估算 高度影响的附加耗热量按基本耗热量的3 估算 因窗门开启而增加耗热量按基 l 长安大学硕士学位论文 本耗热量的9 估算 冷材料及人的进入增加的耗热量按基本耗热量的1 1 估算 管道 输送热损失增加耗热量取q l 9 不可预见耗热量损失取q ix 2 计算冷风渗透耗热量q 2 q 2 o 0 6 0 0 3 0 0 9 0 11 0 0 9 0 0 2 xq l 0 4 1 3 0 1 8 0 5 2 0 7 2 千卡 h 3 蒸汽输送管道散热量计算 式中 q d 2 q 4 5 q t i 一t d z 2 入l l n d d o d 2 入2 1 n d jd 1 q d o 蒸汽输送管道外径0 0 2 6 m d d 一一分别为2 层保温层外径 防寒棉毡共用2 层 厚度为0 0 1 m d i o 0 4 6 md 2 0 0 6 6 m 其余符号意义同前 其中 t n l5 0 c t 2 0 入 入剐 0 4 1w m q 2 1 6 3 卡 m 2 由公式 4 5 得 q 0 0 4 5 千卡 m 蒸汽输送管道全长l 3 0 0 m q 3 0 0 q 1 3 5 千卡 h 4 混凝土拌合用水蒸汽需要量 松浦大桥承台施工时混凝土产量为5 0 立方米 d 时 单位时间用水量7 5 t 拌合用 水初始温度为5 拌合用水入罐温度为5 0 c 加热混凝土拌合用水时需要的蒸汽量 w o 1 6 7 t i l 计算过程如下g w i 7 5 5 0 5 o 1 6 7 t l l 1 7 4 冬季施t 措施 5 蒸汽总用量估算 暖棚设施需耗热量 q 曩相设麓耗热量 q 基奉耗热量 q 风渗透耗热量 q 臂道损失 1 8 3 6 千卡 h 暖棚设施需用蒸汽量 w 2 q 6 4 0 2 8 7 t h 加热水需用蒸汽量 w 0 1 6 7 t h 需用总蒸汽量 w w w j 3 0 3 6 t h 6 选择蒸汽生产供应设备 工业锅炉 经过计算分析 决定选用2 台蒸发量2 t h 的工业锅炉 蒸汽利用率取7 6 每小时 可生产蒸汽3 0 4 t 大于需用总蒸汽量w 3 0 3 6 t h 能够保证结构冬季施工需用热量 4 2 4 封底混凝土冬季施工保温措施 1 施工方法 冬季施工混凝土施工保温的方法有暖棚法 蒸汽加热法等 考虑到封底混凝土位于 水下和气温等情况 单独采用一种方法 很难满足施工的需要 决定采用暖棚法 蒸汽 加热综合的施工方案 保证封底混凝土上的水不冻结并具有一定的正温 即保证了封底 混凝土的温度 2 保温方案 为了从根本上保证混凝土浇筑时的出罐温度 在混凝土拌合站 集料储存场 承台 处搭设暖棚 混凝土拌合站用水采用蒸汽加热 承台暖棚采用蒸汽输送排管加热 集料 中砂 碎石 加热采用底部通蒸汽管道进行加热 方法是料场底部铺设一层l o o m 厚 i s 长安大学硕士学位论文 苯板 上铺设蒸汽管道 然后铺l c m 钢板 3 在施工中应注意的几个问题 冬季施工关键是做好各项保温措施和控制好混凝土的水化热 所以开工前要对保 暖大棚的搭设 输送管道的铺设和保温作认真检查 减少热量的散失 保证大棚内的温 度 要注意控制各种混凝土原材料的温度 在混凝土拌和之前应对集料 中砂 碎 石 进行预先加热 通过加热消除集料中的冰雪及因低温产生的冻凝硬块 集料投入搅 拌机的温度在5 以上 温度不宜太高 因为低温砂石料可延缓大体积混凝土初期水化 热 施工中应注意每小时测定一次各种材料的温度 随时进行温度控制 保证混凝土 的入模温度 冬季施工拌合混凝土时 搅拌时间必须比常温时延长5 0 的时间 严格控 制投料的顺序 砂石料 水 搅拌 水泥 搅拌 由于采用热水进行拌合 所 以严禁先投入水泥 防止水泥出现假凝现象 影响混凝土强度 由于暖棚内热源多 采用棉毡布进行覆盖 所以必须加强防火 备足消防器材 棚内严禁吸烟及明火作业 焊接前要采取安全措施 承台的现场养生利用钢板桩围堰做四壁 第一层支撑架做棚架 上覆防水布和棉 毡 共同组成封闭的养生室 在此室内采用蒸汽养生 在混凝土强度达到设计强度的4 0 前 不得受冻 1 9 5 钢板桩围堰施工工艺 5钢板桩围堰施工工艺 5 1冬季施工钢板桩施工工艺流程 钢板桩围堰冬季施工工艺流程图见图5 1 图5 1 钢板桩围堰冬季施工工艺流程图 5 2准备工作 在设计上要综合考虑水位 流速 冲刷 施工工艺等多种因素 设计计算时考虑封 底混凝土施工完成后 进行抽水 采用无支撑形式 钢板桩围堰底部为透水性粉砂 但 长安大学硕士学位论文 封底后 钢板桩内侧封底混凝土不透水 水文地质情况符合 公路施工手册 桥涵 交 通部第一公路工程总公司主编 无支撑形式 无活载形式 钢板桩的备选 一要进行整体检查 钢板桩不能发生弯曲 扭转等现象 二是进行 锁口检查 锁口必须为同一规格型号 每个锁口都必须在标准模具上进行一次性通过检 查 如发生障碍则立即修整 修整方法主要包括除锈 除渣 低热矫正 替换残口等 采用长臂挖掘机破冰 将长臂挖掘机开至主塔钻孔桩平台上 用挖掘机将钢板桩位 置冰层破开 并不断搅动 防止再次冻结 保证钢板桩顺利入水 定位准确 导桩 导桩采用直径8 0 c m 壁厚l o m m 的钢管 具有足够的刚度和承载力 导桩 打入时要严格控制导桩的平面位置和垂直度 平面偏差控制在3 c m 之内 垂直度控制在 0 5 之内 不符合要求立即重打 导桩沉入后在导桩上同一水平位置焊接钢牛腿用于安 放导架 导架 导架分为内导架和外导架 内导架属于固定导架 是采用大型型钢焊接成的 框架结构 为保证足够的抗弯强度和压杆稳定性 该结构所有构件均由闭合构件焊接而 成 框架由围囹和支撑梁组成 围囹沿围堰内侧边缘环形布设 围囹四角设加强斜撑 支撑梁沿承台短边方向避开护筒位置布设 支撑梁两端焊接于围囹上 为分散局部压 力 减少压杆长度和减少围囹弯矩 支撑梁和围囹结合部增设斜撑 外导架属于移动式 导架 由4 m 长1 3 6 a 工字钢制作 将其置于临时支架上 在外导架和内导架之间的缝隙 将钢板桩打入 打入时以3 片钢板桩为一循环 打完一循环后将外导架沿钢板桩向前顺 延 以保证整个钢板桩平面的顺直 导向架顶面上用红线划分桩位 以便在插打钢板桩过程中逐组校核 检查振动打桩 锤 履带吊 运输用汽车等设备 以供配套使用 桩的平面轴线控制采取以下两种方式 第一种是采用导桩 导架控制钢板桩整体轴 线 钢板桩整体施工轴线定位分两步 首先导桩沉桩时进行初定位 接着在导桩牛腿上 精确放出导架的安装线 在安装导架后与牛腿焊接固定 第二种是在沉桩过程中加强桩 2 l 5 钢板桩围堰施工工艺 的垂直度控制 即在钢板桩沉桩过程中 用经纬仪监测钢板桩的垂直情况 随时用履带 吊大钩和导链调整 5 3首根钢板桩的打入方法 首根桩和闭合桩的打入是整个钢板桩施工中的关键环节 对于钢板桩而言 由于桩 间锁口相连 下根桩的平面位置及垂直度将受制于上根桩 所以必须严格控制首根桩的 平面位置及垂直度 首根钢板桩施工中应注意 在首根钢板桩上焊接连接板 为保证钢板桩顺直 防止 钢板桩打入过程中出现弯曲 需在钢板桩内全长焊接连接板 使钢板桩成为一根闭合的 箱型结构 达到结构稳定的目的 同时连接板也起到抵抗拉力作用 连接板采用1 2 m m 的钢板 在钢板桩的两端加强部位采用3 0 m m 的钢板作连接板 上游中心作为首根钢板 桩向两边施打 r r 圉 o oo oo6o ooo oooo 心ooo ooo o ljn 图5 2 钢板桩围堰平面布置简图 为控制首根桩的垂直方向偏位 在导架上焊接2 0 m m 钢板进行轴线方向限位 限位 钢板边缘距钢板桩l e m 首根钢板桩打入完成后要和内导向架焊接定位 5 4其他钢板桩的吊运及插打 安插钢板桩时使用两台履带吊 将钢板桩从运输车上吊起 然后运用两台履带吊配 长安大学硕士学位论文 合起吊和放下 使钢板桩成垂直状态 脱出下钩移向安插位置 插入已就位的钢板桩锁 口中 吊起前 锁1 2 1 内填嵌粘性混合料 混合料在使用前要进行试配试验 根据施工情 况确定材料配比 加热方式和冷凝时间 安插钢板桩自上游中心钢板桩开始 两侧对称向下游依次插入 到下游角部合拢 为防止冲刷 沿钢板桩外侧凿开5 0 e r a 宽冰面 每天测量冲刷情况 及时在钢板桩上游 抛砂袋维护 钢板桩沉桩过程中 经常发现钢板桩会发生上口偏向外侧的 扇形变形 主要是 由于钢板桩沉桩时 桩上口由于导架限位作用而直线前进 下口被土压力作用而弯曲 多根桩积累就形成扇形变形 另外由于钢板桩相连的锁口之间存在一定的间隙 在沉桩 过程中 由于土压力的作用使相连锁上口间隙被缩小 下口间隙放大形成扇形变形 扇 形变形具有积累性 下一根桩由于沉桩时偏心受压 扇形偏差也越大 扇形变形积累到 一定程度时 沉桩就无法进行 所以发生扇形偏差时要及时纠偏 纠偏采用两种方法 一是制作异形桩 可制作一端小一端大的楔形钢板桩 根据经验钢板桩单根调节不要超过 8 0 m m 即一端收缩4 0 m m 另一端放大4 0 m m 否则将影响钢板桩的沉桩 这里应注意 楔形钢板桩应一次沉桩到位 否则第二次送桩较为困难 二是进行屏风式插打 先插后 打 由振动锤沉桩至一定深度 以不影响下根桩插桩时套锁口为准 不再振下 然后插 第二根 第三根 待一循环导架的桩全部插满后从前面往后振动沉桩 沉下一定深度 移动桩锤击第三 二根桩 再回头击第一根桩 如此往复沉桩到标高 由于后插的钢板 桩受前面钢板桩的影响较小 偏差相对较少 在沉前面的桩时由于后插桩的限位作用 所以偏差明显改善 经过几根桩施工后 扇形变形可基本消除 5 5闭合桩的打入 闭合桩施打时必须同时把两侧锁口都套住 因而增加了沉桩难度 沉闭合桩前必须 做好下列工作 第一 闭合桩应选择在地下障碍物较少 较容易沉桩的地方 第二 应 5 钢板桩围堰施工工艺 将围堰内外保持水位流通 以防止沉桩后围堰内外水压差过大而破坏围堰结构 第三 闭合桩两侧的钢板桩应尽量保持垂直 并在同一轴线上 两桩的间距应恰好等于或接近 钢板桩的宽度 第四 在离闭合桩两侧各八片时就要计算闭合桩的尺寸 同时逐片用导 链调整钢板桩锁口