深水扩大基础圆型单壁钢围堰施工技术.doc

深水扩大基础圆型单壁钢围堰施工技术.46月S)JOURNALO铁FRA道ILW工AY程ENG学INE点ERINGSOCIETY第期(总LlYDecember2000No.4(Ser.68)文章编号:10062106(2000)040050-04深水扩大基础圆型单壁钢围堰施工技术.一王爱国.(中铁第十四I程局,济南250014)b,f弓提要:贵溪信江铁路特大桥全长798.3m,水面竟约400m,水译711m,基岩棵露,且冲沟蒲布.承中共个墩,深水部分设计为扩大基础,基底嵌入基岩56m,采用圊型单壁钢围堰环形封底施工技术施工t该方法较为独特.本文从方案的选定.钢围堰的设计,加工,拼组,下沉,封底等各美链施工环节进行了全面的总结,并简要阐明了美秸工序的施工注意事项.厶主矗词:巡;查苎;些三苎江尝毛车中国分类号;U442文献标识码;A贵溪信江特大桥位于江西省贵溪县城郊,全长798.34m,水中共l1个墩,是浙赣复线上的最后一道重点,难点工程,亦是铁道部重点工程.该桥深水基础设计为扩大基础,河床基岩面上覆盖着0.52.6m透水极强的砂夹卵石层,基底嵌人岩石56m.针对其特点,采用了圆型单壁锕围堰,环形封底的施工技术.该种施工方法较为少见,在某些方面有独刨性.1工程概况信江全长306km,流域面积17600km,经上饶,铅山,贵溪,鹰潭等地,流人都阳湖,与长江水系相连.贵溪以上为低丘山岗,贵溪以下渐人冲积平原,桥址处汇水面积l1029km.既有桥下游4.7km处有一座1970年建成以发电为主的滚水坝,该坝对大桥的施工影响很大.桥位处百年一遇的设计水位为36.17m,设计流量为14461m/s,设计流速为2.66m/s.枯水季水探一般在7.0m左右(标高27.3m),河面宽度近400m.汛期时最大水葫l超过15.0m.主河槽处覆盖着0.52.6m厚的砂夹卵石层,以下便是严重风化和颇严重风化的红砂岩,基本承载力为0.350.70MPa.施工中发现,由于受水流冲刷的影响,河床表面很不平整,冲沟满布,最大沟深约50Cma该地全年雨量较大,57月为雨季,降雨较为频繁,其它月份为少雨天气.大桥设计全长共计23孔,双线墩台.水中11个墩,即717墩.1012墩为48.0m双线半穿式简支钢珩梁,其它为32.0m后张预应力筒支梁,单线铺架.水中基础79,17墩位处覆盖层较厚,设计为钻孔灌注桩.1016墩为扩大基础(10墩后变更为钻孔桩),埋人基岩56m,最大基底尺寸为l350560cm.岸上墩根据地质情况设计为钻孔桩和扩大基础两种类型.贵溪信江特大桥是浙赣复线全线拉通的最后一道关卡,于1994年9月20日开工,要求在1995年l1月2O日开通,中间要跨一个雨季.所以该工程的最大特点是施工技术难度非常大,工期紧迫.2水中扩大基础施工方案水中墩79,i7离河岸较近,覆盖层较厚,水深相对较浅,且安排在雨季到来之前施工完毕,所以采用了草袋围堰筑岛施工.待其钻孔桩蓝工完后,再就位整体预制钢筋混凝土矩形围堰,不排水开挖,下沉,然后封底,抽水,进行承台,墩身施工.10墩采用了拼组式钢套箱施工法.1116墩水中扩大基础,由于水深流急,还要跨汛期施工,所以选择了圆形单壁钢围堰,环形封底施工技术,即钢围堰在岸上加工场分片加工制作,然后运至龙门浮运船上拼焊为整体,浮运至墩位处抛锚定位,用龙门浮运船上的龙门吊将钢围堰落至河床,吸砂?收藕日期20001008王爰国商鲠工程师男1963年出生中甓第十四工程局技术开发趾趾长第4期王爰国:深水扩大基础脚型单壁钢围堰施工技术将其沉落至基岩面,最后吊放圆形封底内模,进行环形封底混凝土施工.抽水后即可放炮开挖基坑及基础,墩身施工.其详细工序流程见图l.匣画设卧式加工台架.将圆环桶槊片精确定位.铺设并焊接竖向加劲角钢,形成钢围堰片件龙骨将钢围堰块体吊起翻身,进行钢板与龙骨间的焊接临时码头施工动臂吊安装J潜水进行田堰及内模踮面下砂袋封堵,清庇Ir一j搭设导昔托架.浇水下环形封底混凝土f寸一l抽水,放炮挖基,基础及墩身施工lT一J基坑回填,拆割钢围堰l围l水中扩大基疆圆形簟璧钢囝堰环形封底技术工艺藏程围圆形钢围堰的设计外径为19O1.2cm(见图2),其高度根据不同的工期安排而有所不同,最高的为.5m,最矮的为8.3,5m.钢围堰在岸上采用卧式方法加工,每个钢围堰分成8块分别加工;对于高围堰.考虑到起吊能力限制及龙门浮运船的稳定性,不仅将其分成圆弧块件.在高度上还将其分作两节(顶节高度为2.7Om).低节钢围堰拼成整体后在低水位时沉至河床,然后再接高顶节钢围堰.围2钢围堰设计围(单位:cm)3钢围堰的结构构造圆形单壁钢圄堰的结构构造.按其受力不同可为以下几个部分:3.1水平圆形桁架它由内侧圆环角钢,外侧圆环角钢和腹杆(缀角)组成(参见图2);内外圆环相当于桁架的弦杆.3.2竖向加劲角钢在圆环桁架的内外侧分布有竖向加劲角钢.外侧加劲角钢与钢围堰壁板一起直接承受水压力,内侧竖向角钢起圆环加劲支承和承受竖向荷载的作用.3.3襞扳贴焊于围堰骨架外侧,直接承受水压力.3.4竖向桁架竖向桁架由内外竖向角钢及中间斜腹杆组成.它有两种类型,一种为普通竖向桁架.另一种为吊点竖向桁架.其竖向桁架的主要作用有:增强钢围堰分块制作时的整体刚性;起吊传力;下放定位时的导向传力.3.5刃脚处的内侧壁板对于覆盖层较厚的墩位来说,为了使钢围堰在挖土下沉时增大其下沉系数,可考虑在刃脚内侧设一道适当高度的钢板,以便在夹层内加压重.4圆形单壁钢围堰的设计检算圆形单壁钢围堰是由桁架及钢板组成的壳体结构,其传力途径如下:水压力及土压力一围堰壁板一壁板骨角钢一水平圆环.52铁道工程2000年l2月一般情况下,单壁圆形钢围堰需要进行以下几方面的检算:4.1壁板强度检算沿钢围堰高度将壁板取出单位宽水平圆环进行受力分析,因而壁板可以看作由肋骨角钢支撑的多跨连续粱,其荷载为均布水压力q,若按弹性分析则钢板在跨中的弯矩为1/24ql(为肋骨问距),支点弯矩为1/12ql).若考虑塑性发展,可按极限状态分析,则跨中及支点处的弯矩均为1/16ql.在钢板厚度一定的情况下,由此检算即可确定出肋骨间距是否合适.4.2肋骨强度检算肋骨与壁板形成组合截面共同承受水压力(如图3),钢板的计算宽度取60倍的板厚,肋骨壁板在水压力(三角形荷载)作用下,相当于以圆环桁架为支点的多跨连续梁.封底混凝土可视其与钢围堰问的粘接情况按固端或饺支等力学模型计算.肋骨壁板的力学分析可采用电算或力矩分配法计算.在肋骨间距一定的情况下,通过肋骨壁板的捡算可以确定出各水平圆环的间距.围3肋骨与壁板组台截面围4.3圆环的稳定性检算4.3.t圆环的整体稳定性检算圆环是由内外圆环角钢及中间腹杆组成,外圆环角钢通过缀板与壁板焊连(见图4),要想精确分析其整体稳定性是很复杂的,必须进行简化计算,即采用换算长细比法进行检算:圆环的换算自由长度一/厂R换算长细比取一,干可及一+的最小值其中:R内外圆环的平均半径F内外圆环截面积F腹杆截面积=l/一J/F,J为换算截面的惯性矩K一0.3/.1.一I.8一2/72fz中间腹杆节点间距yz圆环角钢在圆环平面内的回转半径由查出值,代人一/()即可对其稳定性进行捡算.删加劫肋TWIll肋茸角刑及钢扳TI肋:ll:一一一J:=_ll外耳角钢围4内外圆环组成围4.3.2圆环肢在平面外的稳定检算对于外侧圆环不存在平面外失稳问题,对于内侧圆环,检算时趋于保守地其自由长度可取为竖向角的钢的间距.4.4水平力作用下的计算钢围堰在流水压力,风力,定位导向结构反力以及其它可能出现的水平力作用下的计算,可根据不同的情况,建立不同的力学计算模型进行检算.4.5钢周堰整体起吊检算钢围堰整体起吊时共有四个吊点,由四台卷扬机分别控制.施工中很难做到同步作业,为此需对两吊点起吊时钢围堰吊点,撑杆,立杆以及整体弯扭受力情况进行捡算,以确保安全作业.5环形封底施工应注意的问题由于该桥是环形封底(见图5),与一般的整体封底相比有着不同的特点,这些亦是封底成败的关键所在.5.1环形混凝土封底宜采用封底混凝土内模内模可做成拼装式以便回收刺用,内模与钢围堰闻应设限位件以防浇注水下混凝土时将内模挤偏.如不考虑内模的倒用,亦可将内模与钢围堰刃脚焊为整体.5.2清底及围堵该种工程的特点是砂央卵石覆盖层以下为红砂岩,且冲沟密布,深者达50cm,所以在围堰及内模沉人基岩后一定要注意清底及围堵处理,否则极易形成透水层,使封底失败.方法是由潜水员在环封空间内首先将围堰及内模路面下的悬空部分用砂袋围堵,然后一,第4期王爱国:深水扩大基础凰型单壁钢围堰施工技术用直头及弯头吸泥机在水下配合清底,直到将基岩面及冲沟内的砂石吸净为止.剐应田5环形封底混凝土示意图5.3水下环封混凝土施工外径19m的钢围堰进行环封施工时其施工范围是很大的,为了保证封底谒凝土的施工质量,宜采取一定的构造措施,即在围堰及内模问加间隔板形成分隔室,然后分区灌注.封底混凝土浇注顺序:用两根导管沿圆周从相距一定距离的起始点出发,反向循环作业,直至封底合拢混凝土浇注时踪应严格执行水下混凝土施工工艺要求外,尚应特别注意,若浇注中水面标高有明显涨落时,应及时用抽水机向堰内注水或向外抽水,以维持内外压力平衡.防止新浇混凝土的冲刷54抽水后的施工措施待封底谒凝土达到设计强度后即可抽水,抽水后若有渗漏应及时进行处理.5.4.1抽水后着有少量的渗流,可沿基坑开挖线周围用粘土袋围筑50cm的高简易土围堰,以集水外抽.5.4.2若有明显的漏水孔洞时,可在围堰外侧刃脚踏面下用棉絮潜水塞堵.5.4.3放炮开挖时应严格控制装药量及一次起爆药量.宜采用分段延时爆破,基坑周围岩石宜待中间掏挖形成凌空面后再爆掉6结束语信江特大桥由于其水文地质及基础设计的自身特性使其水中基础的施工与以往工程有很大不同,具有明显的特点和创新.该工程施工期问,虽然遇到了百年一遇的洪灾,但是在实施圆形单壁钢围堰,环形封底施工技术中,克服道道技术难关,取得了许多施工经验,使得该项技术趋于成熟.从而使水中墩在不到一年的时间内全部完工,确保了大桥的顺利开通.率桥施工实践证明,水中扩大基础圆形单壁钢围堰环形封底施工技术是成功的.参考文献1铁路工程设计手册桥繁地基和基础EM3.中国铁道出舨杜,l983.2钟善桐.锕结构稳定设计M.中国建筑工业出版社,991.3中华人民共和国国家标准.铜结构设计规范(GBJI7-88)Is.中国建筑工业出版杜,1989.CoNSTRUCTIoNPRACTICEoFCIRCULARSINGLEWALLSTEELCoFFERDAMFoRSPREADFoUNDATIoNUNDERDEEPWATERWANGAtguoChinaRailwayFourteenthEngineeringBureauAbstract:ThetotallengthofGuixiXinjiangextralongrailwaybridgeis798.34m.Thewidthofwaterriverisabout400m,andthedepthofwateris7.0to11.0m.Thebaredbedrockisdistributedwithgullylngs.Thereare11piersinwater,whicharepartlydesignedforspreadfoundation(7-piers)atdeepposition.Thefoundationbaseslocate5to6mbeneaththebedrock.Afterfullycompared,weselectedthecircularsinglewallsteelcofferdamandtheringtremeconcretesealatthebedrock.Thisconstructionpracticeisveryspecia1.ThepaperdescribesaIlthekeyworkingprocedures,includingthechoiceofconstructionpractice,thedesign,machining,welding,assem