马宁特大桥水中承台及钢吊箱.doc

佛山市北滘至均安公路主干线高赞至均安南沙段第二标段（K21+060-K23+940）钢吊箱设计方案施工单位：中铁二十四局集团有限公司二00八年五月十三日马宁特大桥水中承台钢吊箱设计技术方案一、 工程概况马宁特大桥主桥下部结构为钻孔灌注桩基础、高桩承台，承台顶面标高4米、底面标高0米，底面在常水位下约1.5米，设计采用有底钢吊箱施工，封底砼厚100cm。单幅承台顺桥向宽920cm、横桥向长1547.5cm、每墩下布置6根D220cm钻孔灌注桩，桥台两端迎水面为圆弧形，圆弧直径20m，桥台周边安装防撞板。二、 承台施工方案承台采用有底钢吊箱施工，利用水中平台钢管桩及桩顶工字钢承担钢吊箱自重及承台施工重量。施工技术方案如下：(一) 临时悬吊系统安装钢吊箱要先经临时悬吊系统拼装，悬吊于水面上，待裙板浇筑后再利用临时悬吊系统将钢吊箱下沉到设计标高，并将临时悬吊系统转为固定悬吊。临时悬吊系统由手拉葫芦将钢吊箱悬吊于贝雷梁或工字梁上，具体设置见图。1、对应承台圆弧端位置在钢管桩顶组装贝雷梁，贝雷梁由4片贝雷架组成,对应吊箱底架2I50a4个吊点在贝雷梁上安装4个起吊重量20吨的手拉葫芦。2、在每一个钢护筒顶横桥向安置工字钢梁，工字钢梁由2根50a工字钢组成，两端伸出钢护筒50cm，对应钢吊箱底架上的吊点位置在工字钢梁上安置手拉葫芦。3、对应于置于钢护筒两侧的钢吊箱底架2I50a工字钢两端吊点，于钢管桩顶梁上安置手拉葫芦，至此一个钢吊箱由28个手拉葫芦临时支承于钢管桩和钢护筒上。(二) 钢吊箱拼装1、先将钢吊箱底架2I50a工字钢梁悬吊于各手拉葫芦上，调整手拉葫芦使各工字钢梁距水面高度为30cm，并使各工字钢梁顶面处于同一平面。2、用槽钢制作的吊杆应于安装前与工字钢梁焊接牢固，用精扎螺纹钢筋做吊杆可在工字钢梁安装就位后再安装。3、将纵向25b工字钢按图示位置逐一安装在工字钢梁上，检查平面位置无误后再将纵横向工字钢焊牢。4、将底架临时固定在钢护筒上，再在底架上拼装预制砼底模板,调整好各板块位置,将各板间预埋角钢焊牢，使底模砼块连成整体。5、在底板周边焊接联结角钢，将承台侧面钢模板逐一安装,外侧用28号槽钢加固（见加固图）,经测量调整钢吊箱平面位置后,将钢吊箱暂与周边钢管桩固结。(三) 裙板混凝土浇筑钢吊箱悬吊拼装完成并检测平面位置无误后，先进行裙板施工，依图纸绑扎钢筋、安装侧模板、浇筑裙板混凝土，裙板与承台连接钢筋同时预埋,裙板砼养生三天后拆除模板，用角钢将裙板砼支撑在底模上，防止吊箱下沉时裙板倾覆。(四) 吊箱下沉、定位1、测量承台底模、侧模标高，计算钢吊箱对应于手拉葫芦处的下沉深度，并标示于钢管桩或钢护筒上。2、每个手拉葫芦由二个工人操作，每次放松手拉葫芦钢链为10cm，由一个人统一指挥，各手拉葫芦要保持同时操作，使吊箱缓慢下落，每下落三次复测一次模板标高，如模板标高出现较大差别，要按测量数据调整。吊箱下沉过程中吊箱内外的水位要始终保持一致。吊箱下落到设计高度后，通过测量调整吊箱平面位置。3、将精扎螺纹钢筋吊杆安装在贝雷梁上，拧紧高强螺丝，要保证各吊杆受力均匀。4、将槽钢吊杆焊接在钢护筒牛腿上，牛腿与钢护筒及与吊杆的焊缝长度均不得小于100cm，焊缝要饱满。5、潜水员下水检查箱底，堵塞底模与钢护筒间间隙。吊箱下沉要选择无大型船泊经过时进行。(五) 灌注封底混凝土1、封底砼的坍落度控制在18-22cm，利用导管采用水下砼灌注方式进行灌注。2、按照每个灌注点封底砼覆盖面积直径3.5米布置灌注点，利用钢管桩顶及钢护筒顶的贝雷梁搭设工作平台，安装灌注封底砼的导管、灌浆斗。为保证封底砼连续进行，要在承台两端各布置不少于8套灌浆设备。3、导管底口距吊箱底面的距离为20-30cm，用编织袋装砼制作阻水球，初次灌注的砼要保证能埋管60cm。封底砼灌注时从两端向中间对称进行。4、封底砼施工前要安排潜水员下水冲洗吊箱底板、钢护筒、裙板侧面的泥污，保证封底砼与之粘结牢固。灌注前在水面处将侧模板开孔，便于封底混凝土灌注时箱内外水保持联通。封底砼施工要连续进行，同时要加强检测，确保封底砼厚度符合设计要求。5、封底砼施工时要尽可能安排在无船泊通行时进行，如却因不可避免且波浪较大则要采取措施防护。(六) 排水、清理1、封底混凝土强度达到设计要求后，排除箱内水，清理裙板及封底混凝土顶面污垢，去除裙板预埋钢筋上的铁锈，凿除封底混凝土多余部分，对局部漏水处进行封堵。2、设计规定桩基嵌入承台20cm，为保证牛腿的焊缝长度，要将安置牛腿处封底砼凿除20cm深，焊接牛腿，并将之与吊杆槽钢焊接牢固。3、自牛腿顶部切除钢护筒、槽钢吊杆，凿去桩头。(七) 承台施工1、钢筋加工安装受吊箱内支撑梁的影响，承台钢筋采取在岸上下料、吊箱内焊接的方法进行，下料时要将钢筋接头错开，不可使其在同一截面或间距小于2米。所有主筋都要采取两面焊，其焊缝长度、厚度及所用焊材要符合设计及技术规范要求。2、第一层冷却管安装按图纸要求制作、安装冷却管及测温孔，安装后通水检查孔道是否畅通。3、浇筑第一层砼钢筋、冷却管等经自检合格后报监理工程师检查，合格后即可进行砼浇筑。采用泵送砼浇筑施工，为减少泵送距离、保证施工连续，将砼泵安置在栈桥与平台连接处，砼运输罐车运送砼。混凝土浇筑时用二台混凝土输送泵自承台两端向中间同时对称浇筑。4、养生、压浆将冷却管与深水泵相连，深水泵安置在江水深处，待混凝土终凝后启动深水泵，使之不间断循环，同时在砼表面洒水使之始终保持湿润。砼养生七天后利用高压浆泵将冷却管内注满水泥浆,切除多余冷却管.5、第一层砼强度达到设计要求后即可安装第二层砼钢筋、冷却管，经监理工程师检测合格后浇筑第二层砼。同理进行第三砼的施工。在承台顶面及第三层砼端面预埋钢板，用于安装塔吊及桥墩滑模施工。6、拆除吊箱承台最后一层混凝土养生七天后即可拆除吊箱。由潜水员配合，先拆除侧模板与底模联结螺栓，将侧模拆除。由潜水员采用水下切割技术将吊箱底架纵横工字钢一一分离，先将横梁一一取出，再将纵梁取出。拆除贝雷梁、拔出钢管桩，清理承台面。三、 施工受力工况分析(一) 构件或结构重量本项目承台底面面积139m2，钢吊箱各构件或结构载重于下表：编号结构或构件名称重量（kg）计算式1单根钢管桩自重59192桩顶工字钢梁重18261见图-钢吊箱-0023钢吊箱底架重35318见钢吊箱-0044吊杆、牛腿重12833见钢吊箱-0075贝雷梁重60005片4300=6000kg6预制砼底板重433687侧模、加固重32506见钢吊箱-019、钢吊箱-0218裙板砼重555389封底砼重量22928610第一层承台砼50596011第二层承台砼46982012第三层承台砼469820(二) 钢管桩受力计算为简化计算，假定施工总重量由8根钢管桩平均承担，根据施工阶段进行受力工况分析如下：1、 封底砼浇筑后取施工常水位1.5m，设计封底砼底面标高-1m、厚度100cm，封底砼浇筑时吊箱内外水压力平衡，吊箱主要承受封底砼重量。此时钢管桩顶荷载：由（2）（9）号荷载组成计433110kg（不含钢管桩自重）。2、 抽水后抽排吊箱内水后，水对吊箱入水部分产生浮力：此时钢管桩顶荷载由（2）（9）荷载减去水浮力：433110-347500=85610kg。3、 浇筑第一层承台砼后由（2）（10）号荷载组成并减去水浮力：93907-347500=591570kg。第二、三层承台砼可认为由第一层承台砼及封底承担。从上计算可知，钢管桩顶最大荷载发生在浇筑第一层承台砼后，计入钢管桩自重后，单根钢管桩承受荷载：采用D800钢管桩,壁厚8mm,钢管桩技术参数如下:、钢管桩顶标高5.000m、桩底标高-32.500m，桩长37.5m,自由长度21m.4、单桩承载力计算以钻孔编号zk22所揭示的河床下地质作参考，进行单桩承载力计算, 从前面计算可知，钢管桩顶最大反力为799KN.自-14m-19.1m为粗砂层,h=5.1m自-19.1m-27.3m为细砂层,h=8.2m自-27.3m-32.3m为亚粘土层,h=5m自-32.3m-41.6m为圆砾层,桩顶持力层为此层,h=0.2m.钢管桩承载力满足要求.5、钢管桩稳定性性验算钢管桩参数：单桩长、钢管桩自由段长、弹性模量、外径、内径、截面、。计算截面惯性矩计算查表得允许应力(三) 桩顶工字钢受力计算钢管桩顶工字钢梁由2根50a工字钢拼焊而成，固结于钢管桩顶，依据设计图为简化计算按三等跨连续梁计算。工字钢截面系数： 因施工最大荷载发生在第一层承台砼浇筑后，此时总重量5916kN，假定由6根吊箱底架纵梁承担，并经该6根纵梁将荷载经由吊杆传递于钢护筒及桩顶工字钢梁，每个吊杆承担荷载：5916/24=246.5KN。 跨内最大弯矩：最大剪力：截面最大正应力，正应力强度条件满足规范要求。最大剪应力，剪应力强度条件满足规范要求。(四) 吊箱底架横梁受力计算吊箱底架横梁承受荷载由重量表中4#、6#10#荷载以及纵向工字钢及自重组成，同时应扣除水浮力：1、 单根横梁自重：2、 纵梁及钢板分配于单根横梁重量：3、 第一层承台砼浇筑后吊箱承受荷载最大，由重量表中4#、6#10#荷载组成，分配于单根横梁上重量：吊箱底架单根横梁上匀布荷载72.33KN/m.横梁由槽钢吊杆固定在钢护筒上,两端用32mm精轧螺纹钢筋做吊杆悬吊于钢管桩顶工字钢梁上,为简化计算,将横梁作在钢护筒处固结、两端悬臂的形式计算。支座反力：最大剪力：最大弯矩：横梁最大正应力：，正应力强度条件满足规范要求。横梁最大剪应力：，剪应力强度条件满足规范要求。最大挠度： 满足要求。(五) 吊箱底架纵梁受力计算纵梁由25b工字钢组成，其承受吊箱底板、裙板、封底砼及第一层承台砼重量，将纵梁按5等跨连续梁对待，跨径按最大跨径3米计。纵梁上总重量由编号6、810荷载组成，834152-浮力347500=486652kg=4867KN，假定由10根纵梁承担，每根纵梁承受486.7kN,转换为匀布荷载486.7/15=32.45Kn/m。25b工字钢截面参数：最大弯矩：最大剪力：计算应力：，正应力强度条件满足规范要求。计算剪应力：，剪应力强度条件满足规范要求。最大挠度： 满足要求。(六) 吊箱底板计算吊箱底板设计采用C25钢筋砼预制板，板厚12cm，双层钢筋网，保护层厚度25mm，钢筋采用R235钢筋，直径10mm。从吊箱底架图可知，板最大宽度不大于1米，按1米板宽进行验算，在工况3情况下板受力最大，此时板上荷载：由荷载表中6、810号荷载组成，同时应扣除浮力，834152-347500=486652kg，每平方米荷载486682/139=3501kg/m2=35KN/m2。取1米宽板条计算，则q=35KN/m，按三跨连续梁计算：截面尺寸b=1m、截面有效高度、构件受拉与受压钢筋至板边距离：、C25砼、R235钢筋、结构重要系数、C25砼。，按单筋截面设计，选用8mm钢筋，按计算需，含筋率，须按板的构造配筋，考虑到底板预制及吊装中的受力状况，设计在板内布置双层钢筋网，间距10cm，钢筋直径10mm。(七) 槽钢吊杆受力计算每一根槽钢吊杆由2根28a槽钢拼焊而成，一个吊箱共有12根槽钢吊杆，另有16组32mm精轧螺纹钢筋吊杆，为简化计算，将吊箱上的重量假定全部由12根槽钢吊杆承担。单根吊杆承受荷载：由荷载表中3、610号重量组成，并扣除浮力，（901976-347500）/12=462kN。吊杆主要承受拉力，抗拉应力。（辅助吊杆不作验算）(八) 吊杆焊缝计算槽钢吊杆与牛腿钢板焊接、牛腿钢板与钢护筒焊接，将吊杆拉力传递于钢护筒上，因全部为直角焊缝，焊缝焊脚宽度，计算焊缝厚度实际焊缝长度：每个牛腿共有4条焊缝，二个牛腿共8条，单条焊缝长度40cm，按规范减去，即每条焊缝长度为352mm，全部焊缝长度为2816mm。焊缝强度：，满足要求。(九) 侧模板验算设计侧模板面板采用6mm钢板、模板纵横肋采