广州某特大桥主墩承台整体式钢吊箱围堰设计与大体积混凝土施工技术

PAGEPAGE11XX特大桥主墩承台整体式钢吊箱围堰设计与大体积混凝土施工技术摘要介绍173t整体式钢吊箱围堰在XX特大桥深水高桩承台施工中的应用及大体积混凝土承台施工的温控措施。钢吊箱吊杆采用拉压杆方式，设计受力明确，制造简单，下放定位准确，施工速度快；大体积承台砼施工温控措施得当，效益显著。关键词深水高桩承台钢吊箱围堰大体积混凝土温控措施工程概况XX特大桥是国道主干线广州绕城公路西环南段上跨越XX主航道的一座特大桥，主桥为（75+136+75）m悬臂现浇预应力混凝土连续刚构桥。其中23#、24#主墩位于约26m的深水中，每个主墩基础采用12根φ250cm钻孔灌注桩，桩长为88米，桩顶以上设整体式高桩承台，承台尺寸为39.75m（长）×10m（宽）×4m（高），承台C30混凝土方量为1534.7m3，封底混凝土设计厚1m。本工程跨越XX东平水道（Ⅲ级航道），施工期间不得断航，枯水季节XX水位在＋0.5m～2.5m，水深为26m左右；汛期水位在＋5.0m左右，江水流速在1.1～1.4m/s左右。承台设计标高为＋4.0m。根据施工水位及工程特点，主桥水中承台施工采用有底钢吊箱施工，在河岸分杆件加工，在钢护筒上搭设拼装平台，利用浮吊拼装模板和各杆件，并采用人工手拉葫芦的下沉方案，然后浇筑水下封底混凝土。2整体式钢吊箱围堰设计2.1工况分析钢吊箱围堰作业时段，设计受力状态可按照以下工况条件进行分析：工况一：100cm厚封底混凝土浇注完成，尚未抽水阶段工况二：100cm厚封底混凝土浇注完成，抽干水阶段工况三：浇注第一次承台混凝土施工阶段2.2受力体系介绍吊箱底板为工字钢组成的平面桁架结构，吊箱支撑受力点，主要是以钢护筒和钢管桩作为联合支撑体系，共同支撑钢吊箱和封底混凝土以及第一次承台混凝土的重量，在钢护筒两侧焊接型钢吊带，吊带与底板的主横梁相连并作为横梁的主支点；在平台两侧钢管桩顶的贝雷梁上，设置精轧螺纹钢吊杆，下端与底板主横梁的两端相连作为副支点，形成一个多跨连续梁结构。吊箱所有的重量全部由钢护筒和钢管桩来承受。2.3钢吊箱围堰结构钢吊箱围堰由侧板、底板、外侧框架、支撑系统、吊挂系统等5部分组成，设计总重173t。如图1。2.3.1吊挂系统吊挂系统由2I45a工字钢底横梁、2【28a槽钢主吊带、钢护筒、承台四周钢管桩以及其上的纵、横向贝雷片承重梁、φ25mm精轧螺纹钢吊杆组成。吊箱承受的所有重量通过2【28a双拼槽钢主吊图1钢吊箱结构图带和φ25mm精轧螺纹钢吊杆最后全部传递至钢护筒和钢管桩来承受。吊箱在起吊下放过程中采用48个10t手拉葫芦整体下放。吊挂系统如图2所示。图2吊挂系统图以下仅对2【28a主吊带作应力检算。按工况三，浇注完第一次1.5m厚承台混凝土，取最低施工水位+0.5m，吊箱承受主要荷载为自重、封底混凝土重量、第一次承台混凝土重量和水浮力。吊箱自重：G1=173t，封底混凝土重：G2=384×1.0×2.6=998.4t第一次承台混凝土重量:G3=384×1.5×2.6=1497.6t，水浮力F=1.6×384×1.0=614.4t吊箱承受竖直向下的力G=G1+G2+G3－F=2054.6t。利用SAP2000程序建模电算，每根主吊带所受拉应力。2.3.2支撑系统在吊箱顶部高程+4.0m处设置一层I25a工字钢支撑系统，支撑节点和外侧框架2I32b工字钢竖梁对应。撑杆与外侧框架竖梁间通过联结钢板相连，并与外框架竖梁、底板横梁共同形成一个平面刚架体系，以抵抗水的侧压力。2.3.3侧板和底板底板为平面桁架结构，短边方向为2I45a工字钢主横梁，按照2.6m和3.4m间距布置，长边方向为I25b工字钢分配梁，按照70cm和1m的间距布置。焊接在钢护筒两侧2【28a的槽钢吊带，在底端与I45a主骨架工字钢焊接在一起，作为底板结构的主支点，在两侧和中间钢管桩顶端的承重梁上，设置直径25mm的精轧螺纹钢吊带，下端与主骨架工字钢两端相连，作为底板结构的副支点。形成框架后，上面铺设组合钢模板，相邻板块之间点焊连接在一起，形成吊箱底板。吊箱的侧板采用6mm的钢板、四周L7.5号角钢加劲肋、【6.3号槽钢横肋、60×6mm扁钢小竖肋和双拼【10号槽钢大竖肋分块加工制作而成，块与块之间采用法兰连接，法兰之间采用止水橡胶圈，防止渗漏。按三不等跨连续梁检算，底板2I45a主横梁应力为：3整体式钢吊箱围堰施工3.1．吊箱加工⑴底模和侧模均在岸边分块加工制作，底模在桩基位置处要先开孔洞，以利吊箱整体顺利下放，开洞位置为按照桩基完成后现场实测的φ2.8m钢护筒位置准确定位，开洞尺寸为钢护筒直径每侧加大10cm的预留量。⑵所有模板均做好编号，并标明上、下游方向，以便于现场吊装。⑶吊挂系统的2【28a槽钢主吊带提前通过联结钢板与2I45a工字钢底横梁焊成整体，以利于下一步的吊箱拼装。3.2．吊箱拼装下放⑴在桩基础施工完成后，搭设吊箱拼装平台，用运输船运输各部件到平台上进行拼装。拼装顺序为：2I45a底板主横梁（含主吊带】→I25b分配梁→外侧框架→底模板→侧模板。⑵整体下落吊箱，在钢护筒上沿高度方向事先抄平并作出标尺，统一指挥，每下放10cm检查一次，按照设计位置下落就位。下落过程中注意各手拉葫芦受力均匀。⑶当吊箱定位后，焊接2[28a槽钢吊带在桩基础护筒上，将整个吊箱固定在群桩上。3.3．封堵孔隙安排潜水员封堵桩和底板之间缝隙，采用胶垫和钢板抱箍进行封堵。3.4．封底混凝土施工围堰封底设计为C20混凝土，厚1m，设计混凝土方量324.8m3。围堰封底是钢吊箱施工的一个关键环节，封底质量的好坏直接关系到围堰施工的成功与否，为了确保封底的成功，在施工中采取了如下措施：⑴将封底混凝土标号提高到C30混凝土。⑵封底顺序为从下游到上游依次进行。⑶加工4个6m3容积的漏斗，以确保首批混凝土灌注能够埋住导管一定的深度。⑷经试验证明，浇注水下混凝土时，导管口离底板20～30cm，混凝土的扩散半径约为3.5m，圆锥体率约为1/5～1/10，考虑到护筒壁的阻挡等因素，封底时确定布置5根φ300mm导管，确保了封底混凝土的连续均匀上顶。⑸封底混凝土采用泵送，每根导管首次混凝土的坍落度控制为18～20cm，以后坍落度控制为20～22cm，配备两台1000L的混凝土拌合站集中供料，产量为60m3/h，确保了混凝土的质量和供应量。⑹在混凝土的灌注过程中，随时测量导管底口附近的混凝土顶面高程，确保了混凝土的埋深满足要求，避免了混凝土的“洗澡”现象。⑺本桥位处受潮汐涨落在1～1.5m左右，考虑封底砼受水位变化影响，在吊箱上下游方向侧板20cm高度处各开两个直径φ5cm的疏水孔，以平衡吊箱内外水压，防止水压力可能造成的对新浇筑封底混凝土的破坏。封底混凝土导管布置如图3所示。图3封底混凝土导管布置图围堰封底仅用了7个多小时，待3天后抽水表明，封底混凝土表面平整，基本无渗漏水现象，证明采取的措施取得了良好的效果。3.5．钢吊箱受力转换⑴等封底混凝土达到设计强度后，关闭吊箱两侧的疏水孔，抽干吊箱内的水，检查吊箱内是否有渗水，如果有必须处理后，才能进行承台施工。⑵清理并整平封底混凝土表面，用钢板将吊带焊接在设计桩顶护筒侧面上（承台设计底标高为±0.0m，桩顶设计标高为+0.2m），为保证焊接质量，要求角焊缝厚度10mm；根据每个主吊带最大拉力为T=817.57KN，，要求保证主吊带焊缝长度800mm。待吊箱内全部吊带焊接完成后，割断桩顶以上吊带和钢护筒，凿除桩头达设计要求，完成钢吊箱受力转换。4大体积混凝土承台施工23#、24#主墩承台，每个承台C30混凝土方量达1534.7m3，按大体积混凝土的施工方法进行施工。为了防止大体积混凝土水化热产生温度裂缝，施工中从减少和控制水化热温度、内外温差、温度变化速率以及提高混凝土品质等方面采取了措施。4.1．温控标准在施工期内，为保证承台混凝土表面不出现温度裂缝，参照以往的经验，采取以下温控标准：⑴混凝土内表温差，即混凝土内部平均最高温度与表面温度之差不超过250C。⑵混凝土内部平均最高温度不超过510C。⑶混凝土最大水化热温升不应大于400C。4.2．防裂措施4.2.1严把材料关，优化混凝土配合比水化热与水泥品质、用量以及其他原材料等密切相关，选择级配良好的砂、石料，在保证强度的前提下适量降低水泥用量，采用优质的缓凝高效减水剂和适量掺用粉煤灰的“双掺”技术措施是降低混凝土内部水化热温升的主要措施。现场选定的原材料为：42.5普硅水泥（因水泥为甲供料，无法采用低水化热的其它水泥），经试配，水泥用量较原设计配比降低了15kg/m3。粉煤灰采用广州黄埔电厂生产的Ⅱ级粉煤灰，掺量为胶凝料用量的16.7%。砂采用XX生产的Ⅱ区中砂，细度模数为2.2～2.7，含泥量＜1%。碎石采用广东新会生产的二级配碎石，5～16mm占30%，16～31.5mm占70%。外加剂采用缓凝高效减水剂，掺量为胶凝料用量的1.3%。每m3C30承台混凝土的材料用量为：42.5普硅水泥350kg，中砂722kg，小石311kg，大石726kg，水180kg，粉煤灰70kg，缓凝高效减水剂5.6kg。4.2.2降低混凝土原材料温度⑴水泥罐车装运水泥进入拌合站的水泥储藏罐后应存放3天以上以降温；⑵粗骨料采用加棚遮盖，并在使用前喷洒水雾降温；⑶拌合用水采用在蓄水池内加冰块的办法冷却降温。4.2.3泵送管道降温在混凝土泵送过程中，对泵送管道进行麻袋覆盖，并派专人不停地浇水降温。4.2.4混凝土分分层浇筑由于混凝土水化化热的温升升值大小与与混凝土浇浇筑厚度密密切相关，因因此选择适适当的浇筑筑厚度，可可增加散热热面，延长长散热时间间，使水化化热最高温温升值降低低。XX特大桥桥主墩承台台厚4m，分两两层浇筑。第第一次浇筑筑厚度为22.5m，混混凝土方量量为9599m3，第二次次浇筑厚度度为1.55m，混凝凝土方量为为576m3。4.2.5通水冷却却通过设置冷却管管来控制混混凝土内部部最高温度度、内表温温差、降温温速率。XXX特大桥23#、24#主墩承台台均布置3层冷却管管通水降温温，垂直间间距为1..3m，水水平间距为为1.5mm。冷却水水管采用内内径φ25mm、壁厚厚2mm的黑铁铁管，冷却却水为江水水，冷却水水管埋设按按照由热中中心区流向向边缘区的的原则，进进水管设在在靠近承台台中心，出出水管设在在靠近承台台边缘，每每层进、出出水管相互互错开。冷却管使用应注注意如下事事项：⑴使用前进行压水水试验，防防止漏水、阻阻水。⑵从混凝土浇筑到到各层冷却却管位置开开始通水冷冷却，一般般时间为14天，具体体时间根据据量测结果果确定，在在出水中设设置控制流流量的水阀阀及测流量量的设备，要要求出水口口流量不小小于20LL/min。⑶严格控制进出水水口温差及及冷却水与与混凝土内内部最高温温度之差。施施工中采用用循环水作作为冷却水水。4.2.6采用粉煤煤灰与缓凝凝高效减水水剂“双掺”技术为提高混凝土的的品质，降降低混凝土土的水化热热，同时提提高混凝土土的可泵性性，施工中中采用粉煤煤灰与缓凝凝高效减水水剂“双掺”技术，对对防止大体体积承台产产生温度裂裂缝起到了了一定的作作用。粉煤煤灰掺量为为胶凝料用用量的16.77%。缓凝高高效减水剂剂掺量为胶胶凝料用量量的1.3%。4.2.7保温养护护实践证明，加强强养护对混混凝土的强强度正常增增长及防止止收缩裂缝缝具有重要要意义，混混凝土终凝凝后在承台台顶面覆盖盖土工布蓄蓄水养护，养养护水采用用冷却管流流出的循环环水，以控控制混凝土土的内表温温差在2550C以内。同同时，合理理安排拆模模时间，XXX特大桥桥由于两个个主墩承台台为同步施施工，不急急于周转模模板，拆模模时间确定定为14天。4.2.8混凝土内内部温度监监测在承台混凝土内内部布置8个监测点点，对混凝凝土内部平平均最高温温度进行监监测。从混混凝土浇筑筑开始，每每2h测一次，3天后每4h测一次，7天后每天天测两次，连连续监测14天，直至至温度变化化基本稳定定。5钢吊箱拆拆除⑴首先拆除吊箱侧侧模板外框框架，然后后拆除外侧侧模板。⑵在底板横梁上挂挂上并收紧紧手动葫芦芦，潜水员员水下切割割吊杆，使使底板重量量由葫芦承承受。⑶放松手动葫芦，使使底板纵横横梁下落脱脱离承台。然然后拆除纵纵梁，最后后拆除横梁梁。6结论与体体会⑴利用拉压杆原理理设计钢吊吊箱，克服服以前采用用护筒上焊焊接牛腿的的办法带来来的大量水水下焊接的的弊病，工工期短、成成本低。⑵采用多个大吨位位手拉葫芦芦的办法整整体下放钢钢吊箱就位位，简单易易行，速度度快、定位位准确、可可操作性强强。⑶钢吊箱施工应充充分发挥桩桩基钢护筒筒及钻孔平平台四周钢钢管桩的作作用，在桩桩基钻孔平平台打设钢钢管桩施工工时就应综综合考虑钢钢管桩打设设的位置、间间距及入土土深度是否否能满足钢钢吊