船台口门围堰支撑换撑及拆除

船台口门围堰支撑换撑及拆除某船台长310m,宽86m，是目前国内最大的船台工程。船台口门围堰（86×28m）采用AZ26钢板桩，由于围堰基坑较深（口门底板底标高在水面以下近10m）根据设计要求在口门围堰（86×28m）钢板桩封闭后，再从上到下边降水边安装三道钢支撑，以抵御围堰四周水压力。船台详见下图：根据施工流程：在经过排水、吸泥形成干施工条件后浇筑口门底板（86×24×2m）及两侧门墩（20×24×9m），在浇注门墩的过程中拆除门墩两侧的钢支撑(第三道直接浇筑底板砼内)，门墩完工后再拆除中间46m范围内的钢支撑，以达到安装钢闸门的条件。在以上整个过程中，除围堰基坑内形成干施工条件外，口门围堰钢支撑顺利换撑及拆除无疑是整个工程成功的保证。项目部在仔细分析了整个施工过程及要求后认为整个围堰钢支撑换撑及拆除过程中必须达到以下条件：钢闸门安装过程必须是干施工条件，所以钢支撑换撑及支撑拆除后基坑必须达到干施工的条件。由于口门门墩后侧4m范围内还要进行沉桩作业，所以换撑施工后不得影响后道沉桩工序施工，并且要为沉桩作业创造条件（沉桩操作平台）。支撑拆除过程必须与结构施工紧密结合，特别是门墩范围内钢支撑要尽可能整根拆除，以提高二次利用率。由于将来换撑的斜撑拆除必然在钢闸门安装后及闸门外围堰内放水平衡后进行，所以从经济性考虑要尽量减少水下切割作业。下面就整个口门围堰支撑拆除及换撑的技术策划及实施过程做一个简要的介绍，希望对以后类似工程的实施有所帮助。整体换撑及拆除思路：由于和门墩直接相靠的钢板桩围堰在支撑拆除后，可以依靠混凝土本体结构支撑作用，所以此部分支撑可直接拆除，无需换撑。真正要换撑的是口门前沿中心48m范围内的钢板桩及口门后沿的钢板桩。在综合分析了各种边界条件后，项目部决定在口门前沿采用钢斜撑换撑以抵御水压力、在口门后沿采用吹填砂抵消后方土压力的方法。以上方法主要依据如下：（1）前沿采用型钢斜撑可就地利用原钢支撑，以减少费用。后方采用吹填砂可形成将来陆上沉桩操作平台，同时吹填砂砂源丰富。技术准备2.1由于后方采用吹填砂抵消土压力，在拆除中间及最上面一道支撑前，砂基本上要吹填至相应的钢支撑下面，并且吹填砂的菱体顶部宽度大于6m，此时的工矿基本同钢支撑安装时相同，所以可以认为是安全的。2.2由于前沿基础底板上共有两道钢支撑，按常规应相应设置两道钢斜撑进行换撑。但仔细分析原支撑情况后发现第二道支撑的底标高为-1.7m，考虑到斜撑本体高度，所以换撑的支撑下口中心标高不能超过-2.4m，仅在底板上(标高为-3.28m)80cm，换撑的意义不大，如果将换撑的斜撑设置到中间支撑的上面，将极大的影响中间支撑的拆除。而且为保证将来拆除方便，换撑的斜撑均未采用电焊连接，所以安全上也存在问题。项目部在仔细分析及验算了钢板桩的受力情况后发现：如将混凝土底板及第一道钢支撑作为支点，钢板桩可以承受+4.5m以上的水位压力。为此决定在拆除中间一道钢支撑前不进行换撑的斜撑施工。第二道钢支撑拆除钢板桩强度验算如下：将左图简化为右图底板位置线荷载q1=ρ.g.h1×1.26=1.0×9.8×7.78×1.26×103=9.607×104N/m第一道钢支撑位置q2=ρ.g.h2×1.26=1.0×9.8×2.5×1.26×103=3.086×104N/m简化成集中力F2=3.086×（2+3.28）×104=1.629×105NF1=0.5×（9.607-3.086）×（2+3.28）104=1.722×105N产生的弯矩M1=F1.a.b/L=1.722×105×1.76×3.52/5.28=2.02×105N.mM2=1/4×F2.L=1/4×1.629×105×5.28=2.150×105N.m弯矩叠加为M=M1+M2=（2.02+2.150）×105=4.17×105N.mAZ26钢板桩的截面抵抗矩为W＝3280cm3钢板桩最大应力为σ=M/W=4.17×105×103/(3280×103)=127.13N/mm2≤210N/mm2（Q235抗弯强度设计值）所以钢板桩抗弯符合要求。在拆除第一道钢支撑前先设置换撑的斜撑，斜撑中心标高设置在原钢支撑下面（标高为+1.0m），经验算：此种情况下钢板桩可以承受+4.50m以上的水位压力。2.3.1第一道钢支撑拆除后H700型钢斜撑强度和稳定性验算如下：水压力计算：底板处水产生的压强P1=ρ.g.h=1×103×9.8×7.78=76244N/m2底板处集中线荷载F1=76244×7.78/2=2.966×105N/m单根钢板桩宽度为1.26m，则当两根钢板桩设一根支撑的水平反力为N1=2.966×105×7.78/3/3.78×1.26×2=5.128×105N换算成钢斜撑反力N=6.69×105N以H700型钢作为支撑H700型钢面积为A=2.058×104mm2型钢的毛截面惯性矩I=1/12[B.H3-（B-b）h3]=1/(12(0.3.0.73-（0.3-0.013）0.663)=1.7×10-3m4型钢截面回转半径为i=（I/A）0.5=(1.7×10-3/0.02058)0.5=0.287型钢的长细比λ=l/i=6/0.287=20.9型钢稳定系数Ψ=1/(1+λ/80)2=0.936型钢H700的稳定性验算N/Ψ.A=6.69×105/(0.936×2.058×104)=34.7≤210N/mm2（Q235抗压强度设计值）所以钢支撑抗压强度及稳定性符合要求2.3.2钢板桩抗弯强度验算支撑处的水压强为P=1.0×103×9.8×4.0=3.92×104N/m2支撑处水的线荷载为q=3.92×104×1.26=4.94×104N钢板桩悬臂最大弯矩为M=qL2/3=4.94×104×42/3=2.6×105N.mAZ26钢板桩的截面抵抗矩为W＝3280cm3钢板桩最大应力为σ=M/W=2.6×105/3280=7927N/cm2=79.3N/mm2≤210N/mm2（Q235抗弯强度设计值）所以钢板桩抗弯强度满足要求具体支撑拆除及换撑方案：3.1施工工艺流程详见下图：3.2第三道钢支撑的换撑及拆除由于第三道钢支撑直接浇筑在底板内，所以只要拆除露在口门结构后侧4m范围内的钢支撑。在口门底板混凝土浇筑结束、混凝土强度达到70％设计强度后，就可进行第三道钢支撑的换撑及拆除。拆除前在底板后沿吹填砂至第三道钢支撑下后就直接割除第三道钢支撑。3.3第二道钢支撑的换撑及拆除在门墩结构浇筑至-1.9m时(此标高正好为口门底板后侧顶标高)，口门后沿同样采用吹填砂至-1.9m（第二道钢支撑以下）。在混凝土强度达到70％设计强度后，就直接割除第二道钢支撑。详见下图：3.4第一道钢支撑的换撑及拆除第一道钢支撑拆除分两步进行：第一步：在门墩结构浇筑至+1.1m后，就对口门后沿吹填袋装砂及散砂至+1.1m标高（第一道钢支撑以下），回填砂顶宽为6m、坡度为1：1(将来作为陆上沉桩平台)，在混凝土强度达到70％设计强度后，就可拆除门墩范围内的钢支撑,此时还保留着中间48m范围内的钢支撑。继续施工门墩至设计标高+5.8m。同步施工换撑用的斜撑，斜撑底部撑在底板预留槽处，上部撑在钢板桩＋1.0m位置的钢支座上（该支座预先加工并焊接在钢板桩上）。为防止将底板混凝土撑碎，在混凝土上垫一块20mm的铁板。每两组钢板桩（2.52m）设置一根斜撑，总计18根。第二步：在口门前沿斜撑及后沿回填土施工结束、门墩混凝土达到安装钢闸门的强度后，就可拆除口门46m范围内的第一道钢支撑。如下图:经过以上换撑过程，三道钢支撑顺利拆除，并确保钢闸门安装处于干施工状态。4、拆除施工中还解决以下问题：4.1为保证将来钢支撑斜撑的水下拆除，整个斜撑杆与其他结构均无焊接连接。现浇口门底板上设置45°斜孔作斜撑支撑点，钢板桩上焊接斜撑支座保证支撑可反向拉出。4.2将斜撑支座分成两个单体，以使钢板桩拆除能顺利拔出(见下图)。4.3、船台底板上设两个700×500×300mm的吸水孔。使从钢板桩缝漏出的江水能基本排除干净，保证将来闸门安装的干施工状态。