钢套箱施工方案

隔蒲潭特大桥水中承台钢套箱施工方案隔蒲潭特大桥跨越府河的17#、18#、19#墩为水中墩，17#、18#墩处在河道中心，水深且流速大，采用钢套箱施工。套箱施工安排在常水位+1m时施工。17#、18#号墩承台长12.9m，宽9.4m，承台底面高程分别为15.62m、14.93m，常水位22.29m，以18#墩为例，设置套箱底面标高14.13m，套箱侧板作为承台外模。钢套箱设计总体设想结构设计根据承台底标高（14.93m）以及常水位（22.29m），套箱高度至少8.5m，考虑汛期因素，套箱实际高度定为9m。一般钢套箱隔水模板的形式主要有单壁和双壁两种形式，鉴于单壁模板节省材料、自重轻、加工方便以及装拆方便等优点，采用单壁模板。由于模板加工精度要求较高，现场加工有难度，故采用工厂加工后运抵现场拼装，因此考虑到运输环节因素，整套模板在平面分成13块小模板。1.4根据现场起重安装能力，套箱模板在竖向分成3m、3m、3m三节。详见“钢套箱图”钢套箱构造简介根据钢套箱的使用功能，可以将整套套箱分为底模、侧模、内撑、绑定装置以及定位固定装置等五部分。侧板部分包括侧板、竖肋，侧面水平加强板、止水带、水平整体加强型钢等五个方面组成。每节侧板采用10mm厚钢板，竖肋采用8#槽钢@50cm，水平加强板采用100mm宽6mm厚钢板，共布置6道（每60cm一道）组合式侧板的拼装处采用Z75x75x6等边角铁，连接用的螺丝采用T螺栓@20cm，两螺丝间用6mm钢板焊接加强，因连接处是整个侧板薄弱环节，所以用16#型钢进行外围加强，整体型加强型钢设两道，分别处在两节连接的位置上。详见“钢套箱侧模图”2.2侧板稳定性分析对套箱侧板的受力分析及设计依据如下：套箱作为组合式钢模板，施工中两个阶段受力情况为：下沉就位，封底结束抽干水后，侧板受外部水压力作用；扎钢筋结束，浇注砼过程中，侧板既受外部水压力作用，又受内部砼挤压力作用，但两种力方向相反，可互相抵消一部分力，现假设有第三种情况，即在陆地上进行承台施工，则此时钢模板受内部砼挤压力即为最不利情况受力。2.2.2下面就以第三种假设情况来进行受力分析，验算其稳定性。强度验算2.2.2.1竖肋8#槽钢@50cm（以上节侧板为例），水平间距@60cm，可简化为简支梁计算。如图1q单位：mm图12.2.2.2荷载计算新浇砼对模板的侧压力为Fl=0.22ytBBvi/2=0.22x24x6x1.2x1.15x0.2191/2=20.46kN/m2c0 1 2F=yH=24x2.5=60kN/m2c式中：F—新浇筑混凝土对模板的最大侧压力（kN/m2）;y—混凝土的重力密度（kN/m3）；ct—新浇混凝土的初凝时间（h）,可按实测确定。0v—混凝土的浇注速度（m/h）;H—混凝土侧压力计算位置处至新浇筑混凝土顶面的总高度（m）;――外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取1.0；掺具有缓凝作用的外加剂时取1.2；D—混凝土坍落度影响修正系数，当坍落度小于30mm时取0.85;当250~90mm时，取1.0；110~150mm时，取1.15。取较小值Fl=20.46kN/m2为侧压力标准值。因此，新浇砼对模板的压力设计值F1'=1.2x20.46x0.85=20.87kN/m2倾倒砼产生的侧压力标准值，查表得6kN/m2，其设计值F2'=1.4x6x0.85=7.14kN/m2所以侧压力合计为F=F1'+F2'=28.01kN/m2。竖肋8#槽钢所承受的均布荷载q=bF=0.5x28.01=14.005N/mm强度计算从表查得8#轻型槽钢的净截面抵抗矩为W=10.98x103mm3,M=QL2/8=14.005x6002/8=630225Nmm。&=M/W=630225/10980=57.4MPa<[f]=215MPa,故强度满足要求。2.2.2.4挠度验算验算挠度所采用的荷载为均布荷载q=14.005kN/m=14.005N/mm,又知E=2.06x105,I=43.92x104mm4,故挠度w=5qL4（384El）=0.26MM<0.26[w]=L/500=600/500=1.2MM,故挠度满足要求。2.2.4整体稳定性分析府河水流流速v=3.5m/s,计算时应考虑静水压力与动水压力的综合应力。由于套箱上下两节（下1.7m+上3m）侧板通过T20螺栓@20cm连接（受力分析见后经验算符合要求），且套箱内部通过双榀槽钢支撑加固，以加强整体钢性，故可将单侧侧板近似看作整块板来进行受力分析。下面分别对螺栓的安全稳定性及内部加撑位置作出详细计算说明：两节侧板连接处剪力对螺栓的破坏力最大。而最下面连接处为最不利连接，故以最下两节连接验算。可根据连接处剪力平衡求得作用在螺栓上的横向剪力N。由T20螺栓@20cm可知，侧板连接处所用螺栓数量为n,即得每个螺栓所受的平均剪力均分为N/n。计算出螺栓横向剪力并与许用应力[fb]=130MPa想比较，v验算是否安全。以9.4m宽侧板为例(迎水流侧考虑流水压力)静水，压力p=pghA=lx103x9.8x2.58*5.16*9.4=1226.375kN;动水，压力P=krV2A/2g=1x1x10x3.52X(5.16*9.4)/(2x9.8)=303.15kN2wp—水的密度1x103g/cm3；k—矩形钢板系数取1.0;h—受压面形心点淹没深度；g—重力加速度9.8m/s2；r—水的容重10kN/m3；wA—受压面面积。由刀fv=0得每个螺栓受的平均剪力为N'=N/n=(P+P)/47=32.543kN12f=32.543x103/(3.1416x0.012x106)=103.587MPa<[fb]=130MPavv以12.9m宽侧板为例(顺水方向只考虑静水压力)静水，压力P=pghA=1x103x9.8x2.58*5.16*12.9=1683.003kN由刀fv=0得每个螺栓受的平均剪力为N'=N/n=P/64=26.297kNf=32.543x103/(3.1416x0.012x106)=83.706MPa<fb=130MPavv2.3.底板底板采用6mm厚钢板，对应于桩拉开空，孔径比桩径略大，底板纵横肋采用8#槽钢，桩孔盖板采用6mm厚钢板，加工时从受力需要考虑，做成方形，尺寸比孔径大20cm开孔时视实际情况而定。具体尺寸详见“钢套箱底板图”。在安装装位前，要在底版桩孔边粘贴一圈海绵（截面积20x50mm）,待桩孔盖板盖上后，利用盖板自重和封底砼重力将其压紧，为防止漏浆盖板与桩身间的间隙可用木楔块充填，以确保止水效果。3．悬吊系部分桩顶吊杆和临时悬吊体系两个部分组成。钢套箱制作完成在沉放时的悬吊体系，它是通过焊接在底板肋上的8个起重吊点（吊葫芦、支撑于钻孔桩上部的8个①300钢管柱以及横向焊接于上部的30#双榀槽钢组成）承担套箱起吊安装时的自重，起重吊点用①25圆钢做成半环状（半圆状）焊接在底板主肋上。4．钢套箱安装检查组装好的钢套箱，首先画出纵横轴线，并在钢套箱外侧作好标识-拼接缝处理-进一步检查-架设测量仪器-启动起重设备，提起钢套箱10-20cm—再作一次全面检查，并拆除制作平台-启动起重设备放下套箱直至下沉到设计高程-精确测量用定位绳纠正平台位置并进行固定-固定悬吊系-安装防变形支（拉）撑-潜水员对桩孔盖板进行检查-安装结束。5．浮力的克服在最不利的情况下套箱的浮力为：12.9x9.4x8.16（水下深度）=989.482t封底后的套箱结构自重：砼重：12.9x9.4x0.8x2.5=242.52t套箱自重：10mm钢板37.353t;8号槽钢13.612及6mm厚加强板由上可知尚有705.332t左右的浮力有待于克服。浮力只要依靠钻孔桩内e28钢筋(布置于外侧10根桩内，每根桩8根)与套箱压顶槽钢焊接以及钻孔桩与封底砼的锚固等来解决。理论计算依据如下：在浮力临界状态时，每根钢筋所受的拉力为：T=7053.32/40=89.4KNo=Tx103/(n/4x282)=145.19MPa<[o]=170MPa故钢筋满足安全要求，即浮力可得以克服。6.套箱封底套箱就位后先将环形钢板由桩顶缓缓下沉至底模上，将预留孔与桩身之间的空隙覆盖，再由潜水员进入套箱将环形钢板与底模连接成整体，并用小沙袋将所有缝隙塞实。根据施工经验，封底混凝土最好分两次进行，第一次浇灌至距封底顶面50cm处，待混凝土达到80％强度