淮河特大橋主橋大型深水基礎(chǔ)鋼套箱圍堰施工工法

1、京滬高速鐵路淮河特大橋主橋大型深水基礎(chǔ)雙壁鋼套箱圍堰施工工法關(guān)鍵詞：特大橋、深水基礎(chǔ)、鋼套箱、施工工藝中鐵12局京滬13項(xiàng)目部 李江峰1、引言京滬高速鐵路是我國(guó)中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃中投資規(guī)模最大、技術(shù)含量最高的一項(xiàng)工程，也是我國(guó)第一條具有世界先進(jìn)水平的高速鐵路，正線全長(zhǎng)約1318 km，橋梁長(zhǎng)度約1140km，大量的深水大跨徑橋梁建設(shè)快速發(fā)展，采用先進(jìn)的施工技術(shù),在保證安全、質(zhì)量的前提下，達(dá)到節(jié)省投資、縮短工期,又快、又好的建設(shè)好京滬高速鐵路是我們的目標(biāo)。京滬高速鐵路淮河特大橋主橋位于安徽省蚌埠市境內(nèi)，工程起訖里程為DK837+308.65DK837+806.26,橋址位于黃淮河沖擊平原，區(qū)內(nèi)地層

2、上部為黏性土及砂類土，下伏基巖為燕山期混合花崗巖。共有6個(gè)水中主橋墩（2106#2011#），承臺(tái)采用矩形承臺(tái)，承臺(tái)尺寸：15.2m×13.6m×4.0m，橋墩為圓端形變截面實(shí)體墩，梁部為（48+5×80+48）m連續(xù)梁，淮河流速快、洪水期的落差最大為10m, 經(jīng)過(guò)研究決定全部采用雙壁鋼套箱圍堰施工，利用鉆孔樁的定位護(hù)筒作為套箱下沉的作業(yè)平臺(tái)和定位、導(dǎo)向、固定設(shè)施。2、工法特點(diǎn)2.1雙壁鋼套箱圍堰既可作為承臺(tái)施工的隔水措施,同時(shí)又作為承臺(tái)施工的外模。2.2. 雙壁鋼套箱圍堰剛度好,施工簡(jiǎn)便,在接縫位置進(jìn)行焊接即可形成剛勁可靠的防水結(jié)構(gòu)。2.3.雙壁鋼套箱圍堰施工下

3、沉用水下吸泥法進(jìn)行, 不需要大量的機(jī)械設(shè)備，施工方法簡(jiǎn)便,降低成本,從而加快施工進(jìn)度。3、適用范圍雙壁鋼套箱圍堰適用于深水承臺(tái)施工,特別是采用鋼護(hù)筒定位的鉆孔灌注樁基礎(chǔ),可在鋼套箱下沉過(guò)程中利用鋼護(hù)筒作為套箱的定位、導(dǎo)向和固定設(shè)施適用。本工法中圍堰的下沉就充分利用了承臺(tái)中的8 根鋼護(hù)筒。4、工藝原理通過(guò)對(duì)橋址區(qū)地質(zhì)、水文情況的分析,對(duì)雙壁鋼套箱圍堰穩(wěn)定性、抗浮力、自身剛度等進(jìn)行檢算,從而設(shè)計(jì)出滿足要求的鋼套箱,利用臨時(shí)施工平臺(tái)進(jìn)行組裝,吊裝支撐系統(tǒng)下沉,下沉到位后進(jìn)行分倉(cāng)封底,從而達(dá)到套箱內(nèi)無(wú)水,實(shí)現(xiàn)承臺(tái)干施工的目的。5、施工工藝流程及操作要點(diǎn)5.1工藝流程具體步驟見(jiàn)圖1。5.2.操作要點(diǎn)5.

4、2.1.平臺(tái)的拆除、恢復(fù)與測(cè)量準(zhǔn)備工作鉆孔灌注樁施工完畢,拆除原承臺(tái)外圍的阻礙鋼套箱圍堰側(cè)模下沉的鋼管樁及平臺(tái)平聯(lián)部分,保留平臺(tái)鋼套箱圍堰中間的部分,再用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)找平承臺(tái)外圍的河床部位,防止在鋼套箱下沉到位時(shí),有較大的石頭或起伏過(guò)大的河床對(duì)頂住鋼套箱圍堰局部而發(fā)生傾斜。部分平臺(tái)的拆除與測(cè)量等準(zhǔn)備工作穿插進(jìn)行。鋼套箱圍堰外側(cè)的平臺(tái)最外側(cè)兩排鋼管樁應(yīng)予以保留和補(bǔ)充;同時(shí),剩余平臺(tái)在樁基鋼護(hù)筒上口按支架吊點(diǎn)系統(tǒng)要求進(jìn)行縱橫向工字鋼連接,將承臺(tái)點(diǎn)全部轉(zhuǎn)移到鋼護(hù)筒上。.鋼套箱圍堰加工與試拼裝鋼套箱圍堰由側(cè)板、吊裝支撐系統(tǒng)、導(dǎo)向定位系統(tǒng)及分隔倉(cāng)組成。按設(shè)計(jì)要求在專用加工場(chǎng)地由專業(yè)人員進(jìn)行加工,加工完成后

5、,首先在加工場(chǎng)地內(nèi)試拼裝,檢驗(yàn)產(chǎn)品加工質(zhì)量,如剛度、平整度、接縫錯(cuò)臺(tái)、接縫嚴(yán)密性等是否滿足要求,如果不滿足,必須修整再次試拼裝,直到達(dá)要求后,方可拆除,分塊通過(guò)平板車運(yùn)輸至水中作業(yè)臺(tái)上。.鋼套箱圍堰下沉的主要工序鋼套箱圍堰下沉順序?yàn)?拼裝側(cè)模的第一節(jié)在側(cè)模內(nèi)側(cè)焊接導(dǎo)向定位系統(tǒng)在平臺(tái)上安設(shè)吊點(diǎn)支架拆除原承臺(tái)外圍的鋼管樁及阻礙鋼套箱圍堰側(cè)模下沉的平臺(tái)部分下沉第一節(jié)鋼套箱拼裝及下沉第二節(jié)側(cè)模拼裝及下沉第三節(jié)側(cè)模拼裝及下沉第四節(jié)側(cè)模拆除平臺(tái)及拔除平臺(tái)內(nèi)的鋼管樁水下混凝土封底邊抽水邊焊接圍堰內(nèi)及鋼管內(nèi)支撐承臺(tái)施工。. 鋼套箱圍堰的拼裝、定位、下沉.1.鋼套箱圍堰的拼裝搭設(shè)鋼套箱圍堰拼裝平臺(tái)及吊裝平臺(tái)，設(shè)

6、置懸吊下沉系統(tǒng)。在拼裝平臺(tái)上測(cè)量放樣，以便控制鋼套箱的平面位置。在主護(hù)筒上設(shè)置鋼套箱下沉導(dǎo)向，導(dǎo)向采用型鋼制作，導(dǎo)向與鋼套箱圍堰之間的間隙采用35cm，導(dǎo)向長(zhǎng)度為68m。拆除外側(cè)的鉆孔平臺(tái)支架在鋼護(hù)筒頂焊鋼套箱支架系統(tǒng)拼裝套箱側(cè)板（邊拼邊支撐穩(wěn)固）套箱內(nèi)部導(dǎo)向系統(tǒng)下沉鋼套箱拔除鋼管樁、找平鋼套箱圍堰內(nèi)河床搭設(shè)封底混凝土灌注平臺(tái)及下導(dǎo)管灌注封底混凝土鋼套箱和圍堰內(nèi)抽水割導(dǎo)管、鑿樁頭、驗(yàn)樁綁扎承臺(tái)底層鋼筋布置散熱管、搭管架綁扎承臺(tái)頂層鋼筋綁扎墩身與破冰棱伸入承臺(tái)鋼筋澆筑承臺(tái)混凝土通冷卻水養(yǎng)護(hù)驗(yàn)收承臺(tái)混凝土拌合運(yùn)輸混凝土原材料檢驗(yàn)混凝土拌合運(yùn)輸鋼筋加工運(yùn) 輸圖1 鋼套箱施工工藝流程圖利用平板車將鋼套

7、箱運(yùn)輸至墩位后進(jìn)行底節(jié)鋼套箱的拼裝。每條接縫均采用雙面焊縫，焊縫寬度及厚度應(yīng)滿足規(guī)定要求。為了確保接縫的焊接質(zhì)量，在每條豎向接縫上再貼15cm寬的鋼板條并焊拉牢固、密實(shí)。按照拼裝底節(jié)的相同程序拼裝第二節(jié)鋼套箱。水平接縫的焊接要求與豎向接縫相同。.2.鋼套箱圍堰的定位鋼套箱圍堰的導(dǎo)向裝置分上下層定滑輪裝置，每層為8個(gè)，下層定滑輪安裝在第一節(jié)鋼圍堰上，安裝在離刃腳高2.2m隔艙翼板上。根據(jù)鋼護(hù)筒的傾斜度及鋼圍堰下沉的深度，確定滑輪與鋼護(hù)筒之間的距離為80mm，上層導(dǎo)向定滑輪安裝在四個(gè)角上的主護(hù)筒上，標(biāo)高比施工水位高50mm。.3.鋼套箱圍堰下沉鋼套箱圍堰下沉采用加重和圍堰內(nèi)高壓射水、吸泥除土的方法

8、。加重的方式可采向鋼套箱隔艙灌水和砂，主橋鋼套箱圍堰下沉示意圖見(jiàn)圖2-1,圖2-2，圖2-3。在鋼套箱接高節(jié)段完成后，就向鋼套箱的隔艙加水，水要對(duì)稱施加，避免造成偏壓導(dǎo)致鋼套箱傾斜，一般下沉1.0m觀察一次平面位置及垂直度。利用位于鋼套箱中心桁架平臺(tái)上安裝的5t雙臂軌道式旋轉(zhuǎn)吊機(jī)，雙臂對(duì)稱起吊吸泥機(jī)，進(jìn)行吸泥，可不變幅沿堰周吸泥。鋼套箱圍堰下沉中隨時(shí)掌握土層變化情況，作好下沉量、傾斜和偏位的測(cè)量，控制圍堰周附近除土量，注意糾偏，使圍堰均勻平穩(wěn)地下沉。在吸泥過(guò)程中，要連續(xù)向圍堰內(nèi)加水，盡量使圍堰內(nèi)水位不低于堰外，防止翻沙。圖2-1 主橋鋼套箱下沉示意圖圖2-2 主橋鋼套箱下沉示意圖圖2-3 主橋

9、鋼套箱下沉示意圖當(dāng)鋼套箱圍堰下沉到離標(biāo)高以上2m左右時(shí)，控制刃腳隨近除土量，注意調(diào)平圍堰，避免圍堰發(fā)生突然大量下沉或大的偏斜，難以下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高。對(duì)于高底刃腳的鋼套箱下沉，刃腳進(jìn)入覆蓋層后，因入土部分側(cè)面積不同，摩阻力不同，以致長(zhǎng)刃腳一側(cè)不易下沉，圍堰易向短刃腳一側(cè)偏斜，故下沉?xí)r先在鄰近高刃腳一側(cè)井孔內(nèi)取土，以減小偏斜。然后在井內(nèi)對(duì)稱取土。在第二、三、四節(jié)鋼套箱拼裝前，收緊葫蘆，讓其受一定的力，鋼套箱的拼裝順序與第一節(jié)的拼裝有區(qū)別，第二、三、四節(jié)的拼裝要考慮葫蘆的平衡受力，拼裝時(shí)須分節(jié)段循環(huán)對(duì)稱拼裝，同時(shí)為減輕葫蘆的受力，用水下吸泥法邊拼裝邊整體平衡下放。 圖3 鋼套箱圍堰內(nèi)吸泥下沉.鋼套箱圍

10、堰混凝土封底。.1.鋼套箱圍堰封底砼計(jì)算.1.1.基本參數(shù)封底砼厚度：3.5m，標(biāo)號(hào)C20、彎曲受壓，彎曲受拉，粘結(jié)力。.1.2.護(hù)筒粘結(jié)力G粘+G砼F浮G砼 = 2.3×(15.4×13.8-8××2.52)×3.5+604=1050.3t （封底砼自重+圍堰自重）F浮 =17.5× (16.6×18.2-8××2.52) = 2538.2t8××2.5×(3.5-0.5)×+1050.32538.2得：7.89t/m2 (封底混凝土與鋼護(hù)筒容許粘結(jié)力按10 t/

11、m2計(jì)) .1.3.封底砼應(yīng)力鋼套箱圍堰內(nèi)封底厚3.5m。封底混凝土底部受到向上的水壓力，大小P=17.5×10=175 Kpa通過(guò)有限元計(jì)算得到封底混凝土的最大壓應(yīng)力為1.15Mpa6.8MPa。封底混凝土應(yīng)力滿足要求。.2.封底混凝土的施工采用水下灌注方式進(jìn)行混凝土封底，泵送混凝土法多點(diǎn)快速灌注,整個(gè)封底利用3 排(每排4 根)12 根導(dǎo)管,根據(jù)計(jì)算首盤混凝土方量,加工大型儲(chǔ)料斗,按水下混凝土灌注方法進(jìn)行封底。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,為方便施工,混凝土灌注采用從下游端開(kāi)始依次倒移向上游前進(jìn)施工。整體要求:在灌注混凝土過(guò)程中,要連續(xù)、多點(diǎn)、由下游向上游快速澆筑?；炷恋奶涠瓤刂圃?8

12、cm20 cm,必要時(shí),可摻加粉煤灰或高效緩凝劑,以提高混凝土的流動(dòng)性、延長(zhǎng)混凝土的初凝時(shí)間。為保證封底混凝土與鋼護(hù)筒壁間的粘結(jié)力,在封底前,用特制的鋼絲刷將封底混凝土范圍內(nèi)的鋼護(hù)筒外壁表面附著物清除干凈。封底混凝土采用C30抗侵蝕混凝土,在澆筑過(guò)程中,須嚴(yán)格控制混凝土各點(diǎn)的分布厚度,確保封底混凝土的質(zhì)量。在封底過(guò)程中,為了避免水位壓力差破壞尚未達(dá)到強(qiáng)度的封底混凝土,在河水面以上5cm10cm處的套箱壁割除直徑為20cm孔洞,從而保證套箱內(nèi)水位與河道水相平,并要求2天后及時(shí)將其孔洞進(jìn)行堵焊或用一臺(tái)水泵根據(jù)水位差值進(jìn)行跟班抽水。圖4 水下封底混凝土施工6、質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)6.1.所有材料必須符合設(shè)計(jì)要求和國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。6.2.焊接質(zhì)量應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。6.3.鋼套箱圍堰焊縫必須進(jìn)行經(jīng)過(guò)專人檢查合格后可進(jìn)行下沉作業(yè)。6.4.鋼套箱圍堰下沉就位后平面位置誤差應(yīng)控制在±5