上海長江大橋工程鋼套箱施工工藝

1、上海長江大橋工程鋼套箱施工工藝1.2 自然條件擬建橋址場區(qū)地貌類型陸域和近岸處為河口、 砂咀、 砂島和沙灘地貌，水域為河床、江心暗砂地貌。北港水域江底呈現(xiàn)南北兩個水道。 南水道寬約 4.2 公里， 呈 寬狀U字形，水深1618m0工底略有起伏，幅度約34m;北 水道寬約800項最大水深約16m.(1) 水文 潮汐(堡鎮(zhèn))實測最高潮位:5.67m(81.9.1)實測最低潮位:-0.19m(69.4.5)平均高潮位:3.33m平均低潮位:0.86m高潮累計頻率10%潮位 :4.10m低潮累計頻率90%潮位 :0.52m 潮流橋區(qū)漲潮平均流向穩(wěn)定在 294314之間，流速在0.3 0.88m/s之間

2、，漲急流向基本穩(wěn)定在 297324之間，流速在 0.541.86m/s之間；落潮平均流向基本穩(wěn)定在 137314之 間，流速在0.421.14m/s之間，落急流向基本穩(wěn)定在 140 144之間，流速在 0.931.64m/s 徑量和潮量長徑流量豐沛，大通站(距河口640km)多年平均徑流量為29500m3/s,多年平均洪峰流量為 56200m3/s,最大洪峰流量為92600m3/s (1954),最小枯水流量為 4620m3/s(1979)。每年 5 10月為洪季，11月次年4月為枯季，洪水下泄水量占全年的71.7%。 波浪外高橋?qū)崪y大波高3.2m,方向為NNW相應周期為4.8s,風速為 25

3、m/s。 氣象橋區(qū)屬亞熱帶海洋性季風所候，冬冷夏熱，四季分明；春季多霧， 夏季常受臺風影響， 冬季偶爾降雪， 氣候溫和， 雨量充沛。長江口地區(qū)屬東亞風區(qū)， 以偏北風和東南偏南風為多， 西南偏西風出現(xiàn)最少。風向隨季節(jié)面變化，48月盛行南向風，其中7月以南向偏東風為多，11月翌年2月盛行偏北風。實測十分鐘平均最大風速均為 25.0m/s 。二 鋼模板結(jié)構(gòu)初步設(shè)計以 70 米跨承臺鋼套箱為例進行鋼套箱設(shè)計，鋼套箱的主要組成部件包括：鋼套箱側(cè)壁、鋼底板、鋼扁擔、其他配件(封孔板、透水管、通電線管、拉壓桿、護欄等)。所有鋼套箱側(cè)壁均采用單壁結(jié)構(gòu)，分片加工，各片之間、側(cè)壁與底板之間均采用螺栓連接。套箱側(cè)壁

4、高5.0m,其中70米跨正常段模板平面尺寸12.34mX 7.4m）的結(jié)構(gòu)為：面板采用8 =8mm 鋼板，豎向圍囹采用16a槽鋼，圍囹間距為500mm水平橫圍囹直 片段分內(nèi)外兩層,內(nèi)側(cè)采用14a,間距500mm外側(cè)采用20a,間距 1000mm弧線段水平橫圍囹采用8=12mn板，弦寬220mm間距500mm。 扁擔梁采用雙層桁架結(jié)構(gòu), 在扁擔梁與側(cè)壁連接處、 側(cè)壁吊點處局部豎圍囹采用 40a 槽鋼進行加強。套箱側(cè)壁模板立面 圖如下 :套箱側(cè)壁連接采用分片制作拼裝 , 在拼接處采用 40a 豎圍囹 , 同時槽鋼外墊 8 =12mmfW板，中間設(shè)t=15mm厚、寬50mmi勺遇水 膨脹橡膠條,連接

5、件通過M24不銹鋼螺栓連接,連接示意圖如下：大套箱扁擔梁采用雙層桁架結(jié)構(gòu),桁架高2350mm上下弦桿 采用雙拼 28a, 立桿采用雙拼20a, 斜拉桿采用雙拼10a 加工。桁架節(jié)點焊接采用節(jié)點板連接。桁架立面圖如下 :套箱底板采用鋼底板與桁架連接工藝。鋼底板采用5 =8mm.鋼板，主梁采用雙拼28,次梁采用16a o底板裙板采用5 =12mm. 鋼板，裙板與底板直角位置設(shè)置8 =12mmJ口強板，間距1000mm鋼套箱底板采用拉桿與鋼桁架連接, 拉桿采用雙拼10 槽鋼 , 材質(zhì)為Q235,側(cè)壁與底板連接采用 M24不銹鋼螺栓。鋼套箱底板平 面布置圖如下 :三 鋼模板結(jié)構(gòu)設(shè)計計算計算模型本次承臺

6、鋼模板內(nèi)力分析計算， 采用的是美國通用有限元分析程序ALGOI93,整個橋墩承臺鋼模板的有限元模型共劃分了8批單元，均采用Q235。第 1 批：鋼扁擔梁上、下弦桁架的梁單元，均為 228a ；第 2 批：鋼扁擔梁立桿、斜桿、支撐桿的梁單元，分別為220a ， 228a,10 ；第3批：側(cè)壁的水平梁系，10道14a,5道20a,1道28a ;第4批：側(cè)壁的的垂直梁系 52道16a,12道228a ;第5批：鋼套箱側(cè)壁的鋼側(cè)板殼單元，8mmiW板；第6批：鋼套箱底板加強梁系，由若干道 228a和16a的槽鋼組成；第7批：鋼套箱底部鋼底板的殼單元，8mmiW板；第 8 批： 12 根扁擔梁與底板連接

7、的拉壓桿， 12 根 210 ；圖 1 套箱有限元空間分析模型示意圖計算工況通過分析本次計算主要考慮了 11 種工況，其中工況1 為起吊工況，工況2 至 6對應套箱 12.34m 向側(cè)壁垂直波向的工況，711 工況對應套箱 7.4m 向側(cè)壁垂直波向的工況，下面只具體描述了工況 26， 工況 711 的其它計算條件同工況26， 只是套箱的迎浪面調(diào)轉(zhuǎn)了90 度。工況 1：套箱的整體吊裝工況，采用 4 點吊（參看圖 1），考慮動力系數(shù)為1.3 ；工況 2： 尚未澆注混凝土底板, 約束條件在扁擔梁下弦桿的 8個樁頭處；自重分項系數(shù)1.2;工況 3：尚未澆注混凝土底板, 遇到平均潮位 2.52m,2 年

8、一遇的波浪及水流力， 約束條件在扁擔梁下弦桿的 8 個樁頭處； 自重分項系數(shù)1.0 ，波流力分項系數(shù)1.5; 工況 4：封底抽水前, 澆注了 1.0m 混凝土底板（ 尚沒有強度） ，遇到平均潮位 2.52m,5 年一遇的波浪及水流力， 約束條件仍只在扁擔梁下弦桿的 8 個樁頭處；自重分項系數(shù)1.0 ，波流力分項系數(shù)1.5; 工況 5：封底抽水后 , 已澆注了 1.0m 混凝土底板, 遇到 10 年一遇的波流力及相應的靜水壓力， 約束條件在扁擔梁下弦桿及混凝土底板的的 8 個樁位處，自重分項系數(shù)1.0 ，靜水壓力分項系數(shù)為： 1.05 ，波流力分項系數(shù) 1.5; 工況 6： 封底抽水后 , 已澆

9、注了 1.0m 混凝土 , 遇到20 年一遇的波流力及相應的靜水壓力，約束條件在扁擔梁下弦桿及混凝土底板的的 8 個樁位處，自重分項系數(shù)1.0 ，靜水壓力分項系數(shù)為： 1.05 ，波流力分項系數(shù)1.5;與波浪力組合時由于考慮的是波浪力的波峰狀態(tài)，波浪力為水平壓力和浮托力 , 此時套箱的自重為有利作用 , 因此分項系數(shù)取為 1.0;封底抽水前的支撐點在扁擔梁下弦桿的 8 根樁頭處， 封底抽水后的支撐點除扁擔梁下弦桿的 8 根樁頭處外，在1.0m 的混凝土底板樁的位置也做了三個方向線位移的約束（參看后面的圖7）。鋼套箱各部分構(gòu)件的受力狀況是向內(nèi)力減小的方向變化，因此這里只計算了底板1.0m 厚的情

10、況。計算結(jié)果6種工況中的控制工況是工況3和工況 6； 即當鋼套箱的扁擔梁擱置在基樁上， 尚沒有澆注混凝土底板， 此時遭遇 2 年一遇波浪； 以及澆注混凝土底板并已經(jīng)形成強度， 與基樁抱緊后遭遇 20 年一遇的波浪作用這兩種工況。圖 3 工況 3沒澆混凝土底板前遭遇2年一遇波浪超應力部位示意圖圖5 工況5 、 6 澆底板后外荷及邊界條件示意圖從工況2 至 5 的計算結(jié)果分析，應力較大的部分主要集中在兩個部分：一是扁擔梁上弦桿與側(cè)壁梁的連接部位包括扁擔梁的懸臂部分和側(cè)壁梁的相應部位， 二是扁擔梁與底板加強肋的連接拉壓桿。 扁擔梁上弦桿與側(cè)壁梁的連接部位的應力較大是由于這里的點連接方式引起了應力集中

11、現(xiàn)象； 拉壓桿的應力較大是由于在整個鋼套箱中， 特別是尚沒有澆注混凝土底板之前， 鋼套箱的自身剛度不是很大， 拉壓桿的應力狀態(tài)十分復雜； 由于此桿兼有壓桿的作用， 在兩端均與其它構(gòu)件剛接， 因而在拉壓力之外，還承受彎矩的作用， 從而使得桿兩端的應力較大， 并已超過 Q235的設(shè)計應力， 考慮到拉壓桿兩端受力條件的惡略， 單純的加大斷面，由于將要分擔更多的內(nèi)力，因此也不是很好的選擇，最好的方法是將拉桿的材質(zhì)改為Q345,并注意與兩端的焊接質(zhì)量。 分析工況 6 的計算結(jié)果， 在澆注完 1.0m 厚的混凝土底板后抽干水，如按此時遭遇20 年一遇的波浪設(shè)計，側(cè)壁水平及垂 直梁系的許多部位都會出現(xiàn)應力超

12、標的現(xiàn)象。 需要對其設(shè)計斷面做較大的加強。 如此處理方法可能并不是十分經(jīng)濟。 變通的方法是盡量縮短箱內(nèi)抽干水的時間，以避免該種設(shè)計狀況的出現(xiàn)。4除去拉壓桿、扁擔梁上弦桿與側(cè)壁梁的連接部位外，其它構(gòu)件的應力狀態(tài)在各種工況下均滿足設(shè)計要求， 對于上述的兩個薄弱環(huán)節(jié)在使用中要多加注意或逐漸改進， 以防止在反復使用中由于應力較大造成局部的疲勞破壞。四 鋼套箱模板施工流程及主要施工工藝、操作要點鋼套箱模板施工流程鋼套箱模板制作鋼套箱模板分片制作模板在固定的弧形或平板胎具上制作, 胎具采用 40a 、 L100角鐵等材料制作。 單個鋼套箱側(cè)壁模板分12 片加工 , 加工時根據(jù)單片設(shè)計尺寸在底胎上將面板焊接

13、成一整體, 弧形段用手拉葫蘆將面板與底胎拉緊使之重合,然后通過在面板內(nèi)側(cè)焊接U形板背楔子與胎具上的型鋼連接加固 , 龍門吊將主次梁按照各自位置擺放 , 檢測面板平整度符合要求后依次焊接主次梁 , 焊接時注意焊接順序 , 控制焊接過程的模板變形。每片制作完畢后對模板面進行打磨清洗后 , 涂刷脫模劑。鋼底板制作鋼底板在碼頭前沿底胎上制作, 根據(jù)承臺尺寸在底胎上放樣鋪設(shè)底板及焊接主次梁, 焊接完畢后 , 根據(jù)現(xiàn)場實測樁位開孔 , 開孔時考慮15cm左右的富裕量。鋼套箱拼裝拼裝鋼套箱拼裝在多功能駁上的拼裝平臺上進行。 首先將鋼底板拼裝好， 然后分別吊裝側(cè)壁， 吊裝前側(cè)壁與底板連接處粘遇水膨脹橡膠止水條

14、， 用手拉葫蘆和千斤頂使側(cè)壁與底板、 側(cè)壁彼此之間貼緊，保證側(cè)壁與底板垂直，側(cè)壁面板之間無錯牙，然后用氣割在底板上開螺栓孔， 擰緊螺栓。 為防止鋼套箱側(cè)模板溫度變形，側(cè)模板拼接縫預留10mm訶隙，拼裝時加墊15mnff膨脹橡膠止水條。 拼接時為防止混凝土進入螺栓保證拆除螺栓順利， 螺栓外露部分抹黃油包塑料布后用塑料管套好。 調(diào)整套箱上口尺寸， 確保無誤后擰緊側(cè)壁螺栓。( 2)扁擔梁安裝扁擔梁的安裝質(zhì)量直接影響套箱安裝偏差的控制， 因此扁擔梁的安裝標高和位置應嚴格控制。必須保證扁擔梁的制作質(zhì)量，扁擔梁組裝成型后， 在套箱側(cè)壁的連接盒處測放扁擔梁的安裝邊線，并焊接限位板，然后整體吊裝扁擔梁，安裝完

15、畢后應校核扁擔梁位置，確保無誤后電焊可靠連接。扁擔梁應與底板平行，以免吊裝后套箱與底板不垂直，影響套箱安裝精度。鋼套箱安裝測放安裝線、焊接安裝用導向板使用RTK-GPSE樁上測放套箱安裝線。測放時根據(jù)鋼桁架下弦桿槽鋼外邊在支撐鋼樁處測放安裝線, 在鋼樁上用三角進行標記。 測放時考慮鋼桁架安裝偏差的影響。 安裝線放設(shè)完畢后焊接導向板,導向板采用5 =12mmiw板，在預定的套箱位置控制樁上根據(jù)扁擔梁安裝線焊接, 分別控制套箱順橋軸線和垂直橋軸線兩個方向。套箱及封孔板安裝套箱安裝采用 150t 起重船。 套箱鋼底板作為主要受力結(jié)構(gòu)，在鋼套箱加工時必須嚴格控制施工質(zhì)量。 套箱安裝選在低潮汛期進行，

16、當露出樁頂即開始起吊安裝。 套箱安裝時將桁架梁外側(cè)依預先焊接好的導向下放， 就位后進行復測合格后對套箱桁架進行加固。 套箱安裝完畢后潛水人員進行封孔板的安裝， 安裝時封孔板與鋼樁之間加墊遇水膨脹膠條， 同時底板與封孔板用壓杠連接好。五 施工過程中遇到問題及解決方案套箱安裝精度控制在套箱安裝精度要求很高的情況下 , 由于鋼桁架安裝精度較難控制 , 因此鋼桁架安裝完畢后要進行偏位實測 , 并根據(jù)實測數(shù)據(jù)對安裝線進行調(diào)整并據(jù)此焊接限位板, 以保證套箱的平面偏差滿足規(guī)范要求。水下鋼抱箍安裝困難由于套箱底板在低潮時仍不能露出水面， 水下安裝時抱箍與鋼樁、底板主次梁間為減少抱箍安裝時與鋼樁碰撞, 鋼抱箍安

17、裝前在陸地對抱箍進行試安， 在底板加工場地制作同斜率的鋼樁放置在相應位置, 安裝鋼抱箍, 對不合適地方進行處理， 并對抱箍進行標號， 安裝時對號入座。 水上安裝抱箍完畢后使用壓杠通過預埋在底板的螺絲將封孔板與底板連為一體。鋼模板側(cè)壁處理鋼套箱安裝后需經(jīng)過15d20d左右一個周期,在潮差段潮漲潮落 , 濕度非常大, 特別是封底砼澆筑完畢后內(nèi)部干施工 , 空氣流通困難 , 加上內(nèi)部氣溫、日照、電氣焊作業(yè)以及澆筑砼的水化熱升溫 , 導致套箱內(nèi)部高溫度高濕度, 對套箱腐蝕非常大, 同時在澆筑封底砼前對套箱本身直接沖刷 , 綜合上述問題, 普通脫模劑不能滿足實際使用要求, 通過多次調(diào)研尋找, 采用三旗模板漆, 該漆涂膜堅硬 , 光澤豐滿 , 耐水耐磨 , 防銹防腐 , 很好的解決了模板銹蝕問題 , 同時砼結(jié)構(gòu)也披上了美麗的外衣。模板底口止水處理模板安裝后由于砼自身收縮及在水流、波浪等外力影響下 ,結(jié)構(gòu)砼與套箱側(cè)壁出現(xiàn)空隙, 底口螺栓松動或者膨脹膠條壓縮不緊 , 江水沿著縫隙進入