船臺口門圍堰支撐換撐及拆除

船臺口門圍堰支撐換撐及拆除某船臺長310m,寬86m，是目前國內(nèi)最大的船臺工程。船臺口門圍堰（86×28m）采用AZ26鋼板樁，由于圍堰基坑較深（口門底板底標(biāo)高在水面以下近10m）根據(jù)設(shè)計(jì)要求在口門圍堰（86×28m）鋼板樁封閉后，再從上到下邊降水邊安裝三道鋼支撐，以抵御圍堰四周水壓力。船臺詳見下圖：根據(jù)施工流程：在經(jīng)過排水、吸泥形成干施工條件后澆筑口門底板（86×24×2m）及兩側(cè)門墩（20×24×9m），在澆注門墩的過程中拆除門墩兩側(cè)的鋼支撐(第三道直接澆筑底板砼內(nèi))，門墩完工后再拆除中間46m范圍內(nèi)的鋼支撐，以達(dá)到安裝鋼閘門的條件。在以上整個過程中，除圍堰基坑內(nèi)形成干施工條件外，口門圍堰鋼支撐順利換撐及拆除無疑是整個工程成功的保證。項(xiàng)目部在仔細(xì)分析了整個施工過程及要求后認(rèn)為整個圍堰鋼支撐換撐及拆除過程中必須達(dá)到以下條件：鋼閘門安裝過程必須是干施工條件，所以鋼支撐換撐及支撐拆除后基坑必須達(dá)到干施工的條件。由于口門門墩后側(cè)4m范圍內(nèi)還要進(jìn)行沉樁作業(yè)，所以換撐施工后不得影響后道沉樁工序施工，并且要為沉樁作業(yè)創(chuàng)造條件（沉樁操作平臺）。支撐拆除過程必須與結(jié)構(gòu)施工緊密結(jié)合，特別是門墩范圍內(nèi)鋼支撐要盡可能整根拆除，以提高二次利用率。由于將來換撐的斜撐拆除必然在鋼閘門安裝后及閘門外圍堰內(nèi)放水平衡后進(jìn)行，所以從經(jīng)濟(jì)性考慮要盡量減少水下切割作業(yè)。下面就整個口門圍堰支撐拆除及換撐的技術(shù)策劃及實(shí)施過程做一個簡要的介紹，希望對以后類似工程的實(shí)施有所幫助。整體換撐及拆除思路：由于和門墩直接相靠的鋼板樁圍堰在支撐拆除后，可以依靠混凝土本體結(jié)構(gòu)支撐作用，所以此部分支撐可直接拆除，無需換撐。真正要換撐的是口門前沿中心48m范圍內(nèi)的鋼板樁及口門后沿的鋼板樁。在綜合分析了各種邊界條件后，項(xiàng)目部決定在口門前沿采用鋼斜撐換撐以抵御水壓力、在口門后沿采用吹填砂抵消后方土壓力的方法。以上方法主要依據(jù)如下：（1）前沿采用型鋼斜撐可就地利用原鋼支撐，以減少費(fèi)用。后方采用吹填砂可形成將來陸上沉樁操作平臺，同時吹填砂砂源豐富。技術(shù)準(zhǔn)備2.1由于后方采用吹填砂抵消土壓力，在拆除中間及最上面一道支撐前，砂基本上要吹填至相應(yīng)的鋼支撐下面，并且吹填砂的菱體頂部寬度大于6m，此時的工礦基本同鋼支撐安裝時相同，所以可以認(rèn)為是安全的。2.2由于前沿基礎(chǔ)底板上共有兩道鋼支撐，按常規(guī)應(yīng)相應(yīng)設(shè)置兩道鋼斜撐進(jìn)行換撐。但仔細(xì)分析原支撐情況后發(fā)現(xiàn)第二道支撐的底標(biāo)高為-1.7m，考慮到斜撐本體高度，所以換撐的支撐下口中心標(biāo)高不能超過-2.4m，僅在底板上(標(biāo)高為-3.28m)80cm，換撐的意義不大，如果將換撐的斜撐設(shè)置到中間支撐的上面，將極大的影響中間支撐的拆除。而且為保證將來拆除方便，換撐的斜撐均未采用電焊連接，所以安全上也存在問題。項(xiàng)目部在仔細(xì)分析及驗(yàn)算了鋼板樁的受力情況后發(fā)現(xiàn)：如將混凝土底板及第一道鋼支撐作為支點(diǎn)，鋼板樁可以承受+4.5m以上的水位壓力。為此決定在拆除中間一道鋼支撐前不進(jìn)行換撐的斜撐施工。第二道鋼支撐拆除鋼板樁強(qiáng)度驗(yàn)算如下：將左圖簡化為右圖底板位置線荷載q1=ρ.g.h1×1.26=1.0×9.8×7.78×1.26×103=9.607×104N/m第一道鋼支撐位置q2=ρ.g.h2×1.26=1.0×9.8×2.5×1.26×103=3.086×104N/m簡化成集中力F2=3.086×（2+3.28）×104=1.629×105NF1=0.5×（9.607-3.086）×（2+3.28）104=1.722×105N產(chǎn)生的彎矩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彎矩疊加為M=M1+M2=（2.02+2.150）×105=4.17×105N.mAZ26鋼板樁的截面抵抗矩為W＝3280cm3鋼板樁最大應(yīng)力為σ=M/W=4.17×105×103/(3280×103)=127.13N/mm2≤210N/mm2（Q235抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值）所以鋼板樁抗彎符合要求。在拆除第一道鋼支撐前先設(shè)置換撐的斜撐，斜撐中心標(biāo)高設(shè)置在原鋼支撐下面（標(biāo)高為+1.0m），經(jīng)驗(yàn)算：此種情況下鋼板樁可以承受+4.50m以上的水位壓力。2.3.1第一道鋼支撐拆除后H700型鋼斜撐強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算如下：水壓力計(jì)算：底板處水產(chǎn)生的壓強(qiáng)P1=ρ.g.h=1×103×9.8×7.78=76244N/m2底板處集中線荷載F1=76244×7.78/2=2.966×105N/m單根鋼板樁寬度為1.26m，則當(dāng)兩根鋼板樁設(shè)一根支撐的水平反力為N1=2.966×105×7.78/3/3.78×1.26×2=5.128×105N換算成鋼斜撐反力N=6.69×105N以H700型鋼作為支撐H700型鋼面積為A=2.058×104mm2型鋼的毛截面慣性矩I=1/12[B.H3-（B-b）h3]=1/(12(0.3.0.73-（0.3-0.013）0.663)=1.7×10-3m4型鋼截面回轉(zhuǎn)半徑為i=（I/A）0.5=(1.7×10-3/0.02058)0.5=0.287型鋼的長細(xì)比λ=l/i=6/0.287=20.9型鋼穩(wěn)定系數(shù)Ψ=1/(1+λ/80)2=0.936型鋼H700的穩(wěn)定性驗(yàn)算N/Ψ.A=6.69×105/(0.936×2.058×104)=34.7≤210N/mm2（Q235抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值）所以鋼支撐抗壓強(qiáng)度及穩(wěn)定性符合要求2.3.2鋼板樁抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算支撐處的水壓強(qiáng)為P=1.0×103×9.8×4.0=3.92×104N/m2支撐處水的線荷載為q=3.92×104×1.26=4.94×104N鋼板樁懸臂最大彎矩為M=qL2/3=4.94×104×42/3=2.6×105N.mAZ26鋼板樁的截面抵抗矩為W＝3280cm3鋼板樁最大應(yīng)力為σ=M/W=2.6×105/3280=7927N/cm2=79.3N/mm2≤210N/mm2（Q235抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值）所以鋼板樁抗彎強(qiáng)度滿足要求具體支撐拆除及換撐方案：3.1施工工藝流程詳見下圖：3.2第三道鋼支撐的換撐及拆除由于第三道鋼支撐直接澆筑在底板內(nèi)，所以只要拆除露在口門結(jié)構(gòu)后側(cè)4m范圍內(nèi)的鋼支撐。在口門底板混凝土澆筑結(jié)束、混凝土強(qiáng)度達(dá)到70％設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，就可進(jìn)行第三道鋼支撐的換撐及拆除。拆除前在底板后沿吹填砂至第三道鋼支撐下后就直接割除第三道鋼支撐。3.3第二道鋼支撐的換撐及拆除在門墩結(jié)構(gòu)澆筑至-1.9m時(此標(biāo)高正好為口門底板后側(cè)頂標(biāo)高)，口門后沿同樣采用吹填砂至-1.9m（第二道鋼支撐以下）。在混凝土強(qiáng)度達(dá)到70％設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，就直接割除第二道鋼支撐。詳見下圖：3.4第一道鋼支撐的換撐及拆除第一道鋼支撐拆除分兩步進(jìn)行：第一步：在門墩結(jié)構(gòu)澆筑至+1.1m后，就對口門后沿吹填袋裝砂及散砂至+1.1m標(biāo)高（第一道鋼支撐以下），回填砂頂寬為6m、坡度為1：1(將來作為陸上沉樁平臺)，在混凝土強(qiáng)度達(dá)到70％設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，就可拆除門墩范圍內(nèi)的鋼支撐,此時還保留著中間48m范圍內(nèi)的鋼支撐。繼續(xù)施工門墩至設(shè)計(jì)標(biāo)高+5.8m。同步施工換撐用的斜撐，斜撐底部撐在底板預(yù)留槽處，上部撐在鋼板樁＋1.0m位置的鋼支座上（該支座預(yù)先加工并焊接在鋼板樁上）。為防止將底板混凝土撐碎，在混凝土上墊一塊20mm的鐵板。每兩組鋼板樁（2.52m）設(shè)置一根斜撐，總計(jì)18根。第二步：在口門前沿斜撐及后沿回填土施工結(jié)束、門墩混凝土達(dá)到安裝鋼閘門的強(qiáng)度后，就可拆除口門46m范圍內(nèi)的第一道鋼支撐。如下圖:經(jīng)過以上換撐過程，三道鋼支撐順利拆除，并確保鋼閘門安裝處于干施工狀態(tài)。4、拆除施工中還解決以下問題：4.1為保證將來鋼支撐斜撐的水下拆除，整個斜撐桿與其他結(jié)構(gòu)均無焊接連接?，F(xiàn)澆口門底板上設(shè)置45°斜孔作斜撐支撐點(diǎn)，鋼板樁上焊接斜撐支座保證支撐可反向拉出。4.2將斜撐支座分成兩個單體，以使鋼板樁拆除能順利拔出(見下圖)。4.3、船臺底板上設(shè)兩個700×500×300mm的吸水孔。使從鋼板樁縫漏出的江水能基本排除干凈，保證將來閘門安裝的干施工狀態(tài)。