夷陵長江大橋防撞墩單壁鋼套箱施工技術(shù)

夷陵長江大橋防撞墩單壁鋼套箱施工技術(shù)摘要：宜昌夷陵長江大橋防撞墩屬于防撞加固設(shè)施，以保障船舶航行和橋梁本身結(jié)構(gòu)安全。承臺施工采用下放單壁鋼套箱的施工工藝，位于長江中心，施工環(huán)境復(fù)雜，現(xiàn)場施工難度較大，本文介紹單壁鋼套箱主要施工技術(shù)。關(guān)鍵詞：單壁鋼套箱；設(shè)計；下放；封底；技術(shù)1工程概況防撞結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土分離式承臺墩身結(jié)構(gòu)，設(shè)置在宜昌長江大橋4#主塔墩基礎(chǔ)的周圍，安全距離0.8m，設(shè)置水平框架承臺，然后在新承臺上建筑防撞墻，為減小船舶對新墩身的撞擊力，在框架墩身外圍安裝等截面浮式橋墩防撞消能裝置，浮式防撞裝置自由上下浮動以適應(yīng)水位變化。防撞墩承臺采用帶內(nèi)腔的圓端形承臺，承臺高5.5m，橫橋向長度42.8m(其中直線段部分長度14m、兩段為曲線段部分)，順橋向長度為28.8m。內(nèi)腔空心截面采用正方形，邊長為17.6m。承臺橫橋向方向由外端往內(nèi)側(cè)2m范圍內(nèi)設(shè)置斜坡，斜率為1：1。本鋼套箱作為防撞墩承臺的施工擋水結(jié)構(gòu)，同時作為混凝土施工支架平臺、模板。2單壁鋼套箱設(shè)計鋼套箱由底板與側(cè)板兩大部分組成，底板由鉆孔平臺頂板轉(zhuǎn)換而成，側(cè)板采用在材料加工場進(jìn)行加工。側(cè)板根據(jù)承臺輪廓尺寸分為直線與曲線部分，主要由型鋼背楞+連接裝置+鋼板拼裝焊接而成。封底與承臺混凝土高度共6.5m，考慮承臺混凝土頂部找平，鋼套箱高度確定為8.0m。封底混凝土底標(biāo)高為+32.5m，則鋼套箱頂標(biāo)高為+40.5m。根據(jù)項目總體施工進(jìn)度安排及長江往年水位變化，宜昌12月份長江最高水位<+40.5m，所以鋼套箱高度滿足施工要求。單項荷載計算分析本工程鋼套箱設(shè)計主要考慮以下幾個主要因素：水位、水流流速、波浪力、砼荷載、風(fēng)荷載等幾個因素。以下主要介紹水流力和砼荷載的計算分析。(1)水流力施工位置處水流平均流速為2.5?3m/s，最大洪水位時流速為4.16m/s。據(jù)文獻(xiàn)中的參數(shù)，施工期水流流速為1.5?2m/s。水流流速在橋墩位置由于阻水面的問題，流速增加，取水流流速2.5m/s。根據(jù)《港口工程荷載規(guī)范》，港口工程的水流力為：其中：Fw—為水流壓力，KN，按照風(fēng)載體型系數(shù)的方法將水流力分別作用在每個側(cè)面板上。Cw-為水流阻力系數(shù)，長邊受載時取1.51，短邊受載（圓端形）時取0.52，考慮斜向水流作用的影響，乘以1.37的系數(shù)。ml-為遮流影響系數(shù)，取1.0m2-為淹沒深度影響系數(shù)，取1.0p—為水密度t/m3，海水取1.0V—為水流設(shè)計速度，m/sA—為計算構(gòu)件在與流向垂直平面上的投影面積，43.4mx29.4m，圓端形。式中F——新澆混凝土對模板的最大側(cè)壓力，KN/m2一一混凝土的重力密度，取24KN/m3 新澆混凝土的初凝時間，7h。當(dāng)缺乏試驗(yàn)資料時，可采用計算（為混凝土的溫度，C）；V 混凝土的澆筑速度，取2m/h；H——混凝土的側(cè)壓力計算位置處至新澆混凝土頂面的總高度，m；——外加劑影響修正系數(shù)，不摻外加劑時取1.0，摻具有緩凝作用的外加劑時取1.2；取1.0?！炷撂涠扔绊懶拚禂?shù)，當(dāng)坍落度小于30mm時，取0.85；當(dāng)坍落度為50?90mm時，取1.0；當(dāng)坍落度為110?150mm時，取1.15。取1.15。h—有效壓頭高度，（m）故混凝土側(cè)壓力=0.22x24x7x1.0x1.15x21/2=60.1KN/m2承臺第一層厚度計算值取用2.0m，Pmax=Ygh=24x2.0=48KN/m2，取用第二公式。澆筑封底混凝土對底板的壓力：P=Ygh=2.4x10x2.0=48kPa，對側(cè)板的壓力：P=Ygh=2.4x10x（35.5-單元重心標(biāo)高）（KPa）。內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)三層桁架結(jié)構(gòu)，設(shè)計為三層桁架結(jié)構(gòu)，桁架采用L75x8,豎桿、水平聯(lián)系桿采用I20a。經(jīng)計算此種情況，應(yīng)力水平普遍極低，小于屈曲強(qiáng)度，構(gòu)件具有足夠的強(qiáng)度。究其原因，即令內(nèi)支撐與側(cè)板水平肋鉸接，除了自重產(chǎn)生的彎矩，內(nèi)支撐幾乎只承受側(cè)板傳來的水平推力，因此應(yīng)力水平普遍極低。另外內(nèi)支撐與側(cè)板水平肋之間采取斷續(xù)點(diǎn)焊，形成不完全鉸，有利減少彎矩。以下給出每層內(nèi)支撐的截面應(yīng)力極值。圖4內(nèi)支撐豎桿的截面最大應(yīng)力SMAX和SMIN(,Pa)側(cè)板結(jié)構(gòu)內(nèi)外側(cè)板6mm；豎肋HN250X125；側(cè)板的周向連接L100X10；水平肋L75x8、L100X10；加強(qiáng)水平肋HN300X150；2道加強(qiáng)水平肋HN250X125。具體結(jié)構(gòu)見下圖所示。圖2.4-3封底吊桿拉力和拉應(yīng)力封底混凝土與鋼護(hù)筒的握裹力封底混凝土的作用：一是利用封底混凝土與護(hù)筒之間的摩阻力平衡鋼套箱所經(jīng)受的上下合力；二是防水滲漏；三是抵抗水浮力在底板龍骨上產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力；四是作為承臺的承重底模板。首先驗(yàn)算封底混凝土自身的安全性，再驗(yàn)算其與鋼護(hù)筒、鋼套箱交界面的粘結(jié)握裹力問題，確定是否需要剪力鍵。封底混凝土采用C30素混凝土建模驗(yàn)算，其強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為[2.01，-20.1]MPa，封底混凝土頂面的局部應(yīng)力水平較高，發(fā)生在與側(cè)板交接處，超限應(yīng)力范圍在深度20?30cm以內(nèi)，不影響安全。絕大部分區(qū)域，封底混凝土應(yīng)力水平低，安全。在廈漳跨海大橋南汊主橋主墩圍堰設(shè)計中，混凝土與護(hù)筒粘結(jié)力取150kPa，局部鋼護(hù)筒經(jīng)外壁處理后區(qū)取180kPa。中交二航局在杭州灣大橋的試驗(yàn)結(jié)果顯示，握裹力最小為720kPa，最大為3450kPa，離散性很大，但都大于150kPa。蘇通大橋南主塔墩進(jìn)行了握裹力試驗(yàn)，實(shí)際施工中采用了施工檢測過程中推薦的握裹力系數(shù)，封底混凝土與鋼護(hù)筒的平均極限摩擦強(qiáng)度建議取為370kPa。出于安全兼顧經(jīng)濟(jì)性考慮，建設(shè)在后續(xù)同類型工程施工中承臺封底混凝土與鋼護(hù)筒間握裹力系數(shù)取150?200kPa?？紤]到鋼護(hù)筒在長期江水浸泡下會附著苔蘚等，較光滑，從偏安全角度考慮，許多工程實(shí)例的混凝土粘結(jié)應(yīng)力取150kPa，本工程混凝土的粘結(jié)應(yīng)力設(shè)計值偏安全取150kPa。3鋼套箱下放與封底施工技術(shù)鋼套箱下放與封底是本工程的關(guān)鍵所在，決定工程的成敗。采用在護(hù)筒上安裝千斤頂同步下放施工工藝。每個護(hù)筒內(nèi)安裝由型鋼組裝的下放吊點(diǎn)，每個吊點(diǎn)安裝2臺手搖式30t千斤頂，安裝到位后，每臺千斤頂安排1名工人進(jìn)行操作，下放過程中控制每個千斤頂?shù)南路判谐?，時刻進(jìn)行微調(diào)，確保40個千斤頂同步下放到位。下放的同步性決定套箱下放的安全，40個千斤頂同時升降，相對與電腦系統(tǒng)控制的下放系統(tǒng)，防撞墩單臂鋼套箱下放難度較大，下放以人力為主導(dǎo)，同步性控制是關(guān)鍵，下放時由專人統(tǒng)一指揮，統(tǒng)一下放行程，控制在5個行程調(diào)整一次。套箱下放主要控制要點(diǎn)1、套箱下放系統(tǒng)安裝時重點(diǎn)控制平面位置及平整度，需嚴(yán)格調(diào)平安裝；2、精軋鋼在安裝時要對上端進(jìn)行定位，確保精軋鋼的垂直度，以保證套箱的順利下放;3、 套箱護(hù)筒垂直度測量，這涉及到主龍骨在下放過程中是否受護(hù)筒的影響，若受影響應(yīng)在套箱下放之前割除部分翼板；4、 套箱底板在下放前要全面檢查一次是否有大的空洞，護(hù)筒封堵板是否滿足護(hù)筒周邊缺口的要求；5、 套箱底板、老承臺四周、護(hù)筒四周等位置在套箱拼裝階段注意觀察是否有妨礙后續(xù)套箱下放的構(gòu)件，能提前割除的提前割除，以防止水位上漲后無法割除的情況；6、 套箱下放前要注意觀察3-5天的水位變化情況，以指導(dǎo)套箱下放時間控制；7、 套箱下放前，提升割除剩余牛腿時要注意收集下放精軋鋼的原始數(shù)據(jù)，以便控制后續(xù)套箱下放的高度控制；8、 套箱下放過程中平面位置及垂直度檢測；9、 套箱下放同步性控制，要統(tǒng)一口號，40臺千斤頂統(tǒng)一指揮下放，約5個行程對下放情況調(diào)平一次（20cm一個行程）；10、 套箱入水后連續(xù)作業(yè)，一次性下放到位，及時鎖定到位，減少水流對套箱壁板和底板的影響，控制過往船只的航行速度。套箱鎖定當(dāng)鋼套箱下放到設(shè)計標(biāo)高后，為抵抗江水對套箱底板產(chǎn)生的上浮力，增強(qiáng)底板承載能力，在部分護(hù)筒兩側(cè)焊接型鋼反壓裝置，型鋼反壓裝置與鋼套箱底板要焊接牢固，確保在鋼套箱下放過程中反壓型鋼不變形和位移，等到鋼套箱下放到位后，及時用連接型鋼將反壓型鋼與鋼護(hù)筒焊接。同時安排工人在設(shè)置限位裝置的護(hù)筒上焊接I20a工鋼，另一端固定在相應(yīng)的套箱外壁上，保證套箱鎖定后不發(fā)生平面偏位情況。注意事項如下： 1）用鋼絲刷將鋼護(hù)筒焊接位置處的殘余物清除，并在施焊前用氣割將其水分烘干。2）焊縫應(yīng)緊密、均勻，焊縫金屬與母材的過渡應(yīng)平順，焊口不允許出現(xiàn)咬肉、氣孔、裂紋、夾渣、燒穿、焊瘤、弧坑等缺陷。套箱封底混凝土施工封底混凝土為C35素混凝土，封底高度1.2m，底面標(biāo)高為+32.3m，根據(jù)施工圖和宜昌地區(qū)水文水位圖以及套箱下放時間，推算套箱下放期間宜昌長江水位約為+38.5m，因此封底混凝土必須在水下進(jìn)行封底澆筑，綜合以上情況我項目采用水下混凝土澆筑施工工藝進(jìn)行封底施工，提前在套箱底板布置封底底座，底座根據(jù)導(dǎo)管覆蓋半徑3.5m進(jìn)行布置，安裝完成后對每個區(qū)的底座進(jìn)行編號，并以相鄰的護(hù)筒為基準(zhǔn)確定每個封底底座的坐標(biāo)，方便后續(xù)導(dǎo)管定位下放固定。4結(jié)語夷陵長江大橋4#墩防撞土建工程位于三峽大壩與葛洲壩下游，水深較深，江水流速較大，水位變化無常，毫無征兆，給單壁鋼套箱設(shè)計及下放、封底帶來了較大的困難，水上有效工作面積較小，機(jī)械、人員施工作業(yè)均需依靠大型船舶提供工作面。另外防撞墩屬