水中承臺鋼吊箱圍堰施工總結(jié)

劉瓊福

(福建省交通工程監(jiān)理咨詢公司)

1 工程概況

1.1 工程簡介

泉廈高速公路擴建工程A2 合同段沉州特大橋主橋新老橋采用分離設(shè)計，引橋新老橋采用梁片拼接的設(shè)計方案。全長3 087 m，其中主橋長500 m，上部構(gòu)造為連續(xù)T 梁(引橋)及現(xiàn)澆變截面箱梁(主橋);主橋橋型布置為:50 +5 ×80+50 m 變截面連續(xù)箱梁。下部構(gòu)造為樁基礎(chǔ)墩柱，主橋下部墩柱為直徑4 m 鋼筋混凝土實心墩，基礎(chǔ)為6 根直徑2 m鉆孔群樁。

其中64～67 號墩為樁基承臺在水中，各個承臺具體尺寸和高程分別如下:

序號 墩號 承臺尺寸 頂高程 底高程 河床高程1 65 左13.4×8.4×3.5 +0.500－3.000－4.500 2 65 右 13.4×8.4×3.5 +0.500－3.000－4.500 3 66 左 13.4×8.4×3.5 +0.500－3.000－7.500 4 66 右 13.4×8.4×3.5 +0.500－3.000－7.500 5 67 左 13.4×8.4×3.5 +1.500－2.000－2.500 6 67 右13.4×8.4×3.5 +0.500－3.000－4.000

1.2 工程水文情況

泉州大橋(沉洲特大橋上游500 處)水位站1955～2003年實測水位資料統(tǒng)計分析數(shù)據(jù):

最高洪水位:6.81 m(1961年9月13日);

最高潮位:4.71 m(2001年10月18日);

最低潮位:－2.23 m(2003年12月25日);

平均高潮位:2.89 m;

平均低潮位:－1.16 m;

最大潮差:6.22 m(2003年11月25日);

最小潮差:0.91 m(1973年2月27日);

平均潮差:4.05 m;

平均漲潮歷時:4 h 42 min;

平均落潮歷時:7 h 58 min;

50年一遇最高水位:4.84 m;

50年一遇低潮水位:－1.91 m。

1.3 .工程地質(zhì)情況

晉江流域?qū)儆诂F(xiàn)代河流階地或沖海積區(qū)，地形較平緩，沖海積層較厚，且多見軟土分布，弱、微風(fēng)化基巖埋藏較深。地表上覆第四系全新統(tǒng)長樂組海陸交互相沉積層(Q4cmc)，下部為殘積層(Qe1);下伏基巖為燕山早期侵入花崗巖(γ52)及其風(fēng)化層。

污水河河床面為淤泥，深4 m 左右;下伏砂，深3 m 左右;砂層以下粘土層，深15 m 左右;粘土層下為基巖。

根據(jù)設(shè)計提供的資料參數(shù)、現(xiàn)場實地調(diào)查情況和現(xiàn)在物資材料等，綜合衡量后，初擬用鋼吊箱圍堰的施工方案。

2 擬用施工方案的確定

根據(jù)現(xiàn)場的調(diào)查、插打、摸底后，確定擬采用鋼吊箱圍堰的施工方案。

2.1 棧橋平臺設(shè)計

棧橋平臺采用φ530 鋼管插打。

施工平臺沿承臺外側(cè)的鋼管樁主要是用來承載鋼吊箱自重的臨時承托系統(tǒng)，承臺左側(cè)的施工平臺是用來吊裝吊箱底模及各向模板之用。

平臺頂高程+5.65 m，下放套箱時的承重架底面標(biāo)高取為+3.5 m。

2.2 鋼吊箱參數(shù)確定

因承臺設(shè)計底高程各不相同，所以吊箱高度也有所不同，根據(jù)設(shè)計圖紙，除67 號墩左幅承臺底高程為－2.00 m外，其余各個墩位承臺底高程均為－3.00 m，則相應(yīng)的吊箱規(guī)格如下:

(1)吊箱頂高程確定

吊箱設(shè)計容許在大潮到來時箱體內(nèi)注水平衡，頂面高程取+3.5 m;

(2)吊箱底高程確定

設(shè)計底高程為－2.00 m 時，經(jīng)驗預(yù)估封底厚度為1.2 m，則吊箱底高程為:－2.00－1.2 =－3.2 m

設(shè)計底高程為－3.00 m 時，經(jīng)驗預(yù)估封底厚度為1.2 m，則吊箱底高程為:－3.00－1.2 =－4.2 m

(3)吊箱高度的確定

設(shè)計底高程為－2.00 m 時，吊箱高度為:3.5－(－3.2)=6.7 m，取7 m。

設(shè)計底高程為－3.00 m 時，吊箱高度為:3.5－(－4.2)=7.7 m，取8 m。

(4)鋼吊箱平面尺寸的確定

鋼吊箱設(shè)計直接做為承臺模板，因此其鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)壁尺寸為13.5 ×8.5 m，略大于承臺設(shè)計尺寸，即比承臺尺寸每邊放大5 cm。

2.3 鋼吊箱設(shè)計工況及施工工藝流程

(1)鋼吊箱設(shè)計工況

鋼吊箱設(shè)計極端工況有兩個:

①最高潮水位時基坑封底、抽水完畢，計算工況為最大浮力檢算;

②最低潮位時承臺混凝土澆注完畢，計算工況為最大承載能力。

為最大限度避免水下作業(yè)工序、確保吊箱安全等角度考慮，在封底全部結(jié)束前在平均低潮位以上1 m 位置設(shè)置減壓孔，以避免對封底混凝土施工產(chǎn)生不利影響。

在封底完成后以3.5 m 高程作為施工使用高程，容許在出現(xiàn)大潮時對吊箱內(nèi)采取注水平衡的措施，以降低施工風(fēng)險。

封底混凝土厚度的確定。

①封底混凝土必須有足夠抵抗封底混凝土及圍堰整個被浮起的能力。混凝土底面在受到內(nèi)外水頭壓力差的作用下，鋼吊箱圍堰和封底混凝土之間的粘結(jié)作用不至被靜水壓力破壞。

②在鋼吊箱圍堰整體能穩(wěn)定時，封底混凝土必須在抵抗向上的水壓力及其它荷載時能正常工作，不至于產(chǎn)生向上撓曲和折裂使圍堰穿孔。

通過設(shè)計驗算確定封底混凝土厚為1.2 m。

通過對鋼吊箱的底模、側(cè)模、內(nèi)支撐系統(tǒng)分別建立:在未澆注混凝土?xí)r，最大潮水位鋼吊箱內(nèi)外水頭差壓力的極端工況設(shè)計驗算模型;和澆注混凝土過程中或混凝土未終凝的情況下，最低潮水位鋼吊箱內(nèi)外水頭差和混凝土向外壓力的極端工況設(shè)計驗算模型。

利用Midas 軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計和結(jié)構(gòu)承載力驗算，保證拼接后鋼吊箱的承載力和剛度滿足施工規(guī)范要求。

(2)鋼吊箱施工流程及各流程施工控制要點。

①在高程3 m 處焊接臨時牛腿，拼接底模。

首先在鋼護(hù)筒定測量高程，將臨時承托底模用的牛腿焊接成型，數(shù)量按照每個鋼護(hù)筒四個控制，完成后將底模(樁基位置底模開口比鋼護(hù)筒直徑大10 cm，有利后序密封圈封堵。)拖運到墩位處安裝就位，并焊接吊掛系統(tǒng)，以進(jìn)行下一步施工準(zhǔn)備。

②在護(hù)筒頂拼裝懸吊架，安裝吊桿

將底模吊掛承托井架在鋼護(hù)筒頂部安裝就位并將吊掛用構(gòu)件安裝完畢。

③拼側(cè)模，安裝內(nèi)支撐墊板。

安裝側(cè)模:在底模上放好側(cè)模的位置，側(cè)模安裝順序從角點開始，先安裝橫橋向側(cè)模，再安裝與之相連角點處的側(cè)模以構(gòu)成一個穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。后按同樣順序?qū)ΨQ安裝另一角點的側(cè)模。安裝完畢，仔細(xì)檢查連接的可靠性及安裝精度。

④下放吊箱至設(shè)計高程，焊接安裝對口內(nèi)支撐，斜撐暫不安裝。

承臺鋼吊箱下沉:必須由統(tǒng)一指揮人員進(jìn)行指揮，所有手拉葫蘆同時松動均勻下沉，嚴(yán)格控制傾斜、扭轉(zhuǎn)、偏移。鋼吊箱下沉后，檢查各處標(biāo)高，保證吊箱底面、頂面的水平及鋼吊箱垂直度。鋼吊箱底面下沉至設(shè)計標(biāo)高后，精確調(diào)整鋼吊箱平面位置和底面標(biāo)高，使其各項指標(biāo)符合設(shè)計和規(guī)范精度要求后，對鋼吊箱進(jìn)行定位，保證鋼吊箱不會前后左右移動和上下浮動。

⑤潛水員下放密封圈，低潮位時在0 m 高程位置開設(shè)減壓孔

⑥澆注第一層0.8 m 厚封底混凝土，焊接高度50 cm 聯(lián)結(jié)鋼板將底模吊點與護(hù)筒聯(lián)結(jié)成整體。

承臺封底混凝土澆注:封底混凝土是保證套箱穩(wěn)定和承臺澆注質(zhì)量的重要臨時結(jié)構(gòu)，一次澆筑完成。采用垂直導(dǎo)管法灌注封底混凝土，在樁基與樁基正中間布置澆筑點。接頭處用橡膠圈密封防水。導(dǎo)管使用前先進(jìn)行試拼，試壓。

封底混凝土的坍落度控制在18～22 cm，初凝時間不少于10 h，采用5～25 mm 碎石，其和易性等必須達(dá)到施工工藝要求。混凝土供應(yīng)速度不小于40 m3/h，邊澆筑時邊進(jìn)行觀測，嚴(yán)格控制各澆筑點達(dá)到澆筑標(biāo)高。注意保持鋼吊箱內(nèi)、外水頭基本一致，減少因吊箱內(nèi)壁水頭升高對底板增加的荷重和對側(cè)模增加內(nèi)壓力。

要求必須等封底混凝土強度達(dá)到后才能抽干水進(jìn)行施工，且抽水過程中分階段進(jìn)行，注意對側(cè)橫加第二道內(nèi)支撐，避免因內(nèi)外過壓力過大造成側(cè)橫變形。

⑦澆注第二層0.4 m 厚封底混凝土

注意對每個護(hù)筒周邊的四個支撐桿進(jìn)行兩面焊接，焊縫長度不小于50 cm，且焊縫厚度大于8 mm。焊接完成后，清洗封底層，澆注第二層封底混凝土。

⑧拆除頂部吊架系統(tǒng)，封閉減壓孔。

要求必須等封底混凝土強度達(dá)到后，才能拆除吊架系統(tǒng)。

⑨拆除第二道內(nèi)撐，割除多余護(hù)筒，焊接第一道斜撐，鑿除樁頭，清理基底。

⑩綁扎承臺、墩柱鋼筋，澆注承臺混凝土。

?施工完墩柱后拆除吊箱側(cè)模。

［1］泉廈擴建工程A2 合同段施工設(shè)計圖紙.

［2］公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范.

［3］鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊.

［4］晉江水文調(diào)查資料.

［5］現(xiàn)場實際調(diào)查資料.

［6］Midas 結(jié)構(gòu)驗算軟件.