白庙北江特大桥深水钢围堰施工技术总结
一、工程概况
白庙北江特大桥是武广客运专线控制性工程之一,起讫里程为DIK2102+303.635~DIK2104+505.390 全长2201.755m米,桥跨布置为54×32m +(48+2×80+48)m+5×32m。大桥基础采用钻孔桩基础,桩基直径采用100cm、125cm、150cm、200cm四种形式,最大桩长88m。主桥上部结构为48+2×80+48m四孔一联的预应力砼连续梁。本桥的55#~59#墩位于白庙北江主河槽内,常年有水,桥址处北江水文资料:Q1/100=18317m3/s、V1/100=3.68m/s、H1/100=20.03m、H1/300=20.79m,H最高通航=17.896m ,H最低通航=8.886m,H施工=12.166m。
二、水中平台方案比选和实施
根据深水桥梁施工成功经验,经总结水中墩钻孔平台施工方案主要有下表所列五种形式:
序号 名称 适用范围 优点 缺点 施工周期相对较流速大、地质情况差的地区均可使各种水中桩1 钢管桩平台 基础 靠,成功的经验多。 深水区稳定性差 2 浮箱平台 流速不大,风结构简单,施工周期短 定位、稳定性差,用,适用范围广。受力明确,方案可受力,经济性差,长,钢护筒不参与1
速较小,无涨落潮影响 桩基质量不易保证 钢护筒参与受力,护筒入土深度、定施工周期短,成本较低,深水中稳定各种水中桩3 钢护筒平台 基础 的施工经验多 性好,适用范围广。方案可靠,成功位精度、打沉设备性能要求高。摩阻系数低时钻孔护筒易下沉 护筒相对在静水中下放,定位较容套箱围堰对河床冲刷影响大,施工准备时间长,浮运就位困难 钢护筒参与受力,流速大、地质情况差的地区均可使护筒入土深度、打水域较深、可4 钢围堰平台 浮运 易;围堰可安排在工厂加工,质量易保证;围堰整体浮运,水上作业时间短 钢管桩钢护筒5 联合平台 各种水中桩用,适用范围广。钢护筒参与受力,沉设备性能要求基础 经济性好,成功的施工经验多 较高,钻进过程中平台易失稳 北江特大桥下游几百米是一个船厂,加工钢围堰比较方便,桥址处每年六、七月份为汛期,水中墩基础施工工期短。经综合比选56#、57#墩采用了方案四。
三、双壁钢围堰的设计和加工
为了承台和墩身施工方便,围堰设计成圆形双壁钢围堰。根据水文
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调查资料,设计时水位采用施工水位+12.166m,水流速度为1.5m/s。
钢围堰外径设计为24.2m,内径21.4m,内外壁间距140cm。围堰内外壁板采用6mm 厚的钢板。沿壁周围设竖向加劲肋,竖肋采用∠75×50×6mm 的角钢。环向加劲肋采用1cm和2cm 厚钢板割制成圆弧型,内、外壁环向加劲肋间用∠75×75×6mm 的角钢联结形成一道水平环形桁架,同时内、外壁之间用6mm 厚钢板将围堰分成10个隔仓,用于围堰下沉过程中的配重和调整围堰的倾斜度(纠偏)。同时为了保证整体刚度,在隔仓分界位置设置竖向桁架。
四、钢围堰的制造和拼装 1、块件的厂内加工
先根据设计分块尺寸在平整硬化后的平台(表面铺4mm厚的钢板)上放大样,做出钢围堰的加工胎模。整个围堰分3节,每节分10块加工,便于吊装和运输。各块件在胎具中施焊成型,经检查块件结构尺寸、焊缝合格后方可出厂。
2、块件的拼焊
根据现场实际,围堰直接在现场加工,底节围堰块件拼装时,在平台上定出围堰中心点和刃脚圆周线,用来控制围堰的拼装的圆顺度和垂直度,同时搭设脚手架做施工作业平台,用吊车将各块件吊装就位,并拼焊成整体(施工中应严格控制焊接质量),经逐层检查拼焊质量后,最后做渗透试验,确保围堰下沉时不漏水。水密试验合格后,通过200吨汽车吊起吊下水。
五、钢围堰施工
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1、双壁钢围堰施工流程详见图1。
设置锚锭系统
拼装场地准备 钢围堰分节制造、水密试验 锚绳受力调整、临时拉缆 锚绳收紧、围堰固定 底节钢围堰起吊下水、吊运就位 钢围堰逐节接高、注水下沉 水上供电、通讯系统接通 冲淤测量、纠偏 钢围堰着床 调整围堰拉缆 围堰及时测量和纠偏 吸泥下沉、逐节接高交替进行 下沉至设计标高 安装钻孔平台 图1 双壁钢围堰施工流程图
2、双壁钢围堰下水定位 2.1、钢围堰吊运
围堰采用采用200吨汽车吊起吊下水。钢围堰在船厂加工,底节拼装完成后,在岸边设置起吊平台,在钢围堰10个隔仓板上焊10个吊点,吊绳采用φ22钢丝绳,为防止钢围堰下水之后向河中无限制移动,在钢围堰外壁板上焊接4个拉耳,在岸上设置卷扬机防护。下水后利用打捞船把钢围堰提出水面,同时在打捞船的两旁及船尾,均绑上货轮,形成船组,吊运时整体受力,将围堰吊运至墩位,利用提前设置定位系统的
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锚绳将其定位。利用吊车将钢围堰分块对接至一定高度,用潜水泵向钢围堰10个隔仓内对称灌水,使钢围堰平稳下沉到一定的干舷高度,该干舷高度依上节围堰重量而定,以围堰对接之后下节围堰干舷高度在2.5m左右为宜。
2.2、钢围堰定位设置
在钢围堰下水前,在墩位上游20m位置,插打11根钢管桩,桩顶部通过型钢焊接成一平台(每根桩打入河床不小于7m),平台顶部设置2台卷扬机,作为钢围堰在上游的锚定系统。在钢围堰下游两侧,与垂直于线路方向60°处,各设置一个钢围堰定位平台。每个定位平台由8根钢管桩组成,各桩呈矩形布置。沿水流方向间距3m,横向间距2m。平台面主要由20工字钢构成,平台靠钢围堰一侧做成弧形,平台弧形部位施工前,先进行测量放样,确保该弧形部位正好为,钢围堰在设计位置时钢围堰外壁仓的位置。这样钢围堰在下沉就位时,其下游部位紧靠平台定位。围堰定位设置如图5.1所示。
2.3、钢围堰着床
当围堰下沉至刃角距河床面1.0m左右时,利用全站仪进行围堰精确定位,因河床面不平,其测量定位除控制中心位置外,还要采用水平仪测量标高控制其平面扭转。当钢围堰平面位置与设计位置一致时,首先对整个钢围堰隔仓均匀注水,使围堰能均匀垂直地下沉。下沉着床后,如中心位置不符合规范要求,抽水浮起重新就位。钢围堰着床就位后,通过卷扬机调整各定位钢丝绳,使各绳受力均衡。
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卷扬机平台加固桩 平台加固钢丝绳 河床平台 拉耳下 游隔舱板钢围堰定平台加固钢丝绳 位钢丝绳钢围堰卷扬机线路前进方向说明:图中单位以\"厘米\"计
图5.1 钢围堰定位系统布置图
2.4、吸泥下沉
每墩配备一套吸泥下沉设备,每套设备由吸泥管、空压站组成,吸泥管选用φ273无缝钢管制作而成,空压站由3台20m3的内燃空压机及储气罐组成,吸泥的第一步工作就是将围堰顶面找平,而后从围堰中心开始吸泥,逐渐向四周扩散,使中间形成锅底形状,直至刃脚。此过程中应根据围堰的下沉情况,逐步放松定位钢丝绳,使围堰能够下沉。吸泥过程中测量人员每天定时对钢围堰位置,进行测量并作好记录,以便
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及时调整吸泥工艺纠正围堰偏差。定期对围堰顶面上的标高监控点进行抄平,及时掌握围堰的下沉情况,以便能够改进吸泥下沉工艺,加快下沉进度。每班进行2~3次测量,在下沉过程中,发现障碍物时,立即停止吸泥下沉,潜水进行详细勘察,摸清情况,分析原因,采取措施及时处理。围堰发生偏移时,先向偏移方向吸泥,使围堰顶面较低的一侧继续降低,刃脚向相反方向移动,而后再将围堰较高一侧的砂石清除,以达到纠偏的目的。如底部砂层板结,由潜水员协助进行水下爆破松动后再吸泥下沉。下沉过程中如围堰重量不够,浇筑壁仓混凝土配重下沉。使围堰下沉至设计标高。下沉过程中,要随时调整上游主缆,保证围堰在设计位置,平、稳、正、直地下沉。
围堰下沉到达设计标高后,经测量确认位置偏差在设计要求之内后,由潜水员下水对钢围堰刃脚四周及围堰底面进行触摸,做好记录。钢围堰上游刃脚处因水流冲刷较大,外侧抛填钢筋片石笼,其余部位外侧堆砌一圈土袋,内侧刃脚处由潜水员采用干硬性麻袋砼封堵,使围堰内部密封。随后由潜水员下水逐块、逐片检查,量测坐标点高程,进行吸泥清基。考虑到钢围堰在吸泥过后,钢围堰内部河床呈锅底形状,清基时采用砂子对围堰内锅底部分回填找平至设计封底混凝土底面。
2.5、封底混凝土施工
2.5.1、钢护筒插打前先在钢围堰上搭设钻孔平台,并在平台上通过放样做出护筒定位架,以便于钢护筒的插打定位。平台布置如图5.2所示。
2.5.2、安装钢护筒
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完成平台安装后,开始安装护筒。护筒比钻头直径大30cm,壁厚12mm,护筒外侧每隔1.8m用∠75×75×6角钢在护筒外侧加固一道以保证护筒的圆度。钢护筒按打入河床7m(封底混凝土底部以下7m),顶口按照与钻孔平台顶平进行加工。护筒安装前,先根据设计桩位和钢护筒的直径,在平台的顶部焊出护筒定位架,随后进行钢护筒的插打施工。
平台顶5 工20间距30贝雷架工32 钢围堰焊接钢护筒钢板铺面12#槽钢斜向加固贝雷架连接花架 图5.2 钻孔平台布置示意图
钢护筒的插打施工步骤:
⑴钢护筒先在船上接长到可以起吊的长度,随后利用80t吊车将其起吊就位,并临时固定在护筒定位架上,在吊车的协助下进行接长。
⑵达到一定长度后,将其下放着床,此过程应反复调整控制好钢护筒的垂直度和位置。
⑶起吊90KW双夹具振动锤对撑夹住钢护筒顶口,开动振动锤使护筒振动下沉。每振动下沉20~30cm后应停机检查护筒的垂直度,如果发现护筒倾斜,通过调整振动锤的位置和直接调整护筒的垂直度进行校正,直到护筒插打到设计标高为止。
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⑷在钢护筒之间,紧贴贝雷架底部焊接32号工字钢,并以此对平台贝雷架支撑加固。
2.5.3、围堰封底施工 2.5.3.1、封底施工准备工作
⑴封底混凝土利用钻孔平台作为施工平台,砼由砼输送泵通过栈桥送到平台,考虑到封底砼方量较大,且倒管布料频繁,施工时采用三台输送泵同时灌注。将混凝土泵车通过钢栈桥开上钻孔平台,进行封底布料。
⑵导管采用φ273mm,壁厚8mm的无缝钢管制作,导管使用前通过气密试验对导管的连接质量进行检查。
⑶按每根导管按照5m的覆盖半径布置,如图5.3所示。整个围堰共布置8根导管。
⑷准备1个10m3活动集料斗用于首灌封口。 2.5.3.2围堰封底施工
封底混凝土由北江拌和站集中拌和,利用混凝土运输罐车运送到岸边,通过3台砼输送泵送入料斗。
封底混凝土采用如下步骤进行施工:
⑴封底前后设置测点进行测点标高的测定,确保封底厚度基本一致。
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混凝土流动范围钢护筒封底混凝土布料点钢围堰 图5.3 钢围堰封底导管布置图 ⑵按照5.3布置导管,并调整好导管口与河床面的距离。
⑶从中间导管开始,随后沿四周依次进行首管封口。封口完成后,将大集料斗调开,通过泵车对各灌注点进行均匀布料。确保围堰内各部位厚度及上升速度一致。
⑷灌注到设计标高后,停止灌注,拔出导管。
封底采用C20水下高流动性混凝土,所配制的混凝土缓凝时间为24h,坍落度为18~22cm,流动半径应大于5m。封底前做好封底混凝土的材料储备、电力保障、人力保障等工作,确保封底混凝土在尽可能短的时间一次浇筑成功,灌注过程中加强混凝土的质量监控,专人测量分析每个测点的混凝土上升速度,用以指导混凝土的布料。
钢围堰内封底砼施工完成后,在平台上安装钻机,进入下道工序钻
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孔桩施工。
六、结语
1、北江特大桥56#、57#墩钢围堰采用工厂化制作,底节在岸边码头组拼,采用吊车起吊下水的施工工艺,保证了制作精度和焊接质量,围堰水密实验一次合格率100%,围堰尺寸误差小于20mm。
2、通常双壁钢围堰下水自浮,采用大吨位拖船,顶推到上游就位。在缺少大吨位顶推设备的情况下,采用吊运,避免了庞大的围堰水流阻力,既经济又安全。
3、桥址水域狭窄,航道繁忙,两岸上下游均为旅游船停泊码头,不具备传统抛锚条件。采用钢管桩平台定位系统,占用水域小,施工简单快捷,定位准确度高,钢围堰下沉到位后最大偏位0.215m,达到了预期目标。
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