某特大桥主墩首节钢套箱沉放技术.doc

阜六高速公路淮河特大桥主墩首节钢套箱千斤顶法沉放技术中港二航局四公司 方顶 廖正根 摘 要 淮河特大桥主墩首节钢套箱重150t，在现场分片拼装后，采用千斤顶起吊下放，取得了成功，其起吊下水技术有独到之处，本文着重进行了介绍。关键词：淮河特大桥、主墩、首节钢套箱、沉放1 工程概况淮河特大桥主桥为59+100+59米预应力混凝土变截面直腹板连续箱梁，上构为双幅单箱单室箱形截面。主墩采用16根直径1.8米长70米灌注摩擦桩基础，主墩墩身采用4.0x7.0米截面的箱形空心墩身，双幅采用一个整体承台。主桥主墩位于淮河中，其承台为左右幅整体式钢筋砼结构，承台平面形状为菱形，长向尺寸28米，宽12米，承台厚度为5米。承台顶标高为+13.1米（黄海高程系统，以下同）。2. 承台施工总体思路根据本工程的特点及施工环境，本工程按以下思路组织施工：、先利用钢护筒承重搭设平台进行桩基施工，之后安装套箱进行承台施工。、由于受到通航条件的限制，水上起重仅能依靠30吨的起重船，故钢套箱采用分片加工，现场拼装成节，分节下水的施工工艺。其中首节钢套箱重约150吨，其起吊沉放入水是本工程施工的一个难点。、为加快钢套箱沉放速度，钢套箱拼装前，先用挖泥船将墩位处挖除了几米的覆盖层，并将下沉过程中需要割除的钢护筒内的桩头砼提前凿除，提前搭设好拼装和起吊平台。3. 钢套箱设计结构形式主墩钢套箱底标高取为+5.7m，钢套箱总高度为+15.8m，封底厚度为2.2m，总重约300t。钢套箱分三节制作，其中第一节高度7.1m，为双壁形式，重约150吨，分成14片；第二节高度7.2m，为双壁形式，重约126.1吨。由于钢套箱内壁兼作承台模板，考虑到钢套箱安装时的误差，为确保承台的理论位置，设计时钢套箱平面内口尺寸按承台尺寸放大了10cm。钢套箱结构详见下图。4 钢套箱加工、拼装4.1钢套箱加工由钢结构加工专业厂家在桥址附近硬化的场地上进行加工。由于现场起吊能力有限，无法实行整节起吊，根据钢套箱的重量、结构形式及现场起吊能力，首节及第二节钢套箱均分14块加工，第三节钢套箱分8块加工。每片钢套箱共分若干单元块加工，加工好后进行编号，然后拼装成块。为确保加工质量，每单元块加工时须进行现场放样。钢套箱加工质量按照规范要求及设计要求进行。4.2首节钢套箱拼装由于首节钢套箱无法实现整体起吊，须在现场进行拼装，因此钢套箱拼装前须在墩位处搭设首节钢套箱拼装平台，在拼装平台搭设之前，先用挖泥船将墩位处河床底标高挖至+10.0m左右，以加快钢套箱的沉放进度。根据现场实测，淮河水位为+18.0m，将首节钢套箱拼装平台顶标高定位+19.0m。将钢护筒与钢管桩平联标高改为+19.0m，平联焊接好后，在平联上进行测量放线，放出钢套箱的理论位置，根据施工图纸在平联上焊好限位块。利用型钢通过平联铺设脚手板搭设简易操作平台，平台搭设详见下图。首节钢套箱加工好后，通过25t吊车吊至临时码头旁，然后通过30t浮吊吊至现场进行拼装。首节钢套箱第一块起吊后进行初步定位，通过葫芦进行精确定位，确保钢套箱平面位置及垂直度符合规范要求。定位好后用型钢固定在钢护筒和钢管桩上。起吊第二块钢套箱进行定位，与第一块钢套箱进行点焊，精确定位后固定在钢护筒和钢管桩上，然后进行拼缝焊接，竖向焊缝借助吊篮或爬梯进行焊接，依次类推将首节钢套箱其余块拼装好。最后一块即合拢块的选择十分重要，为确保合拢块能够顺利吊进两侧已拼好的钢套箱内，应选择里口尺寸小，外口尺寸大的块件作为合拢块；如果选择里口尺寸和外口尺寸相同的块作为合拢块，将成倍增加了钢套箱合拢难度。首节钢套箱拼装见下图。5. 首节钢套箱起吊下放5.1首节钢套箱起吊方案构思首节钢套箱重量大，为150t，其起吊下放是本工程的一个难点，经过认真构思，初步拟订了以下四种方案：5.1.1方案一：三角吊架葫芦起吊下放法通过四周共12根钢护筒焊接12个吊架，每个吊架上挂一个20t的葫芦，焊接吊耳，通过12个20t葫芦起吊将钢套箱下放到位。其起吊示意图详见下图。其方案已在我国纵多桥梁中成功应用，该方法的优点：充分利用了钢护筒做起吊支架，不需要采用万能杆件、贝雷架等特种材料，只需采用少量型钢就可实现首节钢套箱沉放。其缺点为：需要20t葫芦12个，不够经济；由于葫芦多，需要的操作人员也多，且下放时操作人员很难控制各葫芦受力均匀，下放过程不够安全；吊架焊接工作量大，施工难度也较大。5.1.2 方案二：贝雷架吊架葫芦起吊下放法通过前后两排共10根钢护筒搭设5榀贝雷架，每榀贝雷架由两排贝雷架组成，每排贝雷架长12m，每榀贝雷架之间用型钢作剪刀撑联成整体，在每榀贝雷架两段顶部安装一个反压梁，反压梁中部下端焊一个吊耳，每个吊耳上挂一个20t葫芦进行起吊。该方法与方案一相比起吊支架安全，型钢用量小，且焊接工作量较小。但该方法具有以下缺点：需要20t葫芦10个，贝雷架40片，不够经济；下放过程中葫芦受力不均匀，葫芦受力不安全；需对10根钢护筒顶部进行找平，其工作量较大。5.1.3 方案三：贝雷架平台卷扬机起吊下放法通过四菱角钢护筒搭设两榀贝雷架（每榀由四排贝雷架组成）作为起吊平台，每榀贝雷架顶部两端各安装一台10t卷扬机（钢丝绳走6道）进行起吊。本方法的优点如下：操作工人较安全；钢护筒顶部找平工作量较小；由于卷扬机较少，各卷扬机受力容易控制，起吊较安全。但该方法存在如下缺点：需要10t卷扬机4台，贝雷架32片，不够经济；受净空高度影响，卷扬机导向轮不好设置，且要对钢套箱的导向轮受力处进行局部加强。5.1.4 方案四：贝雷架千斤顶起吊下放法通过四菱角钢护筒搭设两榀贝雷架（每榀由四排贝雷架组成）作为起吊平台，在钢套箱工字梁上4个焊接倒牛腿，每个牛腿上安装2根精轧螺纹吊带，通过螺旋千斤顶起吊下放，起吊示意图详见下图：该方法具有以下优点：充分发挥了精轧螺纹粗钢筋抗拉好的优点，起吊安全系数较大；采用50t螺旋千斤顶操作，容易控制各千斤顶的受力，操作人员及起吊系统本身比较安全；只需对4根钢护筒进行初步找平，搭设起吊平台比较方便；需要8个50t螺旋千斤顶、60m精轧螺纹粗钢筋及20套锚具、锚垫板和32片贝雷架(所有材料现场均有)，比其它方案经济。不利之处需在钢套箱工字梁部焊4个倒牛腿。由于现场贝雷架较多，同时考虑到在上部结构施工时需要8个50t螺旋千斤顶及大量精轧螺纹粗钢筋，首节钢套箱起吊采用方案四进行。5.2 首节钢套箱起吊下放入水钢套箱拼装好后，拆除钢套箱与钢护筒的连接，设置导向杆，以控制钢套箱下沉时的平面位置，采用8根直径为32mm的精轧螺纹粗钢筋（其中四根作为保险吊带）利用8台50t螺旋千斤顶同时起吊，精轧螺纹粗钢筋下端锚固在钢套箱的倒牛腿上，上端锚固在贝雷架上面的分配反压梁上，使钢套箱整体脱离钢护筒平3-5cm，静隔十分钟后无异样情况发生，割除底端平联，通过千斤顶不断变换行程缓慢使钢套箱整体均匀下降，入水约2.4m后，吊带不承受拉力，此时浮力与首节钢套箱重量平衡，拆除吊带，割除倒牛腿。向钢套箱内注水约1.6m高，此时钢套箱入水深度为4.0m。5.3 首节钢套箱起吊下放注意事项、首节钢套箱起吊下放前要提前焊好钢套箱定位架，确保钢套箱沉放到位后其平面偏位及垂直度满足规范及设计要求。、由于首节钢套箱重，起吊时单个倒牛腿受力较大，为确保首节钢套箱起吊下放过程中不因应力集中而遭受破坏，倒牛腿应焊接在钢套箱工字箱梁（安装钢套箱钢管支撑用）与钢套箱环板结合部位。、倒牛腿的焊接高度要进行专门的计算，确保首节钢套箱下放入水处于自浮状态时，倒牛腿的底面在水面以上。倒牛腿的大小也要进行专门设计，受力安全系数在2.6以上，且确保每个倒牛腿上能够安装2根吊带，且其间距不影响千斤顶操作。、首节钢套箱下放前，要对起吊平台、倒牛腿焊缝、千斤顶及精轧螺纹粗钢筋进行检查，确保施工安全。、首节钢套箱过程中，由专人进行统一指挥，确保各千斤顶操作人员施工协调，钢套箱四角均匀下放，从而确保各千斤顶和倒牛腿基本均匀受力。6总结 、钢套箱设计前作了充分的技术准备工作，如将钢套箱的施工工艺、现场起吊能力、桩头顶标高、施工水位等提供给设计院，确保了设计好的钢套箱能够很好满足现场施工。、由于各节钢套箱拼装时合理地选择了合拢块，这样极大地加快了钢套箱的拼装速度，减小了施工难度。、实践证明，每个倒牛腿上设置2根吊带十分必要，在一个主墩首节钢套箱下放过程中，其中一根精轧螺纹粗钢筋因与螺母丝牙不配套，造成钢套箱下放一半左右憋劲而无法沉放，后来通过保险吊带受力，将憋劲吊带割断后才顺利下放到位。、在首个首节钢套箱下放前，项目部召开会议进行了详细的技术交底，并对人员进行了具体的分工，