攻克水下沉箱钢栈桥施工技术难关

攻克水下沉箱、钢栈桥施工技术难关

目录

一、课题简介二、小组概况三、选题理由四、现状调查五、活动目标及可行性分析六、原因分析七、确定主要原因八、制定对策九、对策实施十、效果检查十一、巩固措施及标准化十二、总结和下一步打算一、课题简介

武汉市作为中部崛起的中心城市，迅速开发和建设武汉新区，对于提升城市的整体功能和综合辐射能力，有着十分重要的作用。

我公司承建的XX南路道桥工程南起汉庆街，北至新民大街，是联系武汉老城区与武汉新区的一条交通主干道。工程全长1.552Km，其中，有522m长为跨越南太子湖的预应力钢筋砼连系梁桥。湖水深2～3m，需进行水上架桥施工。

为攻克水下沉箱、钢栈桥施工技术难关，使沉箱、钢栈桥的承受荷载和稳定性满足规范要求，我们展开QC小组活动，将水上桥梁施工水平迈上一个新的台阶。二、小组简介

课题名称

攻克水下沉箱、钢栈桥施工技术难关

小组类型

攻关型

小组名称

XXQC小组

活动日期

2005.2.16-2005.5.20

小组成员

9人

组长

杨孝成

注册编号

WSR-05-04人均TQC教育时间

13课时以上活动频次

2次/周，出勤率96%TQC教育时间

120课时以上

姓名

性别

文化程度

职称

组内分工

人员构成男

本科

工程师

总体负责

男

本科

高级工程师

方案策划

女大专

高级工程师

方案实施

男大专

工程师

方案实施

男

高中

高级技师

方案实施

女

高中

助理工程师试验监控

男大专

工程师

质量监控

男

中专

助理工程师测量监控

男

高中

技术员材料监控

制表人：XX时间；2005年2月16日本成果2006年分别获武汉市、湖北省及全国优秀成果奖小组活动计划序号

时间内容2005年2月16日—2月28日3月1日—3月31日4月1日—4月30日5月1日—5月20日1选题、现状调查2制定目标3原因分析4要因确认5制定对策6对策实施7效果检查与巩固

制表人：XX时间：2005年2月16日三、选题理由质量要求满足《公路桥涵设计规范》的稳定性、承载荷载能力安全功能的要求。在500m宽的湖面上，用水下沉箱作为基础和承重支架，架设一道钢栈桥，以满足工程桥梁主体结构施工需要。结构要求探索水下沉箱法，架设钢栈桥的施工工艺。工艺要求技术难点

沉箱钢栈桥的下承体为沉积淤泥层，湖底高程不一，施工影响因素多，技术难度大。

四、现状调查

由于本公司第一次施工跨度为552m长的水上预应力钢筋砼连续梁桥，无成熟经验可借鉴，施工前走访了大桥局、二航局和解放军舟桥部队等单位，采用口头询问和问卷调查等方式，收集水上钢栈桥施工经验资料。组织和邀请武汉市市政行业协会的桥梁专家、有实际水桥施工经验的专业技术人员、业主、设计和监理单位的代表召开专题讨论会，对收集到的46份调查表进行分析讨论，归纳出沉箱、钢栈桥六大难点问题需要解决。现状调查一现状调查二调查表序号

难点问题

频数

频率%累计频率%1沉箱水上吊装和水下定位

2043432钢栈桥的稳定性和承载能力

1635783钢栈桥的沉降和纵横向位移

49874钢栈桥的制作、安装和焊接

37945沉箱结构的制作

24986其它因素

12100合计46100制表人：时间：2005年2月17日

制表人：时间：2005年2月17日由图而知：沉箱水上吊装和水下定位，钢栈桥的稳定性和承载能力为A类因素。100010203040460102030405060807090累计率%频数值N43%78%87%94%98%A类因素1、220164321123456排列类别沉箱水上吊装和水下定位钢栈桥稳定性和承载能力；钢栈桥的沉降和纵横向位移钢栈桥的制作和焊接沉箱结构的制作其它因素根据调查表作出排列图，找出A类因素五、活动目标及及可行性分析确定目标沉箱、钢栈桥结结构满足汽－20级重车300KN荷载要求。1、目标设定2、目标实现的可行行性分析不利因因素素1、湖水面宽且且深，沉箱吊装装、定位困难，，且一次性投入入钢构件数量多多；2、水上架设沉沉箱、钢栈桥为为我公司桥梁施施工史上首次，，无成熟经验，，工艺借鉴。有利因因素素1、成立由公司司技术部门和项项目部有关人员员参加的攻关小小组。2、聘请桥梁专专家作施工技术术顾问。3、由桥梁专业业施工队施工，，操作人员素质质高。4、项目部编制制了水下《沉箱箱、钢栈桥》施施工方案，施工工工艺经业主组组织桥梁专家审审定后实施。5、公司出资购购置用于沉箱、、钢栈桥施工的的大量钢构件，，可满足施工需需要。施工任务艰巨技术上可行能力有保证领导支持结论实现目标标是可行行的制表人：时间：：2005年2月18日六、原因分析制图人：时间：：2005年2月20日根据排列图找出出的两个A类因素，围绕沉沉箱水上吊装和和水下定位、钢钢栈桥结构的稳稳定性和承载能能力，用关联图图进行分析，共共找出11条末端因素。末端因素湖面风浪大定位困难湖底淤泥、土层结构变化大沉箱定位偏差大施工面不利于吊车施工工序工期安排紧中轴线、高程难控制沉箱水上吊装和水下定位湖水面吊装施工无通道焊接方法不规范未掌握水上焊接技术操作、管理人员第一次接触施工工艺不熟悉钢栈桥的稳定性和承载力湖水面底持力层承载力低钢栈桥承载力稳定性难控制缺乏水桥施工专业质检人员

焊接工序作业量大沉箱底基面持力层不均衡未掌握操作流程无完善的工艺流程和检验程序测量偏差大工序质量控制不严工艺方案交底不够

七、确定主要原原因对关联图分析找找出的11条末端因素，逐逐一进行要因分分析和确认1、要因确认分分析序号要因名称

要因确认内容

确认方法

负责人

要因确认结果

1湖水面施工吊装无施工便道

1、拟采用逐个沉箱下沉依次施工。2、即以每8m距沉箱为施工单元在每跨沉箱，钢栈桥架设后，吊车行至栈桥沉箱体上，再吊装前跨沉箱施工。3、用逐跨吊装向前移动法施工。4、此要因可以解决

调查分析现场验证

2未掌握水上焊接技术

1、组织焊工技术培训，掌握水上焊接施工要领。2、在岸边进行模拟试验，待成功后在水下实施。3、此要因可以解决

现场验证

3管理、操作人员第一次接触

1、组织有关人员到类似工程观摩学习。2、请桥梁专家和桥梁工程师结合本桥结构讲课。3、此要因可以解决。

分析调查

4钢栈桥承载力、稳定性难控制

1、对沉箱、钢栈桥进行设计和验算。2、拟写详细的水上沉箱钢栈桥施工方案。3、请专家对方案进行可行性认证。4、此要因要重点对待。

现场验证、检测

YESNONONO5中轴线、高程难控制

1、利用两岸控制点，用全站仪观测，并用前方交汇法校正中轴线。2、在定位好的沉箱上焊接调平支架解决。3、此要因可以解决。

现场验证测量

余运保杨小芳

6缺乏水桥施工专业质检人员

1、成立关键工序检查验收小组，指定由经验的质检人员，进行专项检查。2、强化质量“三检制”和工序验收制度3、此要因可以解决

分析讨论验证检测

7工期安排紧

1、为赶工期，在施工过程中，一味注重数量和速度时，质量则难以成优。2、调整各工序的施工工期，合理安排作业，进行交叉施工。3、此要因可以解决。

调查分析

8无完善的工艺流程和检验程序

1、工艺流程和检验程序是施工管理和质量控制的重点。2、项目部成员均未参加水桥的沉箱、钢栈桥施工。3、本工序是结构工序顺利实施的保证4、此要因要认真对待

分析讨论

9湖底淤泥、土层结构变化大

1、沉箱结构必须座落在一层均质的、有一定承载力的土层上。2、拟选用水下泥浆泵吹填法处理湖底土层。3、此要因可以解决现场验证

10船上定位困难

1、选择风平浪净的时间进行沉箱下沉定位。

2、采用岸上全站仪监控和船体监测同步进行。

3、本道工序是钢栈桥成功的重要环节，4、要因必须认真对待。

现场验收检测

11工艺方案交底不够

1、沉箱、钢栈桥结构施工的特殊性决定了施工工艺的特殊性。2、加强针对性技术交底。3、此要因要认真对待

现场验证

YESYESNONONONOYES制表人：时间：：2005年2月23日八、制定对策序号

要因

对策

目标

具体措施

地点时间

责任人1钢栈桥承载力、稳定性难控制

对沉箱、钢栈桥进行设计验算以获得可靠数据指导施工

钢栈桥的承载能力、稳定性满足规范要求

1、对沉箱、钢栈桥进行设计，计算和验算。2、拟写详细的水上沉箱、钢栈桥施工方案。3、聘请桥梁专家对方案进行审核。

施工现场2005.2.26-2005.3.22无完善的工艺流程和检验程序

加强学习相关施工技术规范，逐步建立完善的工艺流程和有效的检验程序。

建立沉箱、钢栈桥施工工艺流程和检验程序

1、学习公路桥涵有关施工技术规定。2、制定沉箱、钢栈桥施工的工艺流程。3、完善钢结构的检验程序和控制体系

施工现场

2005.3.2-2005.3.5

3工艺方案交底不够

根据沉箱、钢栈桥施工特点，编制针对性技术交底。

每一个施工操作人员都能按施工工艺要求

1、施工方案交底形成书面文件，传达到每一个施工人员手中。2、召开施工技术交底专题会议。

施工现场2005.3.3-2005.3.54水上沉箱施工、船上定位困难

利用岸上全站仪和船体测景双控措施。

沉箱水下定位满足设计要求。

1、二条定位船在沉箱施工横轴线位置，抛锚固位。并在沉箱四角位置打控制桩。

2、用四根绳索系在沉箱四只耳环上，稳定沉箱下沉不晃动。3、在岸边用全站仪配合船上定位测量，沉箱定位后，在沉箱四角，用角铁固定沉箱。

4、加载定位稳定后，焊接调平支架。

施工现场2005.3.6-2005.4.27

制表人：时间：：2005年2月25日对沉箱、钢栈桥桥进行设计验证证，获取可靠数数据，拟定方案案，指导施工。。1、沉箱、钢栈桥设设计、计算和验算钢栈桥采用沉箱箱作为基础及承承重支架，沉箱箱上由工字梁相相连，并铺设枕枕木形成通道。。栈桥宽5.2m,每8米为为一跨，每8跨跨为一联，联与与联之间设伸缩缩缝。沉箱长6.5m，宽2.25m，高高2.25m，，采用6mm厚厚的钢板，支架架的顶梁与底梁梁采用20cm型槽钢，立柱柱采用75mm的角钢对焊为为“十字”型压压杆，水平杆及及斜撑采用3mm厚50mm角钢。沉箱上上面为调平支架架,结构与箱内内骨架上铺5片片40cm型工工字梁网片,工工字梁间距为1.0m。上面面满铺16cm×24cm××260cm的的枕木。沉箱、钢栈桥平平面布置图九、对策实施实施一桥面枕木验算汽-20重车每个轮重120/2=60kN,每个车轮着地面面积为0.6m×0.2m。Mmax=qcb/L××(d+cb/2L)式中：q=133.7c=0.6b=0.425d=0.125L=0.85代入Mmax=11.03kN·M（枕木自重产生弯弯矩忽略不计））W=0.162×0.24/6=1.024×10-3m3故σ=M/W=11.03××103/1.024×10-3×106=10.77MPa<12MPa（枕木顺纹允许弯弯应力）τmax=60×103/1.5×(0.16×0.24)××106=1.041MPa<1.2MPa（枕木允许剪应力力）验算结论:枕木木弯应力、剪应应力满足设计要要求。（2）工字梁力力学验算1）永久荷载枕木：0.16×5.2×8×0.75=50kN桥桥面连续结构构约为：10kN工字梁：73.8×9.8××10-3×8×5=28.9kN沉沉箱自重46kN。2）可变荷载汽-20重车及及冲击力：300×（1+0.337）=401kN（（0.337为为冲击系数）3)力学验算栈桥梁为40b工工字钢每孔设置置5片，单片截截面抵抗拒W为为1140cm3,单片最大集中中荷载为401÷5=80kN。单片均布布荷载为（50+28.9））/5/8=1.97kN/M，工字钢净净跨距为7m。。W=1140cm3Mmax=pl/4+ql2/8=80×7/4+1.97×72/8=152kNσ=M/W=（（152×103/1140=133MPa＜＜145MPa（A3钢的材料允许弯弯曲应力）验算结论:主梁梁强度满足要求求。（3）沉箱力学学计算沉箱压杆采用5mm厚75mm角钢，截面面为两根75mm角钢焊接而而成的“十字形形”压杆，每根根压杆受力:（（50+28.9+10+46+401））/10=53.6kN。。53.6×103/1.47×103=36.5MPa＜115.9MPa(A3钢允许轴向应力力)，符合规范范要求。沉箱焊接验算结论:沉箱箱结构满足规范范要求。（4）地基承载载力验算(以单单个沉箱为计量量单位):湖床表层地基承承载力:70kPa，承受水的浮力:2.25×6×0.5×10=67.5kN;沉箱内水的自重重：6.0×2.25×2.25×10=304kN;最不利荷载:N=50+28.9+10+46+401+304-67.5=772.4kN;最小承载力:Nmin=13.5×70=945kN＞＞772.4kN(最不利荷荷载);验算结论:沉箱基础地基承承载力满足设计计要求。（5）横向稳定定性检算栈桥的横向稳稳定性的破坏坏因素主要来来自风力和水水流冲击力，，但由于栈桥桥大部分沉入入水中，水上上阻风面积很很小，风力对对栈桥的横向向稳定性影响响很小，可以以忽略。沉箱、钢栈桥桥的枕木允许许剪应力、弯弯应力、工字字钢主梁强度度、沉箱轴向向应力、沉箱箱基础面地基基承载力、横横向稳定性等等均符合《公公路桥涵设计计规范》要求求。综上验算，得得出结论：2005年4月1日，从从工程概况、、沉箱、钢栈栈桥的方案构构思、沉箱、、钢栈桥及水水上施工平台台结构、设计计计算及验证证、主要项目目的施工方法法等五方面编编制了“汉阳阳XX南路南南太子湖景观观桥钢栈桥、、钢围堰及水水上作业施工工方案”。2、编制水上上沉箱、钢栈栈桥施工方案案2005年4月2日，，由武汉市土土木工程建设设监理有限公公司组织有关关桥梁专家对对方案进行了了审定认可,并批准方案案实施。3、聘请桥梁梁专家对方案进行认证审审核沉箱、钢栈桥桥方案审定会会建立和完善沉沉箱、钢栈桥桥工艺流程及及检验程序。实施二1、组织学习习《公路桥涵涵设计规范》》、《公路桥桥涵钢结构和和木结构设计计规范》，熟熟悉和掌握沉沉箱、钢栈桥桥的施工技术术要求和操作作要领。2、制定沉箱箱、钢栈桥施施工的工艺流流程。工艺设计湖面土基吹填处理找平沉箱、钢栈桥构件制作测量放线沉箱下沉位置沉箱吊装下沉到位焊接沉箱调平支架安装、焊接工字钢梁和附件安装、铺装枕木安装行车道钢板钢栈桥面栏杆钢栈桥的验收与开放交通测量钢栈桥轴线、高程进行工序检查按设计要求进行动载试验测量沉箱轴线、高程进行工序检查对制作沉箱结构验收，岸上全站仪、船上测量系统双控定位。沉箱、钢栈桥的承载力、稳定性计算与验证建立应力应变模型初步设计深化设计设计论证加载分析结构验证加载预压沉箱地基承载湖底地基调查工艺施工负责人：杨孝成王永奇余运保尹恒熊利勤刘誉杨小芳丁雄洲程波1、工序控制和插入度2、操作质量和反馈3、质量验收及内业记录4、材料及构件质量合格证5、检测设备验收6、沉箱、钢栈桥检查与验收组长抽检技术部门把关总结评比质量、提出工序施工缺陷施工班组自检互检专检3、建立沉箱、、钢栈桥施工工质量控制体体系实施三针对工艺方案案交底不够施工方案交底底形成书面文文件，传达到到每一个施工工人员手中。。技术交底于于2005年年3月3日在在现场办公室室召开，全体体施工人员参参加了交底会会，通过交底底使每一个施施工操作人员对自己的工工作要求，工工艺标准和目目标了如指掌掌。沉箱、钢栈桥技术交底交底人：2005年3月3日解决水上沉箱箱，船上定位位难点。2、测量沉箱箱四角的定位位控制桩，并并将定位桩用用长铁锚打入入湖底土层中中，吊装沉箱箱边下沉边纠纠偏，直至下下沉定位完毕毕。3、为防止沉沉箱下沉时位位移和滑动，，在沉箱四角角分别焊上50cm长的的75cm的角钢进行行锚固，并用用四根缆风绳绳系在沉箱四四只耳环上，，以防止沉箱箱晃动，边注注水边下沉直直至沉入湖底底。4、在岸边，，采用全站仪仪定位法配合合船上测量系系统双控沉箱箱定位位置，，确保沉箱下下沉位置准确确。5、沉箱定位位后，进行加加载稳定沉箱箱，沉箱沉入入湖底后，吊吊上砼加载板板和一个装满满水的沉箱加加压，直到沉沉箱沉降量每每小时小于1cm时，卸卸下预压件，，焊接调平支支架，再进行行上部钢栈桥桥梁体施工。。实施四1、选择风浪浪较小的气候候施工，用二二条定位船在在沉箱下沉横横轴线附近，，距离沉箱体体边缘等距离离处抛锚固定定船体。十、效果检查查（1）检查项项目：钢栈桥桥截面跑车试试验、刹车试试验。（2）试验方方法：1台300KN重重车以15公公里/小时速速度通过，并并选择在跨中中刹车。（3）检查结结果：桥梁结结构反应平稳稳、无异常现现象发生，试试验桥梁结构构符合设计要要求。1、动载效果果检查2005年4月29日，，对架设好的的沉箱、钢栈栈梁进行了动动载检查试验验，测试结果果如下：2、沉降、横横向位移效果果检查2005年4月29日，，动、静载试试验合格后，，沉箱、钢栈桥开始通通过运行。在在2005年4月30日日—2005年5月15日对沉箱、、钢栈桥通车使使用后的沉降降、横向位移移进行了全程跟踪测量量。设计值实际值沉降控制对比单位：cm1086420设计值实际值106设计值实际值横向位移对比单位：cm543210设计值实际值53由图可知：沉沉箱、钢栈桥桥通车使用后后，沉降、横横向位移达到到设计要求值值。课题目标已完完成4、施工效果果检查用54天的时时间完成了沉沉箱、钢栈桥桥施工，比原原计划工期提提前6天，沉沉箱、钢栈桥桥竣工，为主主体结构提前前施工创造了了条件，取得得了较好的施施工效益。3、目标实施施检查沉箱、钢栈桥桥竣工后，通通过对桥体外外观项目的实实测实量、动动载试验检测测，钢栈桥完完全满足汽车车—20级，，重车300KN的荷载载要求。5、社会效益益XX南路南太太子湖景观桥桥成为武汉新新区的重点工工程，由于精精心组织施工工，使景观桥桥工程成为武武汉市桥梁工工程施工的一一大亮点，多多次受到省、、市领导的检检查，2005年9月月30日长江江日报也对工工程作了报导导，武市政质质字[2005]13号号文通报XX南路南太子子湖景观桥上上了市建委文文明施工红榜榜。取得了较较好的社会效效益。十一、巩固措措施及标准化化1、巩固措措施在沉箱、钢栈栈桥的架设和和使用过程中中，我们QC小组进行了了全过程的跟跟踪、监测和和资料采集，，并将这些大大量的原始数数据，进行归归纳、整理和和小结。用沉箱、钢栈栈桥工艺进行行水上桥梁施施工，虽然取取得了较好的的效果。但在在桥体结构设设计和施工过过程中，对局局部位置的处处理上还欠妥妥当，如承重重车在钢栈桥桥行驶中