淮河特大桥主桥大型深水基础钢套箱围堰施工工法

京沪高速铁路淮河特大桥主桥大型深水基础双壁钢套箱围堰施工工法关键词：特大桥、深水基础、钢套箱、施工工艺中铁12局京沪13项目部李江峰1、引言京沪高速铁路是我国《中长期铁路网规划》中投资规模最大、技术含量最高的一项工程，也是我国第一条具有世界先进水平的高速铁路，正线全长约1318km，桥梁长度约1140km，大量的深水大跨径桥梁建设快速发展，采纳先进的施工技术,在保证平安、质量的前提下，达到节约投资、缩短工期,又快、又好的建设好京沪高速铁路是我们的目标。京沪高速铁路淮河特大桥主桥位于安徽省蚌埠市境内，工程起讫里程为DK837+308.65～DK837+806.26,桥址位于黄淮河冲击平原，区内地层上部为黏性土及砂类土，下伏基岩为燕山期混合花岗岩。共有6个水中主桥墩（2106#～2011#），承台采纳矩形承台，承台尺寸：15.2m×13.6m×4.0m，桥墩为圆端形变截面实体墩，梁部为（48+5×80+48）m连续梁，淮河流速快、洪水期的落差最大为10m,经过探讨确定全部采纳双壁钢套箱围堰2、工法特点2.1．双壁钢套箱围堰既可作为承台施工的隔水措施,同时又作为承台施工的外模。2.2.双壁钢套箱围堰刚度好,施工简便,在接缝位置进行焊接即可形成刚劲牢靠的防水结构。2.3.双壁钢套箱围堰施工下沉用水下吸泥法进行,不须要大量的机械设备，施工方法简便,降低成本,从而加快施工进度。3、适用范围双壁钢套箱围堰适用于深水承台施工,特殊是采纳钢护筒定位的钻孔灌注桩基础,可在钢套箱下沉过程中利用钢护筒作为套箱的定位、导向和固定设施适用。本工法中围堰的下沉就充分利用了承台中的8根钢护筒。4、工艺原理通过对桥址区地质、水文状况的分析,对双壁钢套箱围堰稳定性、抗浮力、自身刚度等进行检算,从而设计出满意要求的钢套箱,利用临时施工平台进行组装,吊装支撑系统下沉,下沉到位后进行分仓封底,从而达到套箱内无水,实现承台干施工的目的。5、施工工艺流程及操作要点5.1工艺流程详细步骤见图1。5.2.操作要点5.2.1钻孔灌注桩施工完毕,拆除原承台外围的阻碍钢套箱围堰侧模下沉的钢管桩及平台平联部分,保留平台钢套箱围堰中间的部分,再用长臂挖掘机找平承台外围的河床部位,防止在钢套箱下沉到位时,有较大的石头或起伏过大的河床对顶住钢套箱围堰局部而发生倾斜。部分平台的拆除与测量等打算工作穿插进行。钢套箱围堰外侧的平台最外侧两排钢管桩应予以保留和补充;同时,剩余平台在桩基钢护筒上口按支架吊点系统要求进行纵横向工字钢连接,将承台点全部转移到钢护筒上。5.2.2.钢套箱围堰加工与试拼装钢套箱围堰由侧板、吊装支撑系统、导向定位系统及分隔仓组成。按设计要求在专用加工场地由专业人员进行加工,加工完成后,首先在加工场地内试拼装,检验产品加工质量,如刚度、平整度、接缝错台、接缝严密性等是否满意要求,假如不满意,必需修整再次试拼装,直到达要求后,方可拆除,分块通过平板车运输至水中作业台上。.钢套箱围堰下沉的主要工序钢套箱围堰下沉依次为:拼装侧模的第一节→在侧模内侧焊接导向定位系统→在平台上安设吊点支架→拆除原承台外围的钢管桩及阻碍钢套箱围堰侧模下沉的平台部分→下沉第一节钢套箱→拼装及下沉其次节侧模→拼装及下沉第三节侧模→拼装及下沉第四节侧模→拆除平台及拔除平台内的钢管桩→水下混凝土封底→边抽水边焊接围堰内及钢管内支撑→承台施工。.钢套箱围堰的拼装、定位、下沉.1.钢套箱围堰的拼装搭设钢套箱围堰拼装平台及吊装平台，设置悬吊下沉系统。在拼装平台上测量放样，以便限制钢套箱的平面位置。在主护筒上设置钢套箱下沉导向，导向采纳型钢制作，导向与钢套箱围堰之间的间隙采纳3～5cm，导向长度为6～8m。拆除外侧的钻孔平台支架拆除外侧的钻孔平台支架在钢护筒顶焊钢套箱支架系统拼装套箱侧板（边拼边支撑稳固）套箱内部导向系统下沉钢套箱拔除钢管桩、找平钢套箱围堰内河床搭设封底混凝土灌注平台及下导管灌注封底混凝土钢套箱和围堰内抽水割导管、凿桩头、验桩绑扎承台底层钢筋布置散热管、搭管架绑扎承台顶层钢筋绑扎墩身与破冰棱伸入承台钢筋浇筑承台混凝土通冷却水养护验收承台混凝土拌合运输混凝土原材料检验混凝土拌合运输钢筋加工运输图1钢套箱施工工艺流程图利用平板车将钢套箱运输至墩位后进行底节钢套箱的拼装。每条接缝均采纳双面焊缝，焊缝宽度及厚度应满意规定要求。为了确保接缝的焊接质量，在每条竖向接缝上再贴15cm宽的钢板条并焊拉坚固、密实。依据拼装底节的相同程序拼装其次节钢套箱。水平接缝的焊接要求与竖向接缝相同。.2.钢套箱围堰的定位钢套箱围堰的导向装置分上下层定滑轮装置，每层为8个，下层定滑轮安装在第一节钢围堰上，安装在离刃脚高2.2m隔舱翼板上。依据钢护筒的倾斜度及钢围堰下沉的深度，确定滑轮与钢护筒之间的距离为80mm，上层导向定滑轮安装在四个角上的主护筒上，标高比施工水位高50.3.钢套箱围堰下沉钢套箱围堰下沉采纳加重和围堰内高压射水、吸泥除土的方法。加重的方式可采向钢套箱隔舱灌水和砂，主桥钢套箱围堰下沉示意图见图2-1,图2-2，图2-3。在钢套箱接高节段完成后，就向钢套箱的隔舱加水，水要对称施加，避开造成偏压导致钢套箱倾斜，一般下沉1.0m视察一次平面位置及垂直度。利用位于钢套箱中心桁架平台上安装的5t双臂轨道式旋转吊机，双臂对称起吊吸泥机，进行吸泥，可不变幅沿堰周吸泥。钢套箱围堰下沉中随时驾驭土层改变状况，作好下沉量、倾斜和偏位的测量，限制围堰周旁边除土量，留意纠偏，使围堰匀称平稳地下沉。在吸泥过程中，要连续向围堰内加水，尽量使围堰内水位不低于堰外，防止翻沙。图2-1主桥钢套箱下沉示意图图2-2主桥钢套箱下沉示意图图2-3主桥钢套箱下沉示意图当钢套箱围堰下沉到离标高以上2m左右时，限制刃脚随近除土量，留意调平围堰，避开围堰发生突然大量下沉或大的偏斜，难以下沉至设计标高。对于高底刃脚的钢套箱下沉，刃脚进入覆盖层后，因入土部分侧面积不同，摩阻力不同，以致长刃脚一侧不易下沉，围堰易向短刃脚一侧偏斜，故下沉时先在邻近高刃脚一侧井孔内取土，以减小偏斜。然后在井内对称取土。在其次、三、四节钢套箱拼装前，收紧葫芦，让其受肯定的力，钢套箱的拼装依次与第一节的拼装有区分，其次、三、四节的拼装要考虑葫芦的平衡受力，拼装时须分节段循环对称拼装，同时为减轻葫芦的受力，用水下吸泥法边拼装边整体平衡下放。图3钢套箱围堰内吸泥下沉.钢套箱围堰混凝土封底。.1.钢套箱围堰封底砼计算.1.1.基本参数封底砼厚度：3.5m，标号C20、弯曲受压，弯曲受拉，粘结力。.1.2.护筒粘结力G粘+G砼＞F浮G砼=2.3×(15.4×13.8-8×π×2.52)×3.5+604=1050.3t（封底砼自重+围堰自重）F浮=17.5×(16.6×18.2-8×π×2.52)=2538.2t8×π×2.5×(3.5-0.5)×τ+1050.3＞2538.2得：τ＞7.89t/m2(封底混凝土与钢护筒容许粘结力τ按10t/m2计).1.3.封底砼应力钢套箱围堰内封底厚3.5m。封底混凝土底部受到向上的水压力，大小P=17.5×10=175Kpa通过有限元计算得到封底混凝土的最大压应力为1.15Mpa＜6.8MPa。封底混凝土应力满意要求。.2.封底混凝土的施工采纳水下灌注方式进行混凝土封底，泵送混凝土法多点快速灌注,整个封底利用3排(每排4根)12根导管,依据计算首盘混凝土方量,加工大型储料斗,按水下混凝土灌注方法进行封底。依据现场实际状况,为便利施工,混凝土灌注采纳从下游端起先依次倒移向上游前进施工。整体要求:在灌注混凝土过程中,要连续、多点、由下游向上游快速浇筑。混凝土的坍落度限制在18cm～20cm,必要时,可掺加粉煤灰或高效缓凝剂,以提高混凝土的流淌性、延长混凝土的初凝时间。为保证封底混凝土与钢护筒壁间的粘结力,在封底前,用特制的钢丝刷将封底混凝土范围内的钢护筒外壁表面附着物清除干净。封底混凝土采纳C30抗侵蚀混凝土,在浇筑过程中,须严格限制混凝土各点的分布厚度,确保封底混凝土的质量。在封底过程中,为了避开水位压力差破坏尚未达到强度的封底混凝土,在河水面以上5cm～10cm处的套箱壁割除直径为20cm孔洞,从而保证套箱内水位与河道水相平,并要求2天后刚好将其孔洞进行堵焊或用一台水泵依据水位差值进行跟班抽水。图4水下封底混凝土施工6、质量限制标准6.1.全部材料必需符合设计要求和国家现行标准。6.2.焊接质量应满意设计要求。6.3.钢套箱围堰焊缝必需进行经过专人检查合格后可进行下沉作业。6.4.钢套箱围堰下沉就位后平面位置误差应限制在±5%以内。