天津海河春意桥主桥上部结构施工技术

天津海河春意桥主桥上部结构施工技术

1主梁钢箱梁承台威海春意桥位于天津市河西区，全长330m。其中，陆桥采用13.34m直径的连续箱梁，主桥采用57.5m和85m。57.5m长，以箱梁结构的形式连接。桥梁宽40m,荷载等级为公路Ⅰ级。作为支承钢箱梁的2个中墩(5号、6号墩)承台位于海河水中,墩位处淤泥底面标高为-5.6m,设计承台底标高为-10m,海河常水位为+1.5m,考虑封底混凝土厚度等因素,进行承台施工时钢围堰内外水位差为12.5～13.0m,设计采用拉森钢板桩围堰法进行水中承台施工。钢板桩围堰见图1。2计算嵌入结构的压力2.1计算参数2.1.1高强钢板桩的设计计算中根据实际情况取海河水位为+1.5m,钢板桩顶标高为+3.5m,钢板桩长22m。围堰用钢板桩为日本产SKSP-SX27型,即拉森Ⅵ型高强度钢板桩,其每米板面截面惯性矩为56700cm4,每米板面截面模量为2700cm3,抗拉强度设计值为295MPa。围堰内支撑围檩第1道采用双拼I45b工字钢,第2、3道均采用双拼I63a工字钢,每道围檩均采用8根ϕ630×8mm钢管作为支撑。2.1.2土壤压力系数根据现场实测和地质报告确定水文地质情况,计算土压力系数见表1。2.2计算内容2.2.1桩结构(1)围堰结构内力的包络图由于钢板桩打入土层透水性评价均为不透水,因此,利用“理正深基坑设计6.0”软件,取1m板宽,以水土合算的计算方式,通过m值法,对围堰施工各个工况下的结构内力进行分析,得出的结构内力包络图见图2。(2)计算抗弯和钢圈的计算经计算,钢板桩承受的最大弯矩为240.34kN·m,弯曲应力为89.0MPa,满足结构安全要求。(3)围及支撑应力根据图2,取1m板宽计算时,支撑反力最大值为274.22kN,采用MIDAS建模,按围檩承受274.22kN/m线荷载进行计算,得出围檩及支撑承受组合应力最大值为85.0MPa,结果满足结构安全要求。2.2.2实际施工嵌固深度值与施工嵌固深度值对比采用圆弧滑动简单条分法进行分析,计算出钢板桩嵌固深度设计值为4.2m,而实际施工嵌固深度值采用7.5m,能够满足施工要求。此外,设计的钢板桩围堰均满足抗倾覆验算、基坑底管涌、隆起验算和抗浮稳定性验算要求。3施工工艺3.1打时导向架控制钢板桩插打之前,在钻孔桩钢护筒上焊接牛腿,安装第1道支撑围檩,作为钢板桩插打时的导向架以控制钢板桩的平面尺寸和垂直度。第1层钢支撑的围檩是钢板桩打入时的依托,第1层围檩安装时是否垂直以及钢板桩打入时是否垂直、平整是影响整个钢支撑能否顺利进行的关键,因此,在第1层围檩与钢护筒之间焊接牢固三角形支撑结构。3.2钢板桩的垂直度通过检测确定第1片钢板桩插打合格后,以其为基准,再向两边对称插打钢板桩到设计位置,最后在一侧的中间合龙。整个施工过程中要用锤球控制每片桩的垂直度并及时调整;钢板桩插打时应使钢板桩的拼接缝不在围堰的同一断面上,应上、下交替错开。每一片钢板桩先利用自重下插,当自重不能下插时才进行加压。钢板桩插打至设计标高后,立即与导向架进行焊接,以抵抗水流冲击。插打过程中,须遵守“插桩正直,分散即纠,调整合龙”的施工要点。3.3拉森板桩插打第1根拉森板桩以导梁为定位、垂直插(反复仔细校正拉森板桩位,确保垂直)至设计标高。其余各拉森板桩,则以已插好的拉森板桩为准,起吊后人工扶持插入前一根拉森板桩锁口,然后用振动锤振动下沉。插入桩位的拉森板桩须紧靠导梁,插打1根或几根后,将已插好的拉森板桩点焊固定于导梁上。整个施工过程中要用锤球始终控制每根桩的垂直度,并及时调整,调整工具有千斤顶、木楔、导链等。3.4合龙桩的安装在最后插打的一侧围堰中段设置合龙口,板桩根数为3～5根。为控制合龙口处钢板桩垂直度,在距合龙口两侧还剩10余根钢板桩时便严格监控钢板桩的倾斜度。每插打1根钢板桩就测量其轴向及法向倾斜度,并根据其倾斜度的累积增加规律及施工经验预计其后几根桩的倾斜度。为保证合龙口处钢板桩的垂直度,在距合龙口还剩几根钢板桩时立即下异形钢板桩,将桩的轴向倾斜度纠正为负数,然后再插打桩至合龙处,使其轴向及法向倾斜度均控制在0.2%以内。根据合龙口的形状确定合龙钢板桩的尺寸,具体方法是:测量合龙口的宽度,12h后再复测一次。目的是让合龙口各桩向自由端释放插打嵌合过程中的内力和位移,待其充分释放后再测合龙口宽度。按最终实测的合龙口宽度焊接1根合龙桩试样,将试样在合龙口处试插,若试样能在两相邻桩锁口中自由上、下移动,即可确定合龙钢板桩的加工尺寸。为了使合龙钢板桩能顺利与相邻桩的锁口相互咬合,插打前应使合龙钢板桩两侧桩高度不同,高差控制在100～200mm,这样合龙钢板桩的锁口可较方便地先与高桩套好,再套低桩的锁口。插打合龙桩时,使与相邻桩套好锁口的合龙桩自由落入,并将振动锤垂直降落,将其重量全部压在合龙桩上,开启振动锤,随着桩进入土体的深度增加,阻力逐渐增大,此时控制器电流表的电流值亦增大,当电流值升至400A时,将桩上提2m左右,待电流值降至100A时,再向下施打。如此反复几次,将桩打至预定高程。3.5拉森钢板桩的安装拉森板桩插打施工完后,进行第2道围檩型钢安装。安装时首先在安装位置下方焊接承受围檩自重的临时短型钢,然后吊围檩型钢就位。由于部分拉森板桩侧面与围檩型钢之间存在空隙,将每片空隙处的拉森板桩用短型钢支撑在围檩型钢上并焊接固定,应注意拉森板桩围堰四角与围檩型钢的固定。并按照设计要求安装ϕ630钢管桩支撑,对围檩型钢和支撑接头位置用三角加劲板焊接,同时加强焊缝质量检查,形成稳定的内支撑结构。围檩与支撑的连接方式为焊接,支撑钢管与围檩连接部位满焊,为环形焊缝,且在接头位置沿钢管周围焊接6块三角加劲板,每60°焊接1块,三角加劲板同时与钢管和围檩焊接,加强支撑和围檩的连接强度。在拉森钢板桩凸面上每隔5.1m焊接1道牛腿,牛腿采用I45b工字钢制成,长100cm,牛腿顶面高程根据围檩安装的底标高控制。围檩与钢板桩凸面之间的缝隙采用钢板塞紧并进行焊接固定,围檩与钢板桩凹面之间的缝隙根据缝隙宽度截取同长度的I25b工字钢和钢板塞紧并进行焊接固定。围堰内开始抽水前先用水泵进行试抽水,降水高度约为1m,然后观察拉森板桩之间是否有渗漏水现象,如有则进行塞缝堵漏。然后继续降水进行下道围檩焊接与支撑安装。在围檩及支撑施工同时进行上、下楼梯的安装。3.6养成池和基坑钢板桩围堰形成并降水后,将基坑开挖至设计标高。开挖采用干挖法,即降水后利用高压水枪将土体冲散后,用排污泵抽出基坑。基坑开挖至承台底设计标高下1.0m即标高为-11.0m处。开挖至设计标高后,进行基面清理工作,清理表面泥渣,并大致整平。清理完后检查基底平整度并作好记录。在围堰基坑底四角埋设4根无砂混凝土滤水管,并各下1台水泵,将基坑底水位保持在坑底以下1m即标高-12.00m处。3.7无砂混凝土滤管的安装封底混凝土采用干做法,即在基坑底面上直接浇注1m厚C25封底混凝土。一方面通过封底混凝土增加抗水压强度,另一方面封底混凝土与围堰形成一个整体,增大围堰的自重,抵抗外侧水浮力。浇注封底混凝土时应将基坑底降水井的无砂混凝土滤水管接长至封底地面,方便承台及墩柱施工时的降水。混凝土浇筑前应将基坑底杂物、松散土体清理干净,并在封底混凝土顶面即-10.0m上焊接混凝土施工操作平台,在标高达到设计要求后方可进行混凝土的浇筑。封底混凝土浇注应在开挖至基坑底面后尽快进行。混凝土采用泵车浇筑,浇筑混凝土时分块、分层水平对称浇筑,分块宽度不宜超过2m,分层厚度以30cm为宜。浇筑时应当对称浇筑,防止出现两侧围堰受力不均的情况。对每一处振动部位,必须振动到该部位混凝土密实为止,在混凝土浇注完毕立即将混凝土表面压光,再进行养护。3.8拉森板桩拔除待承台、墩身施工结束即可进行钢围堰拆除工作。第3道内支撑拆除前先在钢板桩与承台间回填细砂并在顶部浇筑40cm厚混凝土冠梁作为临时支撑,第1道、第2道内支撑拆除前采用水泵加水至围檩标高下1m处,再进行逐层拆除。拉森板桩拔出前,注水使钢围堰内、外水位持平,拔除工作先由下游方向开始,对称施工至上游方向,拔桩起点应离开角桩5根以上,可根据沉桩时的情况确定拔桩起点。钢板桩采用DZ90型振动锤配合履带吊进行拔除。钢板桩拔除时先用打拔桩机夹住拉森板桩头部振动1～2min,使拉森板桩周围的土松动,产生“液化”,减少土对桩的摩阻力,然后慢慢地往上振拔。拔桩时注意桩机的负荷情况,发现上拔困难或拔不上来时,应停止拔桩,可先行往下施打少许,再往上拔,如此反复可将桩拔出来。3.9彩条布的防水施工钢板桩打入之前一般应在锁口内涂以黄油、锯末等混合物。当锁口不紧密漏水时,用棉絮等在内侧嵌塞,外侧包裹1层防水彩条布,起到防水和减小水压力的双重效果。抽水同时在外侧水中漏缝处撒大量木屑或谷糠和炉渣的混合物,使其由水夹带至漏水处自行堵塞;在桩脚漏水处,采用局部混凝土封底等措施。若漏水严重、堵漏困难时,在钢板桩外侧补打木桩围堰,木桩围堰内侧铺设