南京大胜关长江大桥80.2m×38.2m钢围堰施工技术

南京大胜关长江大桥80.2m×38.2m钢围堰施工技术2015-04-2913:16

系统分类：技术资料

专业分类：路桥隧道

浏览数:142长江大桥桥墩钢围堰其外形尺寸为80.2m×38.2m(长×宽)，由双层壳体组成，其分为底节和顶节两个分段。底节高为14.5m，重约1845t(不计刃脚混凝土重量)，分108个单元（含下层内支撑），其两端半圆中间为矩形的内、外环双壁自浮式钢结构，外环总长80.2m，总宽为38.2m，内外环间距为2m。中节围堰为双壁钢围堰，外形为椭圆型，两端为半圆结构，外直径为38.2m,长度为80.2m,壁厚为2m，高度为9.3m，总重约为1046t。其中侧板为632t，内部支撑为415t。顶节为焊接梯形结构，两端为圆弧，中间为直线。上部尺寸为0.32m，下部为0.82m，高度为3.2m，总重为24.7t。底节围堰支架的挂筒标高＋8.63m，支架顶到底节围堰顶0.32m，底节围堰顶标高约为：+9.31，底节围堰高度14.50m，中节围堰高度9.30m，围堰截面积（刃脚以上部分）395.336m2，刃脚高度2.5m。按围堰刃脚中有0.5m高度的的水无法排出考虑。围堰制造总体方案考虑施工条件和运输等因素，钢围堰中节拟采用分节制造，依次组拼的原则。即采用车间分节制作成单元块，在原围堰底节的基础上整体组拼。经过对图纸的分析、参加制造的有关人员的意见和钢结构车间的吊机的起吊能力（有一台20t龙门吊机），决定对围堰的中节作如下分节：中节高度9.3m，在高度方向不分块，沿周长方向分直线段和曲线段。直线段（半边）分为4.5m×4+3.0m×2+4.5m×4共10块（采用1.5m×9.3m的开平钢板）。其中最大的一块为9.3m×4.5m重量约为16.9t。曲线段（半边）分为7.5m×8共8块（采用1.5m×9.3m的开平钢板），每块（7.5m×9.3m）的重量为19.7t。围堰拼装施工：1、围堰接高1）围堰接高综述在钻孔桩施工结束后,开始进行中节围堰接高施工。采用80t、150t全回转吊船同时对称拼装，吊机布置情况见《钢围堰接高施工布置图》。内支架拼装采用相类似的方法，在铁驳上组拼成60t左右的组件后，现场拼装。拼装顺序：先侧板、后内支撑。中节围堰接高见《中节套箱接高施工示意图》。2）围堰拼装悬浮状态分析十一月份到一月份历史水位情况见下表：历史最低平均水位+0.93m，平均水位（+0.93m～＋3.25m）底节围堰未接高在历史最低水位可以实现自浮；底节围堰+中节围堰（未有内支架），在水位为+2.36m时可以实现自浮；水位低于+2.36m时不能实现自浮；底节围堰+中节围堰（有内支架），在水位为+3.41m时可以自浮，水位低于+3.41m时就不能实现自浮；因此全部拼装完成后，需在提升装置的配合下才能完成由固定状态向悬浮状态的体系转换。套箱围堰悬浮工况具体计算分析见附件1。2、围堰接高前准备工作1）另铺设施工通道，重新布置周圈套箱接高操作平台及围栏设施。2）套箱接高前，对底节套箱结构进行一次全面大检查，对于施工中损坏的结构受力构件进行恢复，侧板渗水的位置进行处理。3、围堰中节接高施工套箱中节安装按照先安装侧板，再安装顶层内支撑主桁及联结，最后安装附属设施的顺序进行；套箱侧板的安装及合拢按照先安装两端圆弧段侧板，再对称安装两侧直线段侧板，最后直线段中部实现合拢。拼装前，应对每个单元组合进行编号排队，且拼装工作应对称进行，直至最后合拢。拼装合拢后，全面调整其垂直、水平、椭园度等，务使接头对准，所有误差均在允许范围之内。经检查认可后方可进行电焊。1）套箱接高测量控制（1）围堰拼装前，首先精确测量围堰原有的轴线点的坐标，围堰顶面结构中心点坐标是由同一轴线上的A、B或C、D点平均得出，其他两个点平均值复核。2）钢套箱侧板安装、焊接钢套箱中节侧板在工厂组拼成单元，利用起重码头20tГMK吊机倒运下河，在铁驳上将围堰单元拼装成重量约40～60t的块件，运输至墩位，利用浮吊吊装拼接。侧板由两圆弧段对称四点向套箱中间安装，两侧分别在直线段中部合拢。侧板吊装分别利用两侧的80t或150t全回转浮吊。拼装时，分别吊装单元块在底节围堰上就位，并按拼装线在底部焊定位挡块，上部铅垂到位后，在临时吊点处设缆风进行调整并固定。在单元间内、外壁板内侧加装钢垫板，并采用手工焊定位。侧板经测量、精确定位后进行拼缝焊接，合拢段可根据现场具体空隙尺寸进行调整。3）顶层内支撑桁架及连接段安装顶层内支撑主桁组装成整长的单组桁架，利用起重码头20tГMK吊机装船运输至墩位，再利用80t浮吊或150t浮吊整体吊装，内支撑主桁联结系安装分别利用80t浮吊或150t浮吊安装、与内支撑桁架焊接。顶层内支撑主桁由圆弧一端向另外一端依次安装。4）套箱中节质量验收中节套箱拼装、焊接完成后，对焊缝质量、侧板水密性及套箱尺寸、安装精度进行检查验收。钢套箱的结构尺寸必须符合钢套箱主要尺寸允许偏差的要求，焊缝质量检测合格，侧板面板焊缝全部进行煤油渗透试验，以检验侧板的水密性能。焊缝质量检验验收标准同中节套箱围堰制造焊缝质量验收标准。围堰下沉1、河床调整6#墩围堰底所处河床受冲刷严重，河床呈高低不平状态。围堰上游侧刃脚底河床标高约为-23.0m，下游侧刃脚底河床标高约为-9.0m。依据设计要求6#墩围堰就位后，刃脚底设计标高为-18.0m。6#墩围堰要在河床一端高一端低的情况下下沉，其下沉精度难以控制，为保证围堰的顺利下沉，需先对河床进行平整处理后，再进行围堰的下沉作业。现底层内支架的标高约为+8.63m，刃脚的标高约为-5.19m。围堰下沉到位刃脚底设计标高为-18.0m，围堰要下沉约12.81m。钻孔桩接近完成时即开始对河床进行处理工作。首先在上游侧进行抛填片石及砂砾，使上游侧河床标高达到-18.50m，再在上游侧河床上填4～5m厚砂（河床填砂采用吹填），使上游侧河床标高基本达到-14.50m～-13.50m，从而保证上下游河床高差控制在2m以内，使围堰下沉易于掌控。对于下游侧河床，采用挖泥船挖泥法对河床进行降低，以使上游和下游的河床标高的高差尽量小。在河床处理完成后，测量组须进行测量检查，以确保河床的状况达到使用要求。如不符合要求，可再适量抛填一定数量的砾石及砂，直至达到使用要求。1）上游河床回填方案上游河床采用抛填不同种类的砂石来进行整平。河床标高-23.0m～-20.0范围内抛填片石；-20.0m～-18.5m范围内抛填卵石、砂砾；-18.5m以上范围内进行吹填砂。考虑到以后的混凝土封底防止混凝土漏出，在围堰外测的河床面要多抛填一定范围的片石及砂砾。抛填区域初步定为在6#墩围堰所处水平面向外各增加2m范围内。但具体施工时，可依据现场实际情况而定。上游河床抛填土方量计算参见附件３。2）下游吸泥方案下游河床采用挖泥船挖泥对河床进行降低。考虑到周围砂土对刚刚挖过的河床的回填影响，可以考虑安排2艘挖泥船进行挖泥来降低河床标高，使上下游河床高差满足下沉要求，即可以进行围堰的下沉施工。围堰下沉时采取边吸泥、边下沉的方法进行。围堰下的河床为全新统河床和地层，为松散细砂。采用空气吸泥机进行吸泥。空气吸泥机采用φ250mm并配备供应能力为20m3/min的空气压缩机。吸泥机靠近下游处不均匀吸泥。吸泥时要保持吸泥机下口不低于刃尖，以免吸泥过深而使坑深超过刃尖过多而引起翻砂。围堰下沉到河床面附近时，河床底的水流流态发生变化，流速增加，使水流对后侧的河床冲刷增加，此时应该控制吸泥量，严格控制围堰的位置，保证围堰位置准确，直至达到-18.0m的设计标高。在围堰下沉的过程中，下游刃脚先进入河床而上游刃脚还未进入河床。下游围堰刃脚在下沉过程中受到河床砂的摩擦阻力，随着围堰的不断下沉摩擦力也不断加大。下游围堰内壁考虑加水来克服阻力解决下沉困难。如果仍难以取得较好的下沉效果，可以辅助以高压射水扰动破土的方法来取得较好的吸泥除土效果。所除土尽量远弃。2、围堰下沉前准备1）6#墩套箱下沉前，需拆除平台上的钻机设备及泥浆循环系统等多余设施，即拆除平台上的封闭钢铺板、平台外围的悬挑平台及围栏等。2）围堰下沉前，需清除套箱封底混凝土范围内内壁、钢护筒外壁及刃角内的钻渣、泥浆等，可利用高压水枪或吸泥机清理干净，以保证后续隔仓砼施工的质量。3、围堰下沉控制基于钢套箱下游下沉比较深，上游下沉较少，下沉过程中平面位置及竖向倾斜难以控制等原因，选择六个垂直度较好的桩（4#、9#、18#、29#、38#、41#桩）作为套箱下沉的定位及导向桩，并分别在导向桩处的套箱围堰内支架处设双层导向架，使得套箱能沿定位桩准确下沉，每个导向架的高度为2.5m。导向结构参见附图3《6#墩围堰下沉导环结构图》。6#墩围堰在进入河床之前后，保留围堰前拉缆及后锚绳不解除，用以配合可调导向克服上下游方向的不平衡，以及克服围堰下沉过程中所受水流力及被动土压力等。在围堰下沉过程中，围堰的位置调整采取灌注隔仓水的方式，而不采取灌注隔仓砼的方式，以防止灌注砼后，围堰过重导致调整失控。1）下沉控制为保证围堰下沉可控，围堰下沉采取提升控制下沉。（1）提升控制下沉综述围堰下沉时采取主动下沉。河床处理完成后，在外排对称位置的4根定位护筒（2#、7#、40#、45#）上安装提升装置，同时在上下两层内支撑上安装导向装置，提升装置提升稍许，同时配以抽水等措施使围堰上浮（此时围堰保持内外水头差为5.30m），上浮后拆除原有部分桩位挂桩牛腿顶升装置缓缓下放50cm，围堰内注水53cm，使吊挂系统受力变为原来的围堰重量的28％。继续等距施顶使围堰缓慢下沉50cm，同时向隔舱内注50cm水，如此反复，直至围堰下沉4m左右，此时向围堰内注水，使围堰处于自浮状态，拆掉接高钢护筒牛腿吊挂梁及提升系统，并将提升系统转移至围堰顶层支架上。转换完成后，检测围堰平面位置，合格后继续向隔舱内注50cm水，下沉50cm，如此反复直至围堰进入河床。（注：围堰在进入河床前，要保持围堰内外水头差保持在5.27m）。围堰进入河床后，采取隔舱内注水方式使围堰在提升装置作用下缓慢下沉。为使提升装置受力保持稳定，要求围堰内外水头差应随入土深度作相应变化调整，其具体相关对应数值详见附件（五）。依据计算可知，围堰在入土5.0m时（以下游侧为基准），围堰即可下沉至设计标高。准备水下封底施工。（2）下沉工况计算分析：4根钢护筒上安装提升装置后，每根护筒设两组分配梁，考虑承受套箱上导环处向上作用力125t，总设计承受反力为1000t。即围堰的重量大于江水所产生的浮力，浮力只承受围堰重量的72%，剩余的28%的围堰重量由吊挂系统承受。①内外水头差h：h1=0.66987h1-81.5792h1+499.4033=2082.51936＝2.10m即刚开始时，向围堰内壁内注入2.10m高的水，即可使吊挂系统承受0.28G（G为围堰重力），假定十二月份的平均水位为+2.21m，此时围堰内壁水位标高应为-3.09m。当围堰开始下放后，围堰内水位超过刃脚时：ρgAh2=0.72G103×10×395.336×h2=0.72×（1845.323+632.137+414.928）×103×10则：内外水头差h2=5.27m,即在围堰注水下放时，应保持内外水头差h2=5.27m，方可使提升装置承受0.28G的力。②吊挂系统受力分析：0.28G=0.28×（1845.323+632.137+414.928）=810t在吊挂系统承受810t的力的情况下，使围堰沿着导向装置缓慢下沉50cm。此时吊挂系统的受力为810-0.5×395.336=612t。每个点承受612÷4=153t的力。在围堰的位置没有偏差的情况下，进行下一步的下沉。即围堰内壁再注50cm的水，使吊挂系统的受力为810t，缓慢下放围堰50cm，再使围堰的受力为615t。如此反复直至围堰进入河床。进入河床后，仍利用提升装置使围堰下沉可控，采取分批次向围堰内注水，使围堰稳定下至设计标高。（3）下沉时注意事项：①检查围堰的位置，确保位置的正确，如果位置有偏差要及时进行调整。②吊挂系统在受力恒定的情况下，对围堰起到重力导向的效果，使围堰能够沿着竖直方向下沉着床。③在围堰落至河床前应准确调整围堰的平面位置和垂直度在误差范围内。2）围堰精度控制及调整要求：6#墩围堰接高后采用一次下放到位，围堰下放后所处位置就是承台施工时位置，因此下放到位的围堰必须精确定位。（1）围堰下放前的测量准备工作：①底节、中节围堰轮廓结构尺寸，顶面标高；②钢护筒的平面位置及垂直度；③围堰与钢护筒之间相对位置关系；④新挂桩牛腿顶面标高；⑤加强河床的观测，测点要有一定范围、密度，绘制水下地形图，为河床的处理提供参数；⑥落河床前，观测河床变化。（2）对下放过程中（进入河床前），围堰平面位置、垂直度、平整度进行测量并与理论计算值进行比较，当需要调整时，采用如下方法：①围堰平面位置利用锚碇系统的拉紧、松放调整；②围堰垂直度、平面转动利用提升装置及隔仓水进行调整。（3）围堰落到河床前后，涉及体系转换，要可控。（4）围堰进入河床后，由于平面位置不能再有效调整，下放过程中，采用安装在六根桩上的双层导向控制平面位置，围堰垂直度、平整度利用下放装置及隔仓水进行调整。围堰一旦倾斜度、平面位置不满足要求，利用提升装置及调整隔仓水进行调整。（5）围堰下沉到位后，围堰垂直度、平整度利用挂桩牛腿顶面标高进行控制。围堰下沉到标高后，受水流冲刷的影响，围堰可能仍处在不稳定状态，此时需用剪力撑将围堰与钢护筒焊连，确保平面位置的稳定。（6）围堰下沉到设计标高之前，若采用浇筑隔舱混凝土方法使围堰下沉，则易造成围堰突然偏载，导致围堰平面位置及垂直度超出误差允许范围，所以拟采用隔舱内加水的办法调整下沉速度和下沉量，必要时施加向下拉