海上承台钢套箱施工技术论文

1工程概况

海上承台采用有底钢套箱施工,设计部门考虑海上承台钢套箱侧板作为永久防撞结构,钢套箱除满足海上承台施工过程中的作业需要外,同时需满足海上承台在使用过程中的防撞功能要求。施工区域平均高潮位为+0.88m,施工期间最高潮位为+1.18m,最低潮位为-1.72m。主墩防撞钢套箱顶标高+3.48m,底标高-5.12m,海床面标高为-9.245m(没考虑施工期间泥面的冲刷),外形呈长方形,外形最大长度为53.7m,外形最大宽度为22.4m,高度8.6m(封底混凝土厚度为1.8m),共16块;边墩套箱顶标高+3.48m,底标高-2.42m,外形最大长度为47.3m,外形最大宽度为14.6m,高度6.0m(封底混凝土厚度为1.2m),共10块。主墩单个墩钢套箱底板和侧板的重量为1000t,副墩单个墩钢套箱底板和侧板的重量为580t。

2施工技术

传统桥梁钢套箱下放施工通常依靠大型浮吊或由中央控制系统控制的穿心千斤顶系统整体下放钢套箱。马来西亚槟城二桥钢套箱安放施工选择利用原有钻孔施工作业平台面板作为钢套箱底板,工厂预制钢套箱侧板,现场拼装成形后利用由多台普通液压千斤顶和精轧螺纹钢等组成的下放系统分区域同时整体下放到位的施工方法。

2.1施工工艺流程钢套箱底板改造(钻孔桩平台)安装受力支架安装千斤顶下放系统安装钢套箱侧模板千斤顶系统受力割除底板下牛腿及连通管套箱下放2m平面位置及垂直度检查与调整底板做封底隔舱处理套箱下沉到位平面位置及垂直度检查与调整下一道工序施工。

2.2普通液压千斤顶系统组成普通液压千斤顶系统主要包括普通液压千斤顶及油泵、精轧螺纹钢及配套的螺帽和垫板、上受力型钢结构、下受力型钢结构4个部分,主要表述如下:(1)普通液压千斤顶及油泵:选用200t的普通液压千斤顶及油泵。(2)精轧螺纹钢及配套的螺帽和垫板:根据计算结果选用T40精轧螺纹钢及配套的螺帽和垫板作为防撞钢套箱整体下放的钢吊带。(3)上受力型钢结构:主要由承重梁1、承重梁2、承重梁2之间的联系梁、支撑架、调整梁构成。(4)下受力型钢结构:直接利用钻桩平台结构的主梁和次梁。

2.3普通液压千斤顶系统工作原理先将千斤顶伸出10cm(行程23cm),锁定调整梁上螺母,均匀地将千斤顶回缩,回缩量按5cm控制,分341利用Midas建模分析验算吊带受力。由于钢套箱在下放过程中内外水平面高度一致,水浮力对钢套箱作用很小,因此不考虑水的浮力。底板主梁为双拼I610工字钢,次梁为I350工字钢,联系梁为[18号槽钢,底板为10mm钢板,钢套箱重量按面均布荷载模拟,运行分析:吊杆的应力如表1所示(由于钢套箱左右及上下幅对称,结果只示出1/4部分)。其他吊带实际应力为200MPa,安全。

2.4施工技术操作要点

钢套箱下放施工操作要点主要分为钢套箱加工、钢套箱底板改造、受力支架和千斤顶系统安装、钢套箱侧板安装、钢套箱整体下放定位共5个步骤。

2.4.1钢套箱加工钢套箱侧板在专业厂家加工制作,主要控制平整度、平面尺寸、焊缝质量等。必须经过在厂内试拼装验收合格后才能出厂。

2.4.2钢套箱底板改造采用平台上40t履带吊300t水上浮吊(300t履带吊+2000t方驳)进行起重吊装作业,主要的工作有:1)主梁吊杆通过位置开孔和局部焊钢板补强;2)对钢套箱侧板与底板连接处底板次梁进行补强或更换;3)底板板缝的修补和对底板已经损坏的型钢进行更换;4)底板与钢护筒相邻区域的加强及改造。

2.4.3受力支架和千斤顶系统安装采用平台上40t履带吊和300t水上浮吊(300t履带吊+2000t方驳)进行起重吊装作业,主要的工作有:1)承重梁、调整梁加工;2)套箱下放反吊系统安装。反吊系统所用型钢的补强在安装之前做好。调整梁的补强主要有两种:吊带位置的补强和千斤顶位置的补强,吊带的位置为主梁的中心线,实测各条主梁的中心线间距来确定调整梁吊带的位置,千斤顶的位置为各护筒的中心,实测钢护筒各中心间距来确定千斤顶位置。承重梁2的补强和平台主梁的补强相同,均为对吊点位置的补强,应先确定主梁吊带的位置,再根据主梁吊带的位置确定承重梁2的补强位置,进而对其进行补强。反吊系统所用型钢的补强完成后按照设计要求进行吊带的安装,反吊系统根据钢套箱结构和受力分析分成3个区域(左、中、右):1#、3#区域负责海上承台左右两边两排钢护筒的结构,分别设置6个千斤顶,由1台油泵控制,2#区域负责海上承台中间3排钢护筒的结构,设置6个千斤顶,由1台油泵控制。整个吊放系统布置受力吊带40条,分别布置在18个钢护筒两侧。

2.4.4钢套箱侧板安装钢套箱侧板拼装用300t履带吊+2000t方驳进行。钢套箱侧板由运输船分块运输到300t履带吊+2000t方驳边进行起吊安装,钢套箱侧板从转角块向两侧依次安装。套箱侧板与底板和套箱侧板之间采用高强螺栓连接,在接缝间设置10mm厚橡胶止水带。(1)钢套箱的起吊钢套箱各节段在加工场设置吊耳,采用四点吊,吊点的位置设置在钢套箱顶面,起吊时先安装好钢丝绳和卡环,在钢套箱节段的一头栓上一根长绳子,绳子的另一头控制在人手里,慢慢吊车起钩,同时控制绳索的人拉住绳子,控制钢套箱方向,保证钢套箱不发生旋转,慢慢旋转吊臂将钢套箱节段安放在节段安装位置。(2)钢套箱的定位与安装在钢套箱安装前,在平台上安装了定位码子,并在与钢套箱接触面粘贴一层10mm橡胶板,以避免钢套箱与定位码子接触时损害防腐涂层,每边第一个节段安装时呈L形设置定位码子,其中节段拼缝处定位码子设置与节段拼缝螺栓孔对应的孔,以便利用收紧螺栓来精确定位及临时固定;为了保证钢套箱下放的平面位置和垂直度,在钢护筒上(长边方向安放3个,短边方向安放2个,标高+2.4m和+1.0m)设置二层限位导向装置以保证钢套箱下沉的平面位置和垂直度符合技术规范要求。钢套箱对称安装好并调整垂直度和平面位置后,将支撑梁、钢套箱用螺栓连接并把支撑梁与钢护筒焊接牢靠以固定钢套箱平面位置,防止钢套箱因潮位涨落或水流力影响而移位。

2.4.5钢套箱整体下放定位钢套箱重量重、结构尺寸大、吊点多、结构刚度大,如果在下放过程中对各吊点负载控制不合理,将使相邻吊点被动加载,可能引起结构不安全状况出现;另一方面由于结构刚度大,如果位移高差相差较大,将产生下放点的负载转移,使套箱内部应力发生突变,甚至导致结构破坏,因此在整体下放过程中保持吊放系统的同步性,成为钢套箱整体下放的关键控制因素,实际施工中是通过以下措施实现吊放系统的同步性:(1)千斤顶加载时派专人操作,专人监控千斤顶行程伸出情况,下放时千斤顶的回缩量按每5cm一个分段进行同步检测和调整,保持各千斤顶行程一致,以确保整个套箱结构的稳定。(2)在下放过程中,由专人发指令控制3个区域的作业,以便3个区域同步作业,以确保钢套箱同步下放,如下放过程中发现各区域下放偏差超过要求,应分区域单独进行调整。(3)为避免套箱在入水的瞬间由于浮力的作用导致套箱结构内力产生突变,选择在平潮期间下放套箱至接近水面,之后停止下放作业,待涨潮没过套箱底板后,再行下放。(4)钢套箱下放注意事项:1)下放过程中由专人统一指挥,召开钢套箱下放协调会,统一指挥员与各观测员、操作工人的沟通信号,确保每个吊带的受力基本一致;2)掌握各千斤顶顶升的快慢情况(最好将各千斤顶顶升速度调为一致),对各数据进行整理,列出各千斤顶的开关控制时间,并将相关数据绘制成表和贴在千斤顶上;3)在钢套箱4个角及中间设置观测点,下放时进行跟踪测量,出现偏差及时进行调整,水平位置偏差通过调整导向装置进行,各点出现快慢不一时通过千斤顶控制;4)竖向定位完成后,选择在低潮位时调整套箱的平面位置,并固定。定位过程中,充分利用涨落潮时的水流力作用,由于涨潮时水流方向为从南向北,落潮时水流方向为从北向南,涨潮时固定北侧水平定位,落潮时固定南侧水平定位,并通过卷扬机或手拉葫芦,利用钢护筒作为着力点对东西向平面位置偏差进行调整。

3结论

(1)对钢套箱下放系统结构形式进行改进,与传统钢套箱下放工艺相比,此下放系统结构形式新颖,钢套箱下放系统仅需18台普通液压千斤顶及相应的精轧螺纹钢、螺帽、垫板和型钢等,具有受力合理清晰、加工制作简单快捷、操作简便、稳定性好等优点;整个过程不需要大型浮吊、驳船、拖轮、起锚艇等大型船舶的配合,不占用航道,大大节约了设备成本。(2)施工采用多台千斤顶位移同步和荷载均衡分配的方法,顺利完成4个钢套箱的整体下放作业,下放过程中,钢套箱各吊点间高差控制在10mm以内。经检查,套箱钢结构焊缝未出现任何异常,整体下放保持了良好的同步性。通过对下放完成后4个钢套箱的测量验收,4个钢套箱的定位精度完全满足技术规格书≤50mm的要求。此施工技术的顺利实施为其他超大型桥梁基础钢套箱施工提供了成功的借鉴。

作者:刘宇峰 周拥军 单位:中交四航局第一工程有限公司