深水基础钢套箱围堰施工技术

2019-10-03 版权声明 举报文章

摘要: 目前桥梁深水基础及墩台施工中采用的防水围堰有以下几种:单壁钢围堰(方形和圆形),钢吊箱,双壁钢围堰,钢板桩围堰,锁口钢管桩围堰等,其中钢板桩,锁口钢管桩亦可用在基坑开挖施工。本文先方形钢围堰施工方法。以中铁七局南昌信江大桥深水基础钢套箱围堰施工方法为例,再据此施工方法探讨更合理有效的围堰施工方法。利用midas civil2010软件介绍钢套箱围堰施工步序,分析各工况的受力状态。对围堰设计、拼装、下沉、加固、堵漏、浇注封底砼等有关施工技术进行了阐述。

关键词: 钢套箱;围堰设计;施工工艺; 工况检算

Abstract: the current bridge deep water foundation and pier construction adopted waterproof cofferdams are the following: single wall steel cofferdam (square and round ), steel hanging box, double wall steel cofferdam, steel sheet pile cofferdam, lock steel pipe pile cofferdam, steel sheet pile, wherein, the lock steel pipe pile can also be used in the excavation of foundation pit construction. This paper first square steel cofferdam construction method. In seven Bureau of China Railway Nanchang river bridge deep foundation steel boxed cofferdam construction method as an example, and based on the construction method of more reasonable and effective cofferdam construction method. Using the Midas civil2010 software introduced steel boxed cofferdam construction step, analysis the condition of stress state. On cofferdam design, assembling, sinking, reinforcement, plugging, pouring bottom concrete and related construction technology is introduced.

Key words: steel box cofferdam; design; construction technology; case check

中图分类号:TU473.5 文献标识码:A文章编号:2095-2104(2012)

一、工程概述

瑞洪信江特大桥K168+031.44~K169+694.56全长1.663km,主桥为47m+2*80m+47m四跨变截面预应力连续箱梁桥,主桥23#、24#墩基础采用4根φ2.40m的钻孔灌注桩,承台尺寸为10.4m(长)× 10.00m(宽)×4.0m(高)。本文叙述的重点是两种围堰的对比分析,所以计算模型采用:承台顶和底标高,分别在水面下1.5m和5.5m;水深12m。

二、钢套箱设计

钢套箱围堰尺寸为12m×12m,围堰高12m。见图1:钢套箱总图

机械设备配置:打桩机、发电机、震动拔桩锤、卷扬机、抽水机、电焊机和吊船。

三、施工工艺流程

施工调查和放样搭设钻机施工平台拼装钢套箱(现场拼装)打钢管桩施工放样(钢套箱就位后位置检查)安装内支撑第一次封底填砂第二次封底破桩头(接桩)承台施工拆除。

3.1施工调查和放样:

依据水文资料(包括水位变化,洪水最高水位,流速,航道,甚至经常来往的船舶吨位和航速等)以及设计图纸中的地质资料,通过简单的估算和施工经验设计初步的钢套箱方案。

3.2搭设钻机施工平台:

定位φ500钢管施工见(图2:φ500钢管布置图),根据承台和钻机摆设位置确定钢管位置,这里取间距5.6m,总尺寸为13m*13m。依据地质资料确定穿过河床泥砂层河入岩深度。针对河砂少,底层流速快,江河河床覆着层,标高飘忽不定的情况,可采用填筑大面积砂袋稳固河床且要求带刃角钢管打入岩层1m左右。(见图3:砂袋以及入岩示意图)。

上部采用双工字钢或者双槽钢和[16槽钢斜拉连接钢管成框架整体(见图4:框架整体图)。并在外侧焊接制作防护围栏。以上工作完成后进入钻孔桩施工。

φ500钢管的作用:不但作为钻机施工平台,亦可作为围堰施工时挂靠大型船舶、吊装设备固定和船只冲撞围堰的缓冲作用,正常施工时钢围堰和φ500钢管不连接。洪水期可和围堰连接成整体,增加防洪能力。

3.3钢套箱模板拼装施工:

拼装前把围堰底部地质情况摸清。在钻机平台上放置贝雷架,套箱用2m×12m尺寸大块模板,四块连接成整体,利用精轧螺纹钢平缓下放,事先在钢模板四角插打4根限位桩。在下部第一层模板设置拉筋孔(尤为关键)并避开桩基钢护筒和钢板刃角(最下端0.5m不设置横向肋)。见图5:拼装下沉。

3.4 φ325钢管桩施工:

利用钻机平台和套箱模板作导向定位φ325钢管桩位置,初步设计间距为1.5m如图6:φ325钢管桩施工

3.5封底(抽水):

清理套箱内的覆着物,使套箱内覆着层低于套箱外侧的河床覆着层,避免水流冲刷套箱周边使套箱内的泥砂层流失。覆着层较薄时,清理到岩石层。然后浇注封底混凝土。封底混凝土的位置和底层模板设置的拉筋粘结成一体。使钢套箱被施加约束。封底用导管必须做密水试验,混凝土坍落度根据现场情况适当调整。

3.6安装内支撑:

当围堰合拢后,围堰内开挖(抽水)施工(见图7:内支撑施工总图)。

3.6.1安装第一道支撑,具体标高定在水位下1.5m,支撑和钢管桩间采用U形卡或焊接连成整体,斜支撑与周边支撑焊接。

3.6.2 围堰内抽水至第二层设计支撑位置,两者间距为3m,安装第二道支撑。

3.7填筑砂层:

底层封底混凝土浇注完成后,进行抽水作业,抽水速度不能过快,且要随时观察围堰的变化情况。当模板不紧密漏水时,用棉絮等在内侧嵌塞。检查封底混凝土漏水情况。封水成功(两台水泵抽水满足)则设计上层封底混凝土厚度较薄(设置拉筋和作为承台混凝土垫层)。封水不成功(大于两台水泵抽水仍不满足),就在底层混凝土的上方再浇注1m混凝土封水层。避免在填筑砂层完成后封水不成功,再浇注封水混凝土则会影响到承台底标高。

3.8拔桩:

套箱拆除前,先将围堰内的支撑,从下到上陆续拆除,并灌水使内外水压平衡,使模板和钢管桩挤压力消失,并与部分混凝土脱离。选择较易拔除的钢管桩,先略锤击振动拔高1~2m,使其松动后,再开始分两侧挨次拔除,必要时进行水下切割。

四、钢套箱设计、检算

利用midas civil2010软件建立计算模型,材料及类型:肋板槽钢12.6,纵横间距0.5m,面板厚0.005m。总尺寸:12m×2m、双[28槽钢、φ325钢管,壁厚8mm。建模过程能够充分理解钢套箱的内部结构,加强对钢套箱3D效果的认识。

4.1主要荷载分析:

工况1:封底混凝土浇注,受力为底层模板,拉筋受力,内外水压平衡。

工况2:内部填砂层压力向外,拉筋受力。

工况3:抽水至承台底标高,水压力较大,钢套箱整体受力。

进行分析对比后工况3为最不利工况(见图8:水压力荷载)。

4.2计算结果查询

通过 midas civil2010能够很简便的修改计算参数,根据计算结果可以随时调整面板厚度、模板的横竖肋、钢管间距、内支撑类型、以及封底混凝土厚度。这里仅列出一组修改厚度的计算结果,详见(图9:内力结果查询总图)。

位移:最大位移:3.38mm。一般结果查询首先确认位移有无异常,模型建立有误或者约束错误往往会导致结构变形偏大。

钢管:最大剪应力20MPa,最大组合应力102 MPa集中出现在封底混凝土的上下部和型钢支撑的下部。

内支撑型钢:最大剪应力12MPa,最大组合应力40 MPa。

模板应力:有效应力 94 MPa,剪应力47.7 MPa。

结论:从以上钢套箱的施工方法和检算结果可以看出,此方法缺点较突出,优点亦较突出,缺点是模板下部打入河床附着层不深,洪水期河床底易被冲刷形成空洞;平模板与封底混凝土在浪头反复冲击下易分离,堵漏和封水效果不好。优点材料均为工地常用的周转材料,平模板、工字钢、钢管等重复利用价值高,浅水区性价比较好。

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