双壁钢套箱在深水桥施工中的应用__墨水学术,论文发表,发表论文,

所属栏目：交通运输论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:390

副标题#e#摘要：河道中桥墩承台施工受水影响施工难度大，以工程实例为背景，详细介绍了钢套箱设计、施工过程，对类似施工有一定的参考价值。
　　关键词：钢套箱，设计，应用
　　1工程概况    
　　1.1工程概况
　　新建兰渝铁路兰州至重庆段（兰州枢纽）杨家湾黄河特大桥位于兰州市城关区杨家湾村黄河段。桥位与黄河斜交25度，桥位处黄河通航规划为五级航道。桥梁上部结构为3-32m简支梁＋（40+2×64+40）预应力混凝土连续梁＋32-32m简支梁+3-24m简支梁。主墩采用圆端形实心墩，钻孔桩基础。其中5号主墩位于黄河主河道中，墩位地质：上部为粗砾土，下部为花岗岩，覆盖层厚约70cm，墩身为45：1圆端形实心墩，顺桥宽度4.5m，横桥向宽度9m，承台长10.4m、宽13.4m、高3.5m。承台下设12根Ф1.5m钻孔桩。水流速：3m/s，本文以5号墩施工为例，重点阐述钢套箱设计及施工。
　　1.2主要施工工艺
　　根据桥址处的地质水文条件，通过综合技术经济分析，决定5号主墩采用先堰后桩法施工。施工流程为：加工钢套箱→浮平台焊接第一节→吊挂系统设置→底节钢套箱下沉→拼装第二节→拖至设计位置、下沉→接第三节钢套箱、下沉→预埋钻孔桩钢套筒→封底混凝土施工→焊接第四节→搭设钻孔桩平台→钻孔→抽水→施工承台、墩身。
　　2钢套箱设计
　　2.1钢套箱结构形式
　　为使钢套箱达到能自浮及注水平稳下沉的目的，钢套箱采取双壁结构圆形套箱，内径为19m，外径为21.8m，内外壁之间相距1.40m。钢套箱高度11.40m。钢套箱主要由钢刃脚、内外壁钢板、加劲肋、弦板、斜杆、壁内分仓隔板、封底砼（及壁内填充砼）等组成全焊水密结构，见图1：双壁钢套箱结构图。
　　（1）主要结构材料：
　　竖向肋骨：角钢∟75×75
　　外壁板：δ=8mm内壁板：δ=8mm
　　水平桁梁：弦杆角钢∟125×125；斜杆角钢∟100×100
　　竖向桁梁：斜杆角钢∟75×75×6mm
　　竖向隔舱板：δ=6mm水平加劲肋：□20×170
　　（2）钢套箱的总重量为261.5t.
　　2.2钢套箱结构计算
　　钢套箱施工下沉时，套箱内、外压力相等。当套箱落到设计标高后，适当清底后即浇筑水下封底混凝土，待混凝土达到预定强度后抽干井内容水，此时围堰将水体分成内外两部分，内侧无水，外侧为流动水。即围堰外侧受静水压力、动水压力和浪击压力。因水流和行船浪击不大。可不考虑动水压力和浪击压力。主要是对钢套箱施工过程的最不利工况进行结构计算与分析，计算内容包括:
　　（1）钢套箱使用全程的变形计算；
　　（2）钢套箱各组成构件的强度计算；
　　（3）支撑杆件的稳定性检算；
　　计算及检算过程略。经检算得知钢套箱结构及选材可以满足使用过程中的刚度、强度及稳定性要求。
　　
　　图1：双壁钢套箱结构图
　　2.3钢套箱制作
　　钢套箱加工严格遵守《建筑钢结构焊接规程》、《钢结构工程施工及验收规范》、《铁路桥梁施工及验收规范》的要求。
　　制作工艺流程：按设计图下料→压制平刃脚防水板和水平桁架角钢→按划分单元分榀制作水平桁架→按单元组拼骨架（隔舱板组焊于其上）→按节组拼骨架→检查、校正骨架→围焊内、外壁板→水密试验、检查焊缝质量并补焊→焊制吊耳、锚环、划高度标尺→成品检查验收→吊运接高。
　　3钢套箱下沉
　　3.1钢套箱安装
　　3.1.1组装龙门浮体
　　在加工钢套箱的同时，用20T水上浮吊作起重设备，将15节标准舟节、6台电动锚机、4组分别长36m的军用梁、2I20a型钢等设备与材料按照钢套箱尺寸加工、组装钢套箱底节拼组浮龙门，并用Φ30mmQ235圆钢将军用梁固定在标准舟节上，形成组装浮体，见图2所示。
　　
　　图2：组装浮体示意图
　　3.1.2套箱底节焊拼
　　根据套箱尺寸，在龙门浮体上进行放样，然后将已预制完毕的钢套箱块件从加#p#副标题#e#工厂用平板车运输到临时码头，用浮吊把单片钢套箱依次按照编号吊至龙门浮体上进行组装，组装完毕，根据设计要求，把第一节10片套箱焊接连接成一整体。
　　
　　3.2钢套箱下沉
　　3.2.1沉放系统设计及安装
　　沉放系统主要采用4台200t千斤顶下放（行程为20cm）。
　　1.首先布置起吊系统龙门架，龙门架用8根Φ529mm×10mm×4m钢管桩作立柱，用[14a槽钢焊接剪刀撑，把钢管桩连接成整体，并在立柱顶用2I40b工字钢作横梁（横梁长15m），横梁与立柱用16mm加强板焊接固定。然后在横梁顶端两管桩中心用3组军用梁拼组架设、加固后形成起升系统龙门吊。
　　2、在龙门吊上设计四个起吊支点作千斤顶承重梁，承重梁采用2I40b工字钢，长度为2.5m，在千斤顶安放处及吊筋位置上下翼缘板用16mm钢板加强，腹板用1cm钢板加强。
　　3.千斤顶上布置起吊扁担梁，为2I40b工字钢，长度2m。千斤顶顶推处及吊筋位置上下翼缘板用16mm钢板加强，腹板用1cm钢板加强。
　　4.吊筋采用φ32精轧螺纹钢，布置在套箱的两侧，每根长度为9m（由套箱下沉高度确定），承重梁及起吊梁上布置锚固螺母，吊筋下方固定在焊接于套箱两侧的2I40b起重倒牛腿上形成起吊下放系统，吊装系统如图3所示。
　　
　　图3：吊装系统
　　3.2.2套箱下沉
　　第一节套箱下沉时，须用白灰及柴油进行密封实验，保证套箱的密封性后才能下沉套箱。第一节套箱下沉至平台平面位置后拼装第二节，待第二节拼装完成后，通过地锚及锚机牵引运至墩位处下沉。在桥位上游300m处南岸设置2个30t地笼，北岸设置2个25t地锚，并在上游抛设2个10墩抛锚，用φ28钢丝绳把套箱、龙门吊、浮吊进行锚固保证施工安全，并在下游设置2个10t抛锚用于调节移动方向。通过实地勘测目前河床平均标高在1494.7，最大高差为1.6m。由于未进行施工地质勘探，基底卵石层厚度及致密情况是否与设计相符不清楚，因此在钢套箱浮运沉到位后由潜水员进行了水下勘探，以确定基底情况，并根据情况对套箱封底混凝土厚度及方式进行了适当调整。
　　钢套箱按如下步骤进行下沉：
　　在龙门浮体上拼组第一节套箱→安装起吊梁及千斤顶→千斤顶起吊套箱，吊离浮体承重梁，拆除浮体上承重梁→利用φ32精轧螺纹钢吊装及千斤顶循环操作下沉套箱入水→套箱自浮，拆除起吊梁→在临时码头拼装第二层套箱→移动、测量定位第一、二节套箱到施工墩位→注水、吸沙（或用抓斗）下沉第一、二节套箱→拼装第三层套箱→下沉第三节套箱→拼装第四层套箱→下沉第四节套箱→套箱下沉到位→安装钢护筒→钢套箱封底→完成套箱施工→搭设固定平台→钻孔桩施工。
　　3.3浮力计算
　　1、第一节套箱下沉时，根据计算，下沉到水面下1.71m时，可自浮。浮力计算为：F浮=ρgV排，
　　套箱平面面积为58.64m2，
　　第一节套箱自重108.59t，二节为60.68t，第三、四节为97.9t
　　刃脚处高为1.03m，此处体积V刃脚=V圆柱-V圆台=π×10.92×1.03m-π×1.03×(10.92+10.9×9.5+9.52)/3=47.26m3
　　由此，列式求下沉高度：
　　108.59=47.26+π(10.92-9.52)×h
　　h=0.68cm
　　则总入水深度为1.71m；
　　2.第二节套箱加重后，总入水深度为：1.71+60.68/89.72=2.39m，此时套箱水面上高度为6-2.39=3.61m，高出浮平台顶3.61-1.15=2.46m，由于在平台上直接拼装第三节套箱高度过高，不易操作及固定套箱，定位后向套箱内增加配重，将套箱下沉到浮平台高度，即再需下沉2.46米，总入水深度为4.85m，此时套箱已经着河床。向套箱隔仓内增加重量时必须保证等量同步，防止套箱倾斜。
　　3.4钢套箱清渣下沉    
　　钢套箱在覆盖层中采用了向隔仓注水、套箱内清渣使之下沉的方法，套箱下沉到设计标高（钢套箱顶面标高+11.4.0m；刃角标高+1.2m）。抓斗布置在#p#副标题#e#套箱的中心附近开始捞渣，并逐步向刃脚部分扩展，套箱通过自重下沉。套箱下沉过程中随时用全站仪监控套箱顶面的观测点，发现偏位，立即纠正，纠正主要采取了以下三种方法：
　　①调整隔仓水：用抽水机往钢套箱高的一侧隔仓内加水，把低的一侧隔仓内的水抽出，利用两侧重力不同，使钢套箱水平，但此法需要保证隔仓与隔仓之间、隔仓与隔仓外的水头差在允许范围内。
　　②用抓斗钢套箱的刃脚处捞渣，利用钢套箱高低两侧下沉时所受阻力不同，实现套箱纠正。
　　③采用隔仓中的隔仓砼进行调平。
　　4钢套箱封底及拆除
　　刃脚下到标高后，由潜水员用2cm的钢板焊成楔形盒子支垫钢套箱刃脚，目的是确保钢套箱的稳定。
　　套箱下沉到位后，进行封底施工，封底砼的强度达到70％后，可将钢套箱套箱里的水先抽出部分（0.5m），观察套箱内水面情况，用以判断封底效果。
　　承台、墩身完工后，向套箱内注水，使套箱内外水位相平，潜水员采用水下切割设备对双壁钢套箱进行分解切割，然后浮吊将割除部分吊起，用运输车到指定处进行处理，以重复使用。
　　5钢套箱下沉注意事项
　　①套箱下沉就位工作应尽量安排在水位较低，流速较小的时间进行；
　　②套箱下沉前要再一次对墩位处的河床进行一次全面的测量，根据测定情况，再一次清理河床面处的杂物；
　　③套箱着落河床高差较大时，应视情况抛小片石或潜水员支垫小钢墩将河床找平，使套箱刃脚尽可能平衡着床。并在套箱外侧插设钢板，内侧堆码沙袋进行堵漏。
　　④套箱精确定位后，应快速注水并进行跟踪测量，使套箱精确快速的落入河床，套箱稳定后将双壁间注满水，8个20T倒链协助定位纠偏。
　　6结语
　　杨家湾黄河特大桥现正在施工之中，主墩钢套箱施工已顺利结束，钢套箱整个施工过程符合设计及规范要求，表明杨家湾黄河特大桥的钢套箱设计及施工控制是行之有效的，施工方法是可行的。