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1、老橋下水中承臺施工技術方案探索老橋下水中承臺施工技術方案探索魏星,趙留芳,王平,孟瑞(江蘇省交通工程集團有限公司南京分公司,南京21l500)摘要:水中承臺施工采用鋼套箱是一種常規施工方法,但是在凈空狹小的老橋下承臺施工采用鋼套箱則比較少見.以某市某路快速化改造工程項目為例,介紹老橋下狹小凈空內銅套箱的設計及施工,對低凈空下鋼套箱分節位置選取,受力計算,拼裝,下沉,混凝土封底等施工難題進行探索,供類似工程參考.關鍵詞:老橋下;小凈空;承臺施工;技術方案探索文章編號:10096477(2010)06005905中圖分類號:U445.4文獻標識碼:BDiscussiononTechnicalPla2、nsforConstructionofUnderwaterPlatf0rmsunderOldBridgesWEIXing,ZHAOLiufang,WANGPing,MENGRui1工程概況某市某路快速化改建丁程為一個城市新建高架橋,主橋為45ITI+75Ill+45in變截面預應力混凝土連續剛構,雙向4車道,全長649.38m,跨越原有老橋,是典型的橋上橋.原有老橋為3跨40m剛架拱橋,分為3幅,其中中間一幅寬5.2133老橋需拆除,剩余兩邊2幅留用.新建橋6,7號主墩基礎為6根直徑1.5in的鉆孔灌注樁,每幅老橋下各有2根;主墩承臺為10.5mx8.5mX3m,位于老橋的2個邊跨,底標高3.3、0Ill,常水位7.3m,橋下最小凈空僅為3.0nl.由于橋下凈空狹小,橋上交通量巨大,施上組織異常困難.2施工方案構想本橋施工最大難點為主墩的樁基和承臺,經多方論證,樁基已找到最佳施工方案.對于承臺施工構想如下:一是采用鋼板樁圍堰法,因為老橋下凈空狹小無法實施;二是采用人T構筑物圍堰法,因為老橋的中孔為航道,承臺位置河床地面坡度很陡且水又較深,支護問題很難解決;三是采用鋼套箱法,基本可行,但又受凈空限制,必須要分節,因此需解決如何拼裝,下沉等相關施工難題.本文就該特殊情況下套箱施工技術方案進行探討,提出相關解決辦法,確保工程順利進行.3施工方法和要求收稿日期:20100508作者簡介:魏星(4、1976一),男,江蘇省沭陽縣人,本科,T程師3.1設計條件3.1.1工況條件對鋼套箱圍堰施工時受力狀態可按以下工況進行分析:拼裝下沉階段,封底混凝土施工階段,抽水后承臺施工階段.3.1.2水位條件根據現場水位觀察結果,分析水文資料,確定鋼套箱頂標高為+7.8Ill.3.1.3結構設計綜合各工況及水位條件,確定:承臺長寬厚=10.51TI6.5133X3In;套箱圍堰內部凈尺寸為6.0m;鋼套箱每側留11TI作為承臺裝模工作空間和套箱安裝的偏位空間;鋼套箱側板底面設計標高1.8133;承臺混凝土底標高3.0m;封底混凝土底標高1.8Ill,封底混凝土厚1.2m,內支撐2道標高分別為+6.7,+5、4.81TI.主墩鋼套箱圍堰設計示意見圖1.3.2鋼套箱設計思路及組成因套箱體積較大,且施工現場又受凈空限制,故鋼套箱設計,制作,安裝采用分解成8片組件在現場拼裝一逐步整體下沉的思路.根據鋼套箱使用功能,將其分為側板,封底混凝土,內支撐共3大部分.其中,側板,封底混凝土是鋼套箱圍堰的主要阻水結構.根據鋼套箱設計條件和經驗,側板選用單壁鋼結構.3.3鋼套箱構造考慮到鋼套箱的安裝和運輸方便,將長向單邊60公路交通技術2010丘施注:1.A為套箱頂;B為第l道內支撐中心;C為施工時水面標高;D為河床頂;E為套箱底;F為第2道內支撐中心;G為第2道內支撐的牛腿下支點;H為封底混凝土頂;I為第2道內支撐6、的牛腿下支點,下同.2.單位:cm.圖1主墩鋼套箱圍堰設計示意設計為1大塊組件,短向單邊設計為1大塊組件;豎向分2層,每層高3m,其長向單邊每大塊組件尺寸為l2.5m3m,其短向單邊每大塊組件尺寸為8.5rn3m,塊與塊之間采用雙拼20a槽鋼加16mm螺栓連接,用1cm厚膨脹橡膠帶止水.為方便以后拆除,所有連接螺栓均設在外側.3.3.1鋼套箱側板鋼套箱側板尺寸為長邊l2.5m31TI,短邊8.5m3nl.面板為6mm鋼板,豎向背楞立柱均為20a,間距500mm;橫肋為8a,間距0.5m.塊與塊之間的連接為角鋼160mm160mm12mm(鉆18mm螺栓孔,間距200250ram).采取鉆孔加螺7、栓或焊接將上下層豎肋鏈接形成整體.鋼套箱總重36.07t.3.3.2鋼套箱內支撐內支撐由內圈梁,內斜撐,水平支承3部分組成.所有桿件均為焊接.內圈梁:內圈梁設2層,設在鋼套箱側板的內側,標高分別為+6.7,+4.8m.上層內支撐由雙拼工字鋼125組成的水平環,下層采用三拼工字鋼145a組成的水平環安裝在側板內壁牛腿上.內斜撐:為避開鋼護筒和以后綁扎承臺鋼筋需要,把部分水平撐水平撐桿改為內八字撐,內斜撐設的位置同內圈梁.由單根工字鋼I25或145a組成的內斜撐安裝在側板內圈梁內壁和水平撐桿上.水平撐桿:第1道水平撐桿設在長邊的正中間,水平撐桿設置位置同內圈梁.單根工字鋼I25組成的水平撐桿安裝在8、側板2根內圈梁內壁上.第2道水平撐桿因影響承臺施工不設.3.4鋼套箱設計計算荷載取值依據:考慮鋼套箱圍堰設計荷載組合.水平荷載=靜水壓力+風力+其他.豎直荷載GJ=鋼套箱自重+封底混凝土重+浮力+其他施工荷載.其中,單位面積上的靜水壓力按10kN/m計,水壓隨高度按線性分布,風速很小,可忽略;封底混凝土容重為24kN/m;水的浮力為10kN/m.綜合工況條件分析和計算內容,對鋼套箱各部分取最不利受力工況進行計算.1)工況1:主墩承臺鋼套箱圍堰抽水施工第2道內支撐時且第2道圍囹未上前的安全驗算.該工況下橫向加勁肋不需驗算,只需對豎向加勁肋進行安全驗算.實際施工時水需抽至標高為4.3m位置(圖1)9、,此位置受力簡圖見圖2.注:1.q為施1二時水需抽至標高為4.3m時豎向加勁肋的荷載,下同.2.單位:cm.圖2工況1受力簡圖通過受力分析,最不利位置最大彎矩=19.882kN?m,截面抵抗矩W=178cm.:1.7810m.,應力1=W=112MPa<ty=145MPa,這是Jrr.J02586公路橋涵鋼結構及木結構設計規范規定的鋼材容許應力,顯然豎向加勁肋強度能滿足要求.2)工況2:主墩承臺鋼套箱圍堰抽水加內支撐至承臺混凝土澆筑前的安全驗算.(1)面板強度,豎向加勁肋20a槽鋼,橫向加勁肋8a槽鋼強度驗算.面板按四周固定的彈性雙向板計算,板厚6mm,每塊板為50Clll50cm,根據10、路橋施工計算手冊,應力=MW=692.55/6=115.4MPa,小于JTJ02586規定值145MPa,可滿足規范規定要求.撓度驗算.構件岡0度B0=Eh3/12/(11,)=2.11063/12/(10.3)=41.5410N?mm.式中,E為鋼材彈性模量,取2.1105MPa;h為鋼板厚度,mm;為鋼板泊松系數,取值0.3.板的撓度=ql4/B0=0.001270.0542010年第6期魏星,等:老橋下水中承臺施工技術方案探索D點F點B點c點單位:t2m圖3工況2豎向加勁肋受力簡圖q.=(21+12)/2=16.5kN/ml8O單位:P,m圖4工況2最不利豎向加勁肋受力簡圖5001/4111、.54/100000=1.03mm.60=1.03<l/250=500/250=2,滿足JTJ02586規范要求.式中,為撓度計算系數;q為荷載,N/m;為構件長度,mm.豎向加勁肋計算,采用20a槽鋼,間距0.5in,按連續梁計算,則D點荷載qo=420.5=21kN/m,F點荷載qF=240.5=12kN/m,點荷載qB=50.5=2.5kN/m.豎向加勁肋受力簡圖見圖3.驗算最不利即最底下180em跨徑的豎向加勁肋簡化受力,見圖4.該段構件平均受力荷載q=16.5kN/m=16500N/m,長度L=1.8nl,截面抵抗矩W=178em=1.7810nl(查路橋施工計算手冊型熱軋普通12、槽鋼截面特l生表所得),最不利彎矩M一=ll8qF=0.125165001.86682.5N?no_,最大應力=W=37.54MPa<=145MPa,最大撓度=5ql!/384EiI=516500x1.8/384/2.1/100000/1000000/1780.4100000000=0.0006in,小于3mm(JTJ02586規范規定容許撓度),故滿足要求.式中,為截面慣性矩,查路橋施工計算手冊型熱軋普通槽鋼截面特性表所得.in,橫向加勁肋計算,采用【8槽鋼,問距0.5跨徑0.5in,按簡支梁計算.計算最下面1根槽鋼荷載q=(7.21.8)100.5=27kN/m=27000N/m.橫13、向加勁肋受力見圖5.構件長度L=0.5nl,截面抵抗矩W=25.3em=2.5310ITI,最不利彎矩=1/8qF:0.125270000.52=843.75N?in.50單位:cm圖5橫向加勁肋受力簡圖最大應力=M/W=33.35MPa<fol=145MPa,最大撓度.=5q11/384/E/I=5270000.54/384/2.1/100000/1000OO0/101.3100000000=0.0001in,小于3mm(JTJ02586規范規定容許撓度),故面板強度,豎,橫向加勁肋強度和撓度能滿足規范規定要求.(2)圍囹及其內支撐計算.以第2道圍囹為例.采用I45a三拼工字鋼,取每114、11工字鋼作為計算單元,荷載q=100.51=5kN/m.短邊最長一段簡支梁雙拼工字鋼受力驗算:長度L=4.145ITI,截面抵抗矩W2401.4=802.8em,彎矩M=l/8q/2=0.12550004.145=10738N?in,最大應力=M/W:13.38MPa<o-=145MPa,滿足規范要求(JTJ02586規定值為145MPa).中間支撐工字鋼的驗算,其簡化結構為框架結構,見圖6.依據力矩平衡原理,得N6.25=6.255q=5kN/m2604136459單位:em圖6中間支撐工字鋼受力簡圖6.25/24-4.2554.25/2,計算N=22.85kN,則壓應力=N/A=215、2.851000/(48.5110)=4.7MPa<o-=145MPa,滿足規范要求(JTJ02586規定值為145MPa).式中,為軸向壓力;A為構件截面面積.(3)抗浮力計算.鋼套箱內抽完水后至澆筑承臺混凝土前整個階段,必須滿足鋼套箱自重+封162公路交通技術2010丘底混凝土自重+粘結力>浮力.根據抽干水后鋼套箱所承受的浮托力進行估算(不考慮封底混凝土與土地基的粘結力和內支撐重量,可作安全儲備),Q+h(A+,zrrDR)kyHA,即36.0710+h(24106.25+6X3.142100)1.210(7:21.8)106.25.式中,Q為鋼套箱總重;h為封底混凝土厚度,取16、1.2m;7c為封底混凝土容重;A為圍堰凈面積;,z為樁基數量;D為樁基外徑;rl為鋼護筒與封底混凝土的容許粘結力;為水容重;k為安全系數;H為鋼套箱內外水頭差.3.5套箱制作,拼裝,下沉3.5.1套箱制作鋼套箱在工廠加工完成后用汽車運至現場進行試拼并編號,以避免使用時錯號組拼產生過大的拼裝誤差.在接近施工現場的位置進行拼裝.鋼套箱內,外壁涂刷底漆(防銹漆)2道,面漆1道.3.5.2鋼套箱拼裝,下沉1)基坑開挖.采用專用于河道清淤的水下水槍并配合空壓機和吸泥管來清理河床,開挖時清低一點,以確保封底混凝土的厚度.對鋼護筒周邊死角處派潛水員進行清理后再挖除,經測量確認標高到位后再進行下一道工序施工17、.2)套箱拼裝及下沉.步驟1:拼裝前采用I25a工字鋼在下層鋼套箱沿側板內側焊接設置1道臨時內支撐(標高設置為+3.5m,即距頂1.3m),要求工字鋼平放并與鋼套箱面板焊接牢固,且上下都設牛腿固定,頂部牛腿間距不大于1.5m.步驟2:利用12個5t手拉葫蘆將各塊側板懸吊固定于老橋上(吊點位置按側板尺寸均分選取),每塊側板用80t施工船運送至現場,然后用手拉葫蘆吊起,空中拼裝成下層鋼套箱;在臨時支撐上縱橋向方向設置6道125a工字鋼,用6個10t葫蘆和鋼絲繩與下層鋼套箱臨時內支撐上12個吊點連接,作為安全保險裝置.共同用l8個葫蘆緩緩下沉下層鋼套箱,沉至該節套箱頂露出水面30cm位置后暫停.步驟18、3:用水平儀在每個鋼護筒上標出+7.2m標高線,然后割除鋼護筒頂部分使其形成一個水平面,在鋼護筒上架設2層125a工字鋼,并與護筒焊接牢靠,作為固定下層鋼套箱的懸吊支架,在下層鋼套箱頂面內側設置掛點,用6個10t葫蘆將原側板懸吊轉換到護筒上懸吊.步驟4:利用固定于老橋上12個5t手拉葫蘆和施工船拼裝上層鋼套箱.拼裝完成后,將鋼護簡上2層10個掛點松開,利用12個5t手拉葫蘆和6個臨時內支撐上的10t手拉葫蘆緩緩將鋼套箱降到設計點位后,再全部松開.組織18個人一起操作5t和10t手拉葫蘆,同步下放鋼套箱,為防止下放失控應注意控制下放速度在10cm/min左右.步驟5:鋼套箱著床后為防止受水流壓力19、的作用向下游漂移,應立即在鋼套箱側板內壁與鋼護筒之間設置定位支撐系統.3.5.3水下封底混凝土澆筑1)鋼套箱下放到位后,檢查著床情況,如果其四周與河床有間隙,立即在鋼套箱外側拋填沙包,以防止封底混凝土泄漏導致封底失敗.2)派潛水員將樁基鋼護簡周圍的泥土和鋼套箱內側用鋼絲刷等_T具清洗干凈,同時用水下水槍將套箱內側基坑整平.套箱內局部河床面如出現積淤現象,應及時采用空壓機和吸泥管進行清淤,以保證封底混凝土質量.3)利用套箱頂面平臺架設澆筑水下封底混凝土的平臺與導管.每個墩的封底采用C25混凝土,數量約為127.5m.,厚1.2m,封底凈面積106.25m.導管用直徑為250mm的鋼管制作,內壁表20、面應光滑并有足夠的強度和剛度,布置時應使各導管的澆筑面積相互覆蓋,按每根導管作用半徑計算,本套箱需布置12根澆筑封底混凝土導管.4)水下封底混凝土澆筑順序.封底混凝土澆筑順序是從圍堰內的下游開始到上游結束.澆筑前對所有機具,材料,混凝土配合比及施工布置情況進行全面細致的檢查,保證施工機械在灌注樁過程中不發生故障;采用C25水下混凝土,塌落度控制在1820cm,同時在混凝土中摻入0.015%(水泥重)鋁粉,以保證混凝土和鋼套箱緊密結合.每根導管首批混凝土的儲存方量應使首次灌注的混凝土能滿足導管的初次埋深.封底時,每根導管依次灌注,初次澆筑混凝土時導管口比河床底提高1520cm為宜,每次下料間隔應21、不超過1h,以確保下料流暢.澆筑過程中應隨時觀測封底混凝土面標高(可在測繩頭上固定一塊1002010年第6期魏星,等:老橋下水中承臺施工技術方案探索63mmX100mmX5mm鋼板作為丈量使用).實際澆筑高度應比承臺底設計標高低10cm,預留作為承臺底排水隔離層用的空問.澆筑到位后再逐排吊拔導管沿套箱向另一側移動直至封底結束.5)為保證封底混凝土養護期間套箱內外水壓平衡,預先在水面以上約20em處預留2個0cm洞口以自動調節水位變化,同時在鋼套箱內外各掛2臺25m的潛水泵,以防止鋼套箱外水頭高度超過自動調節范圍.3.5.4內支撐安裝和抽水待水下混凝土達到設計強度后,將洞口封堵,開始抽水安裝支撐22、.內支撐共分成2道,逐道加固時,需將套箱內水位控制在該道內支撐以下約50cm內;待本道加固完成并經驗收合格后,再抽水加固第2道內支撐;待所有內支撐加固完后,用大功率水泵抽水,邊抽水邊觀測套箱,發現異常及時從外向里回水,無異常可連續抽水,直至抽完為I匕4承臺施工待封底混凝土達到一定強度后,抽水并清理封底混凝土面上的雜物,破樁頭,樁基檢測并拆除臨時內支撐.按常規方法進行承臺鋼筋綁扎,立模,混凝土采用泵送,分層澆筑,一次成型.5結語水中承臺施工采用鋼套箱是一種常規施工方(上接第58頁)以上研究結論,可為類似工程提供參考.參考文獻1陳偉,李明.橋梁施工臨時結構設計【M.北京:中國鐵道出版社,2002.23、【2】沈世釗,徐崇寶,趙臣,等.懸索結構設計M】.北京:中國建筑工業出版社,2006.3】3胡建華.現代自錨式懸索橋理論與應用M】.北京:人民交通出版社,2008.【4】吳恒立.懸索與吊橋及薄壁桿件理論【M.重慶:重慶大學出版社,1992.【5】湖南省建筑工程集團總公司.四川廣安奎閣渠江大橋工法,但是在低凈空的老橋下采用鋼套箱施工則比較少見.本文對低凈空老橋下承臺施工鋼套箱設計,運輸,拼裝,下沉,封底等問題進行了有益探索,可為類似工程提供參考.參考文獻1】周水興,何兆益,鄒毅松,等.路橋施工計算手冊【M】.北京:人民交通出版社,2001.2】董廣文.南京大勝關長江大橋主橋8號墩鋼吊箱圍堰封底施24、工fJ1.橋梁建設,2009(1):13.3】3丁玉春.申張大橋8號墩鋼圍堰施工J1.交通科技,2002(9):4145.【4】楊文淵.橋梁施工_T二程師手冊【M.北京:人民交通出版社.1997.【5】路橋集團第一公路二r程局.JrrJ041-2000公路橋涵施T技術規范【S.北京:人民交通出版社,2000.61中交公路規戈q設計院.JTGD62-2004公路鋼筋混凝土及預應力鋼筋混凝土橋涵設計技術規范1.北京:人民交通出版社,2004.【7J交通部公路規劃設計院.JTJ02586公路橋涵鋼結構及木結構設計規范S.北京:人民交通出版社,1986.【8】宋偉俊,文武松,連澤平,等.南京大勝關長江25、大橋主墩深水基礎施工技術J1.橋梁建設,2008(4):1519.9J建筑施T手冊編寫組.建筑施工手冊【M.北京:建筑工業出版社,1999.10姚玲森.橋梁程【M.北京:人民交通出版社,1990.【11】凌治平.基礎工程MJ.北京:人民交通出版社,1993.程吊裝工程施1-方案(2009)Z1.湖南:湖南省建筑工程集團總公司,2009.6劉興臣.大跨度鋼筋混凝土箱形拱橋纜索吊裝系統的檢驗J.巖土力學,2008(增1):3233.【7】陳保春.鋼管混凝土拱橋設計與施M1.北京:人民交通出版社,1999.【8】潘壽東.鋼管混凝土拱橋鋼管拱肋無塔架纜索吊裝施下技術fJ1.西部探礦工程,2004,16(7):191-193.I91劉映種,張挺,傅字文.無支架纜索吊裝鋼管桁架拱肋的施TJl_公路交通技術,2002(9):5557.10】袁海慶,范劍鋒,范小春.鋼管混凝土拱橋拱肋吊裝過程的線形優化方法fJ1.武漢理工大學,2002,24(2):32.