1、杭州下沙大橋主墩鋼圍堰施工一、工程概述1. 簡述杭州下沙大橋(錢塘江六橋主橋為雙幅分離式五孔預應力鋼筋混凝土剛構連續梁組合體系橋梁,橋跨布置為127+2323+127m,主橋全長950m,單幅寬度16.75m。17#、18#主墩基礎為鉆孔灌注樁、承臺結構,17#主墩鉆孔樁直徑2.3/2.0m, 18#主墩直徑2.0m,基樁數量:17#主墩213根,18#主墩2(12+1根(其中每個分離墩各有一根備用樁,鉆孔樁深度大于100m(自鉆孔平臺+10.0m起算。主墩基礎承臺平面為六邊形,平面尺寸25.60m13.40m,承臺厚度5.5m,承臺底標高-9.5m,頂標高-4.0m,承臺底標高遠低于錢塘江最
2、低水位+0.37m和河床面高程+0.4m。主墩基礎施工順序為先搭設鉆孔平臺進行樁基施工,再進行鋼圍堰拼裝下沉以及封底和承臺的施工。2.工程特點大橋施工的重點和難點是要在錢塘江特殊的水文條件強涌潮情況下進行水下基礎的施工,特別是主墩基礎鋼圍堰的施工。從錢塘江上已建三座大橋來看,下沙大橋是距河口最近,涌潮影響和作用最大,河床變化最劇烈,水流條件也最復雜的一座特大橋梁。大潮周期一般為半個月,持續時間5-7天,涌潮高度1.51.8m,根據浙江省河口海岸研究所提供錢塘江六橋工程水文分析報告,推算涌潮壓力34Kpa左右,實施期實測漲潮最大流速6.0m/s,落潮最大流速3.0m/s,主墩鋼管樁、鋼護筒涌潮期
3、沖刷深度根據實測在5.0m左右。主墩基礎承臺位置低,埋置較深,需采用鋼圍堰進行承臺干施工。主墩基礎承臺的長邊為迎水面,用于承臺施工的鋼圍堰要與主墩承臺尺寸相適應,由此增大了涌潮作用和水流力對圍水結構的影響;同時,如此巨大的圍水結構入水后,必將引起水流變化,加劇主墩位置的河床沖刷,將給圍水結構的定位和穩定帶來不利的影響。二、鋼圍堰設計與制作雙壁鋼圍堰的主要作用和用途是為承臺、墩身施工創造一個良好的干施工作業環境,同時應具有抗涌潮和防洪水的能力。因此,鋼圍堰的施工是主墩基礎施工的關鍵工序之一。根據水文資料分析,鋼圍堰設計涌潮壓力為34.2kPa。鋼圍堰由鋼板和型鋼焊接而成,圍堰壁、分隔倉均為水密結
4、構。經過多種方案研究、比較,采用上、下游兩個分離式鋼圍堰作為主墩基礎的圍水結構。 鋼圍堰平面內尺寸為25.82m13.6m ,壁厚 1.5m ,底標高與封底砼一致為-14.0m ,頂標高+8.5m ,總高度22.5m ,雙壁鋼圍堰外型尺寸為29.26m16.60m22.5m (長寬高。主墩鋼圍堰結構見圖1。136022502003.21826.86001660680鋼圍堰平面圖680150150150夾壁砼510778.0949.6+8.50500500140-4.00米計外,余均以cm計。-5.00(沖刷線-10.00(預估沖刷線鋼圍堰立面圖150-9.50封 底承 臺-14.00+7.24
5、(二十年一遇水位-2.000.00(原始河床面+3.00圖1:鋼圍堰結構圖鋼圍堰共分5節,其分節高度及重量見表1。 表一序 號 名 稱 分節高度(m 分節重量( kg 1 第一節雙壁 5.1 108675(108162 2 第二節雙壁 6 120837(119982 3 第三節雙壁 5 112319(111464 4 第四節雙壁 5 108155(107300 5第五節單壁1.412945(12942括號內數字為上游幅圍堰鋼圍堰分片劃分關鍵是受到圍堰拼裝時起吊設施的起重能力限制,在17#、18#墩的上、下游分別安裝有兩臺桅桿吊,根據桅桿吊的起重能力和吊幅,為保證圍堰制作質量以及施工工期,盡量減
6、少水上工作量,每個主墩上、下游圍堰采取不同的分片方案,即上游分9片,下游分12片。圍堰分片示意見圖2,分片重量見下表。幅別分片編號重量(t上游幅S1、S216.5S612S5、S710.5S3、S4、S8、S914下游幅X1、X3、X8、X1010.5X2、X912X4、X145.5X5、X138.5X6、7合 X11、X12合14根據以上分片方案,結合桅桿吊的起吊曲線,有四個分片S4、S8、X6、7合、X 11、12合由兩臺桅桿吊聯合作業,抬吊安裝,四個分片均由上游桅桿吊吊至23m處,這時分片一端已經伸至27米位置,達到下游桅桿吊10T起吊區域,兩桅桿吊抬吊至下游圍堰14T起吊區域后由下游桅
7、桿吊單獨作業。上游圍堰大分片S 4、S8在兩桅桿吊區域內聯合作業。三.鋼圍堰施工鋼圍堰施工分作陸上分片制作和墩位現場接高、下沉兩個施工作業環節。17#主墩和18#主墩分別形成兩個施工作業面。每個作業面形成上、下游兩個施工作業點,有利于鋼圍堰施工按流水作業組織生產。3.1施工工藝流程圖原材料采購主墩鉆孔平臺拆除鋼圍堰拼裝平臺搭設鋼圍堰陸上分片制作 首節鋼圍堰拼裝 導向定位裝置安裝首節鋼圍堰分倉注水檢查第2節鋼圍堰拼裝接高第1、2節圍堰入水、注水下沉圍堰拼裝平臺拆除第3節鋼圍堰拼裝、接高鋼圍堰注水、吸泥下沉第4節鋼圍堰拼裝、接高 鋼圍堰壁倉砼澆注鋼圍堰吸泥下沉到位 鋼圍堰封底砼澆注鋼圍堰封底砼平臺
8、及導管準備第5節單壁鋼圍堰拼裝、接高圍堰四周拋砂袋防護河床鋼圍堰設計掛架安裝3.2主墩鋼圍堰施工順序先下游幅1-3節,再上游幅,形成上下游兩個作業點交叉進行或視下游三節圍堰下沉到位后,在涌潮的作用下的穩定性而定。鋼圍堰在現場陸上車間分片制作,通過鋼棧橋運輸至墩位,用兩臺桅桿吊進行吊裝分節組拼、接高、注水、吸泥和澆注夾壁砼下沉到位。 3.3鋼圍堰拼裝平臺的安裝首節鋼圍堰擱置在拼裝平臺上進行組拼,在上、下游周邊已成樁的10根鋼護筒上焊接I25牛腿形成拼裝平臺,根據圍堰的分片數量上游設置18個,下游設置24個,然后在圍堰內外設置50cm 寬的通道,供施工時人員的行走。 首節圍堰施工時的一般高潮位+6
9、.0m ,故拼裝平臺牛腿的頂標高定為+6.0m ,底標高+3.0m ,牛腿的結構為三角形支撐,均由I25型鋼構成。拼裝平臺牛腿布置見圖2。說明:1. 為牛腿中軸線;2. 為圍堰分片線,其中下游圍堰分12片,共24個牛腿,上游圍堰分9片,共18個牛腿.圖2:鋼圍堰分片與拼裝平臺牛腿平面布置圖E02合E01E03E04合E07E08水流方向S8S7S9S1S6S5S4S3S23.4 升降掛架的安裝第一、二節鋼圍堰在高潮位以上拼接完成后入水,通過在上、下游周邊10根鋼護筒頂部設置5.8m 高的掛架,每根鋼護筒上設兩個吊點,共計20個吊點, 然后在第一節圍堰頂面以下1.18m 處焊接與吊點角度一致的吊
10、耳,利用20個200KN 手拉葫蘆及32.5-637-100鋼絲繩將第一、二節圍堰(總重230t 掛在護筒上。掛架由2037mm 鋼管立柱及2758拉桿組成,掛架構造見圖3。 3.5 導向系統的安裝圍堰抽水進行承臺施工杭州下沙大橋橋址區涌潮大,河床沖淤變化大,深泓線擺動劇烈,鋼圍堰定位無法采用常規的定位船導向船系統,必須利用鉆孔樁鋼護筒作為圍堰定位下沉的導向、支撐系統。+17.1+11.1+9.65 8 0 0275拉桿207*3立柱吊耳鋼圍堰鋼護筒20t手拉葫蘆拼裝平臺圖3:鋼圍堰掛架構造圖+6.03.5.1鋼護筒的連接為增加鋼圍堰下沉時導向系統的剛度,在上、下游已成樁的鋼護筒頂標高+7.5
11、m處相互間用8008m鋼管進行連接。在連接部位的護筒內壁處,用I25型鋼做成“十”字撐進行加強。3.5.2 導向結構圍堰下沉時,圍堰所受荷載傳遞到鋼護筒上,在涌潮壓力作用下會產生較大沖擊力,而且在下沉過程中,鋼圍堰需進行導向,防止其偏位,因此在鋼護筒上設置橡膠護舷,起圍堰下沉導向及消能作用。迎潮面設6道橡膠護舷,背潮面設2道木護舷,每道2層,上層頂標高+7.50m,下層底標高+3.0m。為保證鋼護筒和鋼圍堰能抵抗局部沖擊力和承壓力,在與導向、定位裝置接觸和連接部位作局部加固。迎潮面選用的DA型護舷通過在護筒上安裝的底座螺栓進行連接,背潮面木護舷通過鋼抱箍與在護筒上安裝的鋼底座進行連接,導向護舷
12、布置見圖4。在上游幅樁號為W01、W02、W03、W04、W09、W12,下游幅樁號為E01、E02、E03、E04、E09、E12對應的鋼護筒+7.5m、+3.0標高處按角度焊接護弦支座,為保證支座安裝的垂直度,在安裝時首先利用垂球吊出護筒的傾斜度,找出在護弦長度范圍內上下點的偏差值,以便控制護弦支座高度。導向裝置立面布置圖夾壁砼水位+3.0鋼圍堰A A A-A截面 橡膠護舷布置大樣鋼護筒鋼圍堰內壁邊線 導向裝置(橡膠護舷橡膠護舷水位+7.5下游側B B鋼圍堰內壁邊線鋼護筒木護舷B-B截面 木護舷布置大樣圖4:鋼圍堰導向布置圖3.6 首節鋼圍堰的拼裝鋼圍堰拼裝、安裝前的準備工作就緒且拼裝牛腿
13、焊接完成后進行首節圍堰轉運、拼裝。3.6.1 圍堰單片就位與拼裝首節鋼圍堰分片按順序拼裝,下游鋼圍堰X 9片由上游桅桿吊傳置下游,由下游桅桿吊起緩緩落置對應的牛腿上,經測量校核圍堰的定位點及垂直度無誤后,用I12型鋼將圍堰內側與護筒之間焊接,使其臨時固定及限位,桅桿吊松鉤,這樣第一片圍堰作為定位基準塊,吊車再起吊X 10和X 8片,兩片接口處以已修好的一邊為基準,修整另一邊,余量大小以保證橫向支撐間尺寸為準,兩接口通過手拉葫蘆拉攏,余量割除后直接點焊,吊裝一片后就位一片,12片圍堰依次就位完畢。上游鋼圍堰的拼裝工藝同下游。首節鋼圍堰12片(或9片待全部組拼,經測量校核其平面位置及垂直度均合乎要
14、求后,利用6m 長掛梯依次滿焊12條(9條大合攏豎向縫。 首節鋼圍堰施焊完畢,分隔倉對稱注水進行水密性檢查。3.6.2圍堰下放吊耳的安裝圍堰下放吊耳是掛架用來升降第一、二節圍堰的重要部件,上、下游各設有20個,吊耳安裝在第一節圍堰頂面以下1.18m 的內壁板上,安裝的角度應與掛架頂口的吊點一致,要求在內壁板上吊耳位置的內外側局部用12mm 鋼板加強,內側面加2050cm 板,外側面在環板處加2020cm 的三角形勁板。3.7 第二節圍堰的接高下沉首節鋼圍堰拼裝完成后,在首節圍堰頂口以下1.2m位置,沿內外壁搭設操作平臺。在第一節節間環板上直接按順序分片安裝,第二節圍堰焊接工藝同第一節,上、下節
15、定位可用碼子固定,測量校核其垂直度。接高完成后,拆除操作平臺,圍堰內外壁不應殘留施工部件,準備下沉第一、二節圍堰。3.8圍堰下放、注水下沉利用20個性能完好的200KN的手拉葫蘆、40根2m長直徑32.5的鋼絲繩和20t的卡環將圍堰吊在升降掛架上。選擇小潮期間,在現場專人統一指揮下,40名操作工人同時向上將200KN手拉葫蘆鏈條收10cm,使鋼圍堰脫離牛腿支撐,此時檢查鏈滑車及吊耳受力狀態,確定滑車及吊耳等懸掛系統無變形后割除鋼護筒上的牛腿,注意牛腿要割除干凈不留突出鐵件,避免造成圍堰下沉困難。牛腿全部切割完畢,檢查護筒及圍堰內外壁上無殘留的施工物件后,由指揮長統一指揮下,同時均勻放松倒鏈,以
16、每一聲令下放10cm為原則,使圍堰在導向系統作用下徐徐入水,此時用20根9m長32.5mm鋼絲繩換鉤,重新倒鏈后再下放。圍堰入水2.8m后自浮,此時取走手拉葫蘆及鋼絲繩。用10臺30m3/h潛水泵分別向10個艙內注水,鋼圍堰在配重水作用下徐徐下沉,同時測量觀測圍堰的頂面高差,通過隔艙內的注水量調平,待圍堰的干弦高度在3m以上時,停止注水。鋼圍堰停止下沉后立即用10個50KN手拉葫蘆與鋼護筒水平連接,調平鋼圍堰進行第3節鋼圍堰對接拼裝。3.9 第三節圍堰的接高下沉第三節圍堰接高完成,解除圍堰與護筒的連接,采取吸泥和注水的方式下沉。吸泥機采用2508mm剛性導管配備20m3的空壓機,一個主墩用4套
17、導管配彎頭、軟管和2臺20m3的空壓機及注水水泵,第三節拼完后開啟空氣吸泥機,進行圍堰刃腳周邊吸泥,以最快的速度使鋼圍堰入泥下沉,在大潮來臨前,保證鋼圍堰下到3m以上的入土嵌固深度,確保鋼圍堰的穩定。3.10第四節鋼圍堰的接高下沉當鋼圍堰下沉系數不足時,采用水下剛性導管法分倉澆注夾壁填倉砼(C20,一是填倉壓重,二是滿足承臺施工時對雙壁鋼圍堰結構的強度和剛度要求。根據計算,第四節圍堰下沉采用夾壁對稱澆注砼和吸泥下沉。3.10.1夾壁砼澆注在圍堰大隔倉內對稱布置二根,小隔艙中間及箱梁內布置一根共計20根20m 長的水下剛性導管及澆注漏斗,導管用5t手拉葫蘆及鋼絲繩懸掛在夾壁桁架上。砼澆注按對稱原
18、則,從兩個方向開始澆注,澆注過程中,澆注速度盡量一致,一定要保證圍堰頂面水平。每根導管澆注時首批砼封底,砼通過3m3吊罐經桅桿吊注入澆注漏斗,經導管至圍堰夾壁內。每根導管前后兩次砼補料時間不超過90分鐘。每個隔倉內夾壁砼澆注高度10m,經測量檢查至設計標高后停止澆注,保證砼的澆注量滿足下沉系數要求,使鋼圍堰在導向系統的導向下均勻下沉。3.10.2 空氣吸泥機吸泥鋼圍堰下沉時,吸泥應盡量在中間區域進行,將4臺吸泥機擱置在圍堰的中間區域同時進行吸泥,保證鋼圍堰周邊刃腳埋深均勻一致,同時測量對鋼圍堰的平面偏差、垂直度及時觀測,通過調整吸泥位置及時對鋼圍堰糾偏、調位。同時利用鋼護筒作導向,采用軟性連接
19、進行調整、固定鋼圍堰。3.10.3圍堰下沉至設計標高鋼圍堰下沉至設計標高-14m后,圍堰內繼續吸泥至標高-15m,潛水員下水,用高壓水槍對圍堰刃腳內側,鋼護筒周邊進行沖洗,清洗這些部位,使內側與封底砼有良好的握裹。3.11 河床的防護鋼圍堰在下沉過程中和下沉到位后,將引起水流流態變化,導致主墩附近河床過度的局部沖刷,影響雙壁鋼圍堰的穩定。3.11.1第三節圍堰下沉著床后,每次漲潮后觀測圍堰周邊的河床沖刷情況,河床沖刷標高超過-8m時即開始對圍堰周邊防護。3.11.2迎潮面擬用鋼筋籠拋袋裝砂在10m范圍內防護,背潮面擬用堆碼袋裝砂防護。3.11.3觀測防護效果,及時重新拋填。3.11.4封底前潛
20、水員水下沿圍堰周邊碼砂袋找平基底。3.12 封底砼施工封底砼在鋼圍堰下沉到位后即可進行,采用剛性導管法澆注水下封底砼。砼數量為1100m3,布置14根273mm導管。砼采用后場攪拌站集中攪拌供料,砼攪拌運輸罐車通過棧橋運料至現場,泵送至布料桿進行布料入倉。預計砼澆注時間20小時,水下砼配合比緩凝時間36小時。在封底砼施工前,圍堰內泥面用2層袋裝砂作封閉處理,防止澆注砼夾入泥砂,降低封底砼的性能。鋼圍堰下沉就位后,在小潮期間進行封底砼施工,并在大潮到來之前封底砼達到一定的強度,確保封底砼結構安全。3.13第五節鋼圍堰施工封底砼完成之后,接高第五節單壁鋼圍堰。四.結語4.1 主墩四個圍堰下沉到位后
21、,通過測量,圍堰平面位置偏差均在規范允許范圍內;4.2 盡管在樁基施工時曾反復交待,但在圍堰下沉過程中,仍遇到很多掉在水中的鐵件,特別是掉在圍堰內壁的一根導管給圍堰下沉帶來了困難,后經潛水員水下切割才將其清除掉,該教訓對今后施工組織和現場管理起了警示作用,使我們積累了經驗,在類似工程中會有幫助。4.3 在第一、二節鋼圍堰下放入水時,選擇在潮水過后,平潮時進行圍堰下放,由于水位升高,降低了圍堰下放高度,也不必換鉤,大大減小了工作量,加快了施工進度,合理利用潮水為施工服務。4.4圍堰導向系統迎潮面布置在6根護筒上,背潮面布置在2根護筒上,在下沉過程中,由于不均勻取土,潮水沖刷,加上背潮面導向護筒較少,護筒被擠癟,使圍堰向下游產生較大偏斜,化很大精力才糾正過來,后來通過均勻取土,因下游受潮水沖刷,主要是加大上游側的取土量,以及增加背潮面導向護筒,效果較好。
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