邕江特大桥8 墩承台钢套箱施工控制技术.pdf

・桥涵工程・邕江特大桥８＃墩承台钢套箱施工控制技术赵立华（中铁十六局集团第一工程有限公司北京ｌ０１３００）摘要为创造一个安全稳定的施工环境并保证项目安全管理目标的顺利实现和施工过程中方案的科学化、合理化，以邕江特大桥８＃墩承台钢套箱设计和施工为基础，根据大桥建设规模、地质条件、气候环境、地形地貌和施工工艺成熟度等因素，从质量风险、结构受力风险和安全风险出发，对８＃墩承台钢套箱设计及施工过程进行风险分析．并针对不同的风险问题提出了相应的控制措施，对类似工程的施工有一定的借鉴意义关键词邕江特大桥承台钢套箱施工风险施工控制中图分类号ｕ４４５．５５６文献标识码Ｂ——文章编号１００９４５３９（２０１４）增ｌ一００２００５１引言对于特大桥梁中的墩台基础工程，墩位处通常水深较大，河水流速快，且水下地形多变，施工难度大，对于此，为了实现桥梁承台和墩身及横系梁在干燥环境中进行施工，已建成的特大桥中多数采用钢套箱施工方法。钢套箱的使用能够满足水中承台及水下墩身部位施工的需要，在施工期间不因水位的变化、洪水而影响水下承台及水下墩身的施工；另外，钢套箱具有围水和阻水功能，这种方法可以保证施工过程中的安全性及有效地节约工期、１Ｊ。正在建设中的邕江特大桥，８｝｝】ｉ女位环境状况复杂，水位不断变化，由于工期紧张，决定采用双壁钢套箱施工方法。２工程背景邕江特大桥全长８８８ｍ，其中主桥全长６３８ｍ，为３跨连续高低塔混凝土斜拉桥，跨径布置为（１９３＋３３２＋１１３）ｍ，采用半漂浮体系。２．１钢套箱结构形式钢套箱按照双壁设计，套箱内板平面尺寸按照承台平面每端加宽５ｃｍ作为套箱定位误差调整量，钢套箱壁体内尺寸：长边１９．７ｍ，短边１８．６ｍ，高度１３ｍ。由面板、横肋板、竖肋、水平斜杆组成，每侧沿高度方向分为３节，节段高度为４、４．５、４．５ｍ。每层分为１２块（每边３块），内外面板均采用６＝８ｍｍ厚热—轧钢板，横肋板用宽１５０ｎｍ厚１０ｍｍ的扁钢带，并在—收稿日期：２０１４一０３２８铁道建翁技术与竖肋交叉位置开孔让竖肋通过，竖肋用［７０×７０×６ｍｍ的等肢角钢，壁间联系杆用［８０×８０×６ｍｍ等肢角钢，箱内分２道设置蛳００∽—ｍｍ和０砌钢管支撑，在钢管支撑处内外壁竖向主肋加强为２根１２８ｂ，箱底设８００ｍｍ高韧角。当调整承台高度时，钢套箱节段相应调整，最上一层可以根据实际情况采用单层钢围堰。钢套箱下沉前在施工平台上焊接组装成型，下沉稳定后内侧灌筑１．８ｍ厚混凝土，外侧在开挖基坑内灌筑１．２ｍ厚混凝土。２．２水文情况桥位区属珠江流域西江水系邕江干流，桥位内呈西致东流向，江宽约４００～５００ｍ，勘察期间水位５～１０ｍ，河床纵坡小于１０％，流速约２∥Ｈｓ，流量约６０００ｍ３／ｓ，常水位６１．７ｍ，最低水位６０．８８ｍ，最高洪水位７６．７ｍ。２．３气象情况大冲邕江特大桥位于南宁市青秀区长塘镇德福村大冲屯旁边，跨越邕江及湘桂铁路，是南宁外环高速公路项目的控制性工程。桥区属亚热带湿润气候，季风明显，阳光充足，雨量充沛，霜少无雪，气候温和，夏长冬短。２．４地质情况墩位覆盖层厚度在４０～５０ｃｍ，主要由圆砾组成，下伏基岩为泥岩，后河床经爆破疏浚已无覆盖层。岩层主要为中风化泥岩，地质描述：紫红、灰绿色，泥质结构，中厚层状构造，岩石较软，岩体较完整，局部发育少量裂隙，钻进慢。ＲＡｆＬｗＡｙＣＯＮＳ丁尺ＵＣ丁ｆＯ～丁ＥＣｌＨ～０ＬＯＧｙ２０７４ｆ增¨万方数据・桥涵工程・３钢套箱受力分析３．１施工水位选取８蝴作为计算模型，计算水位按６４．１ｍ计算，承台底标高为５５．５ｎ－，封底混凝土按１．８ｍ厚计算，围堰底标高５４．１ｎ・，套箱顶计算标高为６７．１３．２设计参数钢套箱平面尺寸：２１．７ｍ×２０．６ｍ钢套箱壁厚：１ｍ总高度：１３ｍ钢材弹性模量：Ｅ＝２．１×１０¨Ｐａ钢材容许应力：选用新购Ｑ２３５（Ａ３）钢材，临时工程其容许应力提高１．２５。则：【盯】＝１４０×１．２５＝１７５ＭＰａ【盯。】＝１４５×１．２５＝１８１ＭＰａ丁＝８５×１．２５＝１０６ＭＰａ刚度容许值取Ｌ／５００，则长边：１９．７／５００＝０．０３９４ｍ；短边：１８．６／５００＝０．０３７２ｍ。３．３套箱稳定性计算（１）封底混凝土的计算套箱水下封底后，施工抽水时，封底混凝土需承受基底的向上浮力，封底混凝土标号为Ｃ２０，其容∥重ｙ㈣＝２．３ｍ３，厚度为１．８ｍ。取施工水位作为控制荷载，作用在封底混凝土底面的净竖向荷载：Ｑ＝ｙ水＾水一ｙｉ＆＾混＝５８．６ｋＮ／ｍ２封底７昆凝土按均布荷载作用下，以护筒之间的部分作为计算模式，简化为四向固结板：＾《＝ｏ．０５１３ｑｆ戈２＝ｏ．０５ｌ３×５８．６×７２＝１４７．３ｋＮ・ｍ取单宽进行验算：形。＝６＾２／６＝１．８×１．８×ｌ／６＝０．５４ｍ３６。、＝Ｍｘ／肜ｘ＝１４７．３／０．５４＝０．２７ＭＰａ＜【６】＝０．５ＭＰａ（２）封底混凝土与护筒剪切计算每根桩受剪面：Ａ＝２．８×３．１４×１．８＝１５．８ｍ：每根桩与护筒产生的握裹力：Ｊｐ＝ｃ×Ａ＝０．２×１５．８＝３１６ｔ握裹应力Ｃ取０．２ＭＰａ。套箱产生的浮力：∥Ｆ浮＝ｐ＝ｌ×２１．７×１０＝４４７０ｔ套箱及封底混凝土自重（套箱自重为２８２ｔ）：，Ｆ｛＝ｐｇ秽＋２８２＝２．３×１．８×１９．７×’１８．６＋２８２＝ｌ７９９ｔ护筒握裹力为：尸×Ⅳ＝３１６×１２＝３７９２ｔ抗浮稳定系数：ⅣＫ＝尸／＝（１７９９＋３７９２）／４４７０＝１．２４＞ｌ则抗浮稳定性满足要求。３．４强度计算（１）围堰堰壁在静水压力作用下的强度验算围堰竖向角钢最大间距为０．５ｍ，横肋间距为１．２ｍ，因ｏ．５／１．２＝ｏ．４１７＜０．５，按单向板计算，计算简图如图ｌ所示。玎图１围堰堰壁计算简化示意设外围堰壁所承受的水头差为＾。在＾高度以下，水压为常数ｇ，因此在这一部分钢板所承受的应力为ｂ：取ｌｍ板宽计算，则ｇ＝＾ｙ×ｌ＝＾ｙ外围堰壁的材质为Ａ３钢，【叮】＝１８１ＭＰａ，其断面的惯性模量为：ｌⅢ——＝ｙ＝吉×１００×ｏ．６２＝６ｃｍ３断面容许的最大弯矩为：【Ｍ】＝彤【盯］＝６×１８ｌ＝１０６８Ｎ・ｍ≤由Ｍ。。【Ｍ】得：≤Ｍ。、ｌ０８６Ｎ。ｍ跨中最大弯矩为：Ｍ。。＝０．０７７（『０２，ｑ＝＾ｙ≤则０．０７７ｑｎ！ｌ０８６≤＾ｊ旦盟竖：５．６ｍ≤————————————＾ｉ＝，．６ｍ‘’０．０７７×ｌ×Ｏ．５。则容许水头差为５．６—ｍ，最小灌水高度为１０５．６＝４．４ｍ。静力荷载工况：荷载为外侧壁板承受水压力，高度为１０ｍ。壁内灌水高度５ｍ，对内外壁作用负水压。（２）横肋验算横肋采用６＝ｌｃｍ，宽为１５ｃｍ的扁钢，竖向间距为１．２ｍ，横向跨度为０．５ｍ，考虑１．２ｍ范围内全部由横肋承受。铁道建筑技术ＲＡ『ＬｗＡｙＣ０～Ｓ丁只ＵＣ丁『Ｏ～丁ＥＣＨ～０ＬＯＧｙ２０７４ｆ增１Ｊ２１万方数据・桥涵工程・ｑ＝５０×１０×１．２＝６０ｋＮ／ｍ跨内最大弯矩：肘。。，＝０．０８ｑＺ２＝Ｏ．０８×６０×０．５＝１．２ｋＮ／ｍ截面特性：Ａ＝１５ｃｍ２，：２８１．２５ｃｍ４形：３７．５ｃｍ３‰盯：苦：百：３２ＭＰａ＜１４５ＭＰａ盯２面２孑Ｆｊ＿矛２ｊｚＭＰａ＜１４５ＭＰａ故横肋安全。（３）水平方向杆件验算水平撑采用￡８０×６ｍｍ的角钢，承受横肋传来的力Ｆ＝１．０×５０×１．２＝６０ｋＮ应力验算：［８０×６ｍｍ角钢截面特性：４＝９．４ｃｍ２＝９．４×１０一ｍ２轴向应力为：盯＝鲁＝赤＝６３．８ＭＰａ＜［盯］＝１４０ＭＰａ因此，水平撑安全。（４）内支撑验算内支撑采用书６００ｍｍ，６＝８ｍｍ的螺旋钢管，选取受力最大下层内支撑进行计算。Ｐ＝５０×３×７＝ｌ０５０ｋＮ—Ａ。＝７ｒ（尺２一ｒ！）＝７『（０．３２０．２９２２）＝０．０１５ｍ２回旋半径ｙ：７＝、灭话了再。氏孓Ｆ面：虱氐一＝＝一４４＝０．１５６ｍ长细比Ａ＝号＝糍＝１２５．６查表得西＝Ｏ．４４１。一旦一！Ｑ三Ｑ坚堕“一卅。一０．４４１×０．０１５ｍ２：１５８ＭＰａ＜［盯】＝１７５ＭＰａ满足要求。４钢套箱施工风险分析４．１施工流程（见图２）４．２质量风险混凝土拌制、运输和灌筑施工环节的主要风险为封底混凝土质量缺陷，其原因主要为：水泥、粗细骨料及钢筋等建材的质量问题；混凝土遇孑Ｌ内水而引起砂浆稀释、砂石下沉，严重降低了混凝土强度；浇筑混凝土时未用串筒，或串筒下口距离浇筑面大于３ｍ造成混凝土离析；混凝土配合比不当，振捣不２２铁道建筑技术良；因停电或机械故障等情况，造成混凝土浇捣中断时间过长。图２钢套箱施工工艺流程钢套箱在施工过程中由于人为因素、环境条件限制或者使用不合格材料容易导致隔仓内漏水，且承台混凝土表明容易腐蚀，导致质量安全问题。钢套箱安装精度要求较高，其中扁担梁的安装精度很难控制，应采取合理措施来保证钢套箱的平面偏差。由于不同天气状况下的气温不同，光照、焊接作业等因素的影响，导致钢套箱内外温差较大，在深水环境中，水汽会通过外壁进入到内壁形成一层‘水珠，进而腐蚀钢套箱模板，影响其质量２ｏ。４．３结构受力风险通过结构计算设计来保证结构的刚度和强度，防止结构变形过大。结合工程背景中对钢套箱的强度及稳定性进行了计算和验算可知，８＃墩钢套箱在各工况下均是安全的，能够满足各阶段的施工要求，因此保证了该大型深水承台施工的顺利进行。４．４安全风险（１）钢套箱运输风险ＲＡｌＬＷＡＹｃＯＮＳＴＲＵｃＴｌＯＮＴＥｃＨＮｏＬｏＧＹ２０１４Ｉ增１）万方数据・桥涵工程・在运输过程中，以及各分块在起吊装卸、搁置过程中，吊点及控制截面处受力较大，且存在不均匀受力等现象，导致结构变形过大。（２）钢套箱失稳风险在运输和安装过程中，由于吊点位置的设置不当或局部受力不均匀，且未对局部进行加固处理，导致结构发生失稳破坏。（３）汽车吊倒塌风险台风引起，局部强度不足，结构失稳，运输钢套箱过程中汽车吊的受力状态与设计状态不一致，结构过载等因素会导致汽车吊倒塌。（４）千斤顶失效风险钢套箱下放采用多台穿心千斤顶整体下放，下放时，若千斤顶上、下夹持器和吊箱上的锚固端不在同一直线上或油压系统问题导致部分千斤顶失效。（５）停电风险在进行钢套箱下放施工时，突然出现断电。（６）油压系统失效风险过载或受力状态发生改变导致液压系统的工作压力大于千斤顶、油泵和阀件的额定压力。（７）触电风险施工现场临时用电线路不符合规范要求，导线乱拉乱挂乱接：伸入桩孔的导线在孔口凸缘处弯折，磨坏绝缘层造成漏电；电器元器件老化、破旧、缺损，露出带电金属体漏电；现场漏电保护装置未安装或失灵；现场配电箱开关箱无门、无锁、无专人负责；现场施工人员缺乏安全用电知识等引起触电伤亡事故。（８）人员或物体坠落工具、器具、石块、短钢筋等地面物体掉人桩孑Ｌ中，操作不慎，落入板手、套筒等物。地面作业人员不慎坠人钢套箱中。（９）船撞风险通航船只舵机失灵失控漂流撞击作业平台，施工作业船锚地不当，发生走锚，船舶失控、船舶沉没、船舶碰撞、船舶搁浅。５施工控制措施为创造一个安全稳定的施工环境并保证项目安全管理目标的顺利实现和施工过程中方案的科学化、合理化，降低各种经济风险、技术风险、决策风险等不稳定因素，针对钢套箱施工特点和施工过程中存在的风险，制定如下相应的控制措施。铁道建筑技术ＲＡｌＬＷＡＹｃｏＮＳＴＲＵＣＴＩｏＮＴＥｃＨＮＯＬＯＧＹ（１）成立潜水队，当钢套箱在下沉的过程中，遇到导向架或喇叭口卡在钢护筒上，下放困难，影响施工时，由潜水员下水对实际情况进行勘查，对卡点处的导向架或喇叭口进行水下切割。（２）随时和当地水文部门进行联系，加强水位监控工作，预知到水位会增加过高时，及时增加钢吊箱的高度，增加夹仓内水头，以保证施工的安全。（３）若钢吊箱在入水后，有渗水现象，抽取夹仓内的水，使吊箱上升，然后对渗水处进行内外补焊。满足要求后，再下沉：（４）吊箱下放过程中，吊箱内外设置快速通道，一旦有意外发生，使施工人员及时撤离，确保施工人员生命安全，同时设置减压舱。（５）施工作业时使用的起重机需进技术检验和过载试验，驾驶员要严格按照规范操作，不得置于斜坡上工作，起吊重物时，当物体在其他物件上部移动时，所吊重物必须从比其他物件至少高出５０ｃｍ的上空越过一ｊ。（６）钢吊箱偏位超标时，在夹仓内抽水使吊箱上浮后，通过水平限位装置和液压油顶进行纠位。（７）进行扁担梁偏位测量，根据实际监控数据调整安装线，同时焊接限位板。（８）模板制作时的允许偏差见表ｌ。表１模板制作允许偏差项目允许偏差／ｍｍ长和高Ｏ．一ｌ混外形尺寸肋高±５凝面板端倾斜≤５土模连接孔中心与板面的间距±３板配件板端中心与板面的间距Ｏ．一Ｏ．５制的孔眼沿板长、宽方向的孔土０．６作板面局部不平１．０板面和板侧挠度±１．０（９）当钢套箱通过出土下沉至设计位置，为了保证混凝土质量，在进行封底混凝土前，要焊接上层水平支撑，然后用高压水泵和吸泥机在钢套箱内侧清洗淤泥，混凝土顶标高要控制在＋１０～一２０ｃｍ范围内。（１０）为了防止模板锈蚀，在施工过程中进行防腐处理，对钢套箱内壁涂刷环氧类油漆。（１１）钢套箱在拼装完成后，要对表面焊缝进行煤油渗透试验，保证其整体密水性能。２０７４ｆ增１Ｊ２３万方数据・桥涵工程・（１２）汽车吊在吊起钢套箱到达钢便桥桥台时，需要先放下钢套箱，空载行驶到便桥上后，再吊起钢套箱，以免桥台不平整产生冲击荷载。（１３）钢套箱下沉前，采用测量放线的方法确定其下沉位置，便桥边线为辅助定位线。（１４）灌筑封底？昆凝土时需铺设导管，共铺设１４根，如图３所示，同时为测量导口悬空高度，沿钢围堰每侧面内边分别布设３个测点，共１２个，当全部————————导管封堵后，按照ｌ一２３４５６７８９——１０１ｌ１２的顺序灌筑混凝土，１３、１４作为备用。厂。■■■Ｘｘｏｘ。、＜七蕊杉斗挚＜毒支ａ义仑／＜与Ｋ必申＊‘，舢，，叫夕弋杪‘》ｈ。、，ｆ。ｑ脊、．』’＼侍；卜义义义／Ｉ７５图３导管和布料器平面示意（１５）根据桥梁所处广西地区气象情况，夏季长冬季短，雷雨天气较多，且雨量充沛，因此，做好防雷电的安全措施，注意在各施工现场布设避雷针，以免出现火灾、设备损坏和人员伤亡。６结束语邕江特大桥８＃墩承台钢套箱的使用能够满足水中承台及水下墩身部位施工的需要，对于设计施工中存在的风险，主要采取了给定安全误差、对起重机进行过载试验、标高控制、铺设导管、测量放线、纠偏、保证混凝土质量、进行煤油渗透试验及成立施工队等措施进行合理控制。参考文献［１］黄腾，魏浩翰，杨树荣．南京长江三桥主塔墩基础大型双—壁钢套箱施工测量技术［Ｊ］．工程勘察，２００５（２）：５０５３．［２］袁涛，王小锋．杭州湾跨海大桥钢套箱施工技术总结—［Ｊ］．公路，２００６（９）：７６８３．［３］曹纹龙，阙正义，薛毅．九龙溪大桥深水无覆盖层单壁钢套箱施工技术［Ｊ］．公路交通科技：应用技术版，—２０１３（３）：４２４４３１．—”—“—”—”———”——”————“——●—”—”“—””””””””“”””・卜一・＿卜一卜・卜・卜・卜・卜一＋ｒ一＿卜卜一＋＿＋＿＊＋＿一－＿卜一－＋－＋一・卜一一一－卜卜＋・卜一＋＋＋－＋－＋一＋一＋＋＋一＋ｕ＋一＋＋＋＋一＋＋＋＋一＋＋＋一十一＋・（上接第１４页）（２）支撑结构在现场试拼验收合格后现场安装，结构尺寸偏差不大于５ｍｍ，钢支撑安装位置偏差不大于１０ｍｍ。（３）构件、安装顺序符合设计要求，确保构件强度，减少残余应力。检查焊缝实际尺寸是否符合设计要求，检查有无看得见缺陷。（４）为保证插桩顺利合龙，要求桩身垂直，并且围堰周边的钢管数要均分。（５）钢管桩的拼接接头不能在围堰的同一断面上，而且相邻桩的接头上下错开至少２ｍ，若水下地层有孤石、片石等障碍物时，钢桩底口及钢管桩与围堰支撑接触处应作加强处理。锁口形式及强度根据地质的情况确定。“”表２锁扣桩工法经济效益分析对比长度／钢材用下沉、吸砂、围堰类型回收、重复利用情况量／Ｉ封底／万元单壁钢套箱１２４００２０部分回收、局部重复利用双壁钢套箱１２５００１５部分回收、局部重复利用锁扣桩１２３６２１２可完全回收、可重复利用本工艺使用材料可完全回收利用，钢管锁扣桩施工结束后，我项目将锁扣桩全部拨出，并使用在下横梁和０４块支架中，与双壁套箱或单壁钢套箱围护方案比较，双壁套箱局部回收后无法作为支架使用，而单壁钢套箱仅有局部钢板可重复利用，而本项目承台施工应用锁扣钢管桩，节约资金近４０万元，在支架施工还可以继续使用，大大减少桥梁支架费用投入和时间准备，缩短桥梁施工时间，经济效益明显。４经济性分析５结束语本工艺与传统双壁钢套箱和单壁钢套箱工艺相比，经济效益明显。采用本工艺还可加快施工进度，与传统方法相比，大桥单个承台施工大大缩短施工工期，使９＃墩承台施工提前了近１个月。经济效益分析见表２。铁道建筑技术浅埋桩尖锁扣钢管桩适用于各种复杂地质、地层，有施工速度快，制作、加工、安装下沉方便灵活，工艺简单，截面强度、刚度大，支撑方便，设备投入少，可重复利用的特点。ＲＡ『Ｌ¨饵ｙＣ０～Ｓ丁ＲＵＣ丁ｆＯ～丁ＥＣＨ～０ＬＯＧｙ２０７４ｆ增７Ｊ万方数据