南京大勝關長江大橋80.2m×38.2m鋼圍堰施工技術2015-04-2913:16

系統分類：技術資料

專業分類：路橋隧道

瀏覽數:142長江大橋橋墩鋼圍堰其外形尺寸為80.2m×38.2m(長×寬)，由雙層殼體組成，其分為底節和頂節兩個分段。底節高為14.5m，重約1845t(不計刃腳混凝土重量)，分108個單元（含下層內支撐），其兩端半圓中間為矩形的內、外環雙壁自浮式鋼結構，外環總長80.2m，總寬為38.2m，內外環間距為2m。中節圍堰為雙壁鋼圍堰，外形為橢圓型，兩端為半圓結構，外直徑為38.2m,長度為80.2m,壁厚為2m，高度為9.3m，總重約為1046t。其中側板為632t，內部支撐為415t。頂節為焊接梯形結構，兩端為圓弧，中間為直線。上部尺寸為0.32m，下部為0.82m，高度為3.2m，總重為24.7t。底節圍堰支架的掛筒標高＋8.63m，支架頂到底節圍堰頂0.32m，底節圍堰頂標高約為：+9.31，底節圍堰高度14.50m，中節圍堰高度9.30m，圍堰截面積（刃腳以上部分）395.336m2，刃腳高度2.5m。按圍堰刃腳中有0.5m高度的的水無法排出考慮。圍堰制造總體方案考慮施工條件和運輸等因素，鋼圍堰中節擬采用分節制造，依次組拼的原則。即采用車間分節制作成單元塊，在原圍堰底節的基礎上整體組拼。經過對圖紙的分析、參加制造的有關人員的意見和鋼結構車間的吊機的起吊能力（有一臺20t龍門吊機），決定對圍堰的中節作如下分節：中節高度9.3m，在高度方向不分塊，沿周長方向分直線段和曲線段。直線段（半邊）分為4.5m×4+3.0m×2+4.5m×4共10塊（采用1.5m×9.3m的開平鋼板）。其中最大的一塊為9.3m×4.5m重量約為16.9t。曲線段（半邊）分為7.5m×8共8塊（采用1.5m×9.3m的開平鋼板），每塊（7.5m×9.3m）的重量為19.7t。圍堰拼裝施工：1、圍堰接高1）圍堰接高綜述在鉆孔樁施工結束后,開始進行中節圍堰接高施工。采用80t、150t全回轉吊船同時對稱拼裝，吊機布置情況見《鋼圍堰接高施工布置圖》。內支架拼裝采用相類似的方法，在鐵駁上組拼成60t左右的組件后，現場拼裝。拼裝順序：先側板、后內支撐。中節圍堰接高見《中節套箱接高施工示意圖》。2）圍堰拼裝懸浮狀態分析十一月份到一月份歷史水位情況見下表：歷史最低平均水位+0.93m，平均水位（+0.93m～＋3.25m）底節圍堰未接高在歷史最低水位可以實現自浮；底節圍堰+中節圍堰（未有內支架），在水位為+2.36m時可以實現自浮；水位低于+2.36m時不能實現自浮；底節圍堰+中節圍堰（有內支架），在水位為+3.41m時可以自浮，水位低于+3.41m時就不能實現自浮；因此全部拼裝完成后，需在提升裝置的配合下才能完成由固定狀態向懸浮狀態的體系轉換。套箱圍堰懸浮工況具體計算分析見附件1。2、圍堰接高前準備工作1）另鋪設施工通道，重新布置周圈套箱接高操作平臺及圍欄設施。2）套箱接高前，對底節套箱結構進行一次全面大檢查，對于施工中損壞的結構受力構件進行恢復，側板滲水的位置進行處理。3、圍堰中節接高施工套箱中節安裝按照先安裝側板，再安裝頂層內支撐主桁及聯結，最后安裝附屬設施的順序進行；套箱側板的安裝及合攏按照先安裝兩端圓弧段側板，再對稱安裝兩側直線段側板，最后直線段中部實現合攏。拼裝前，應對每個單元組合進行編號排隊，且拼裝工作應對稱進行，直至最后合攏。拼裝合攏后，全面調整其垂直、水平、橢園度等，務使接頭對準，所有誤差均在允許范圍之內。經檢查認可后方可進行電焊。1）套箱接高測量控制（1）圍堰拼裝前，首先精確測量圍堰原有的軸線點的坐標，圍堰頂面結構中心點坐標是由同一軸線上的A、B或C、D點平均得出，其他兩個點平均值復核。2）鋼套箱側板安裝、焊接鋼套箱中節側板在工廠組拼成單元，利用起重碼頭20tГMK吊機倒運下河，在鐵駁上將圍堰單元拼裝成重量約40～60t的塊件，運輸至墩位，利用浮吊吊裝拼接。側板由兩圓弧段對稱四點向套箱中間安裝，兩側分別在直線段中部合攏。側板吊裝分別利用兩側的80t或150t全回轉浮吊。拼裝時，分別吊裝單元塊在底節圍堰上就位，并按拼裝線在底部焊定位擋塊，上部鉛垂到位后，在臨時吊點處設纜風進行調整并固定。在單元間內、外壁板內側加裝鋼墊板，并采用手工焊定位。側板經測量、精確定位后進行拼縫焊接，合攏段可根據現場具體空隙尺寸進行調整。3）頂層內支撐桁架及連接段安裝頂層內支撐主桁組裝成整長的單組桁架，利用起重碼頭20tГMK吊機裝船運輸至墩位，再利用80t浮吊或150t浮吊整體吊裝，內支撐主桁聯結系安裝分別利用80t浮吊或150t浮吊安裝、與內支撐桁架焊接。頂層內支撐主桁由圓弧一端向另外一端依次安裝。4）套箱中節質量驗收中節套箱拼裝、焊接完成后，對焊縫質量、側板水密性及套箱尺寸、安裝精度進行檢查驗收。鋼套箱的結構尺寸必須符合鋼套箱主要尺寸允許偏差的要求，焊縫質量檢測合格，側板面板焊縫全部進行煤油滲透試驗，以檢驗側板的水密性能。焊縫質量檢驗驗收標準同中節套箱圍堰制造焊縫質量驗收標準。圍堰下沉1、河床調整6#墩圍堰底所處河床受沖刷嚴重，河床呈高低不平狀態。圍堰上游側刃腳底河床標高約為-23.0m，下游側刃腳底河床標高約為-9.0m。依據設計要求6#墩圍堰就位后，刃腳底設計標高為-18.0m。6#墩圍堰要在河床一端高一端低的情況下下沉，其下沉精度難以控制，為保證圍堰的順利下沉，需先對河床進行平整處理后，再進行圍堰的下沉作業。現底層內支架的標高約為+8.63m，刃腳的標高約為-5.19m。圍堰下沉到位刃腳底設計標高為-18.0m，圍堰要下沉約12.81m。鉆孔樁接近完成時即開始對河床進行處理工作。首先在上游側進行拋填片石及砂礫，使上游側河床標高達到-18.50m，再在上游側河床上填4～5m厚砂（河床填砂采用吹填），使上游側河床標高基本達到-14.50m～-13.50m，從而保證上下游河床高差控制在2m以內，使圍堰下沉易于掌控。對于下游側河床，采用挖泥船挖泥法對河床進行降低，以使上游和下游的河床標高的高差盡量小。在河床處理完成后，測量組須進行測量檢查，以確保河床的狀況達到使用要求。如不符合要求，可再適量拋填一定數量的礫石及砂，直至達到使用要求。1）上游河床回填方案上游河床采用拋填不同種類的砂石來進行整平。河床標高-23.0m～-20.0范圍內拋填片石；-20.0m～-18.5m范圍內拋填卵石、砂礫；-18.5m以上范圍內進行吹填砂。考慮到以后的混凝土封底防止混凝土漏出，在圍堰外測的河床面要多拋填一定范圍的片石及砂礫。拋填區域初步定為在6#墩圍堰所處水平面向外各增加2m范圍內。但具體施工時，可依據現場實際情況而定。上游河床拋填土方量計算參見附件３。2）下游吸泥方案下游河床采用挖泥船挖泥對河床進行降低。考慮到周圍砂土對剛剛挖過的河床的回填影響，可以考慮安排2艘挖泥船進行挖泥來降低河床標高，使上下游河床高差滿足下沉要求，即可以進行圍堰的下沉施工。圍堰下沉時采取邊吸泥、邊下沉的方法進行。圍堰下的河床為全新統河床和地層，為松散細砂。采用空氣吸泥機進行吸泥。空氣吸泥機采用φ250mm并配備供應能力為20m3/min的空氣壓縮機。吸泥機靠近下游處不均勻吸泥。吸泥時要保持吸泥機下口不低于刃尖，以免吸泥過深而使坑深超過刃尖過多而引起翻砂。圍堰下沉到河床面附近時，河床底的水流流態發生變化，流速增加，使水流對后側的河床沖刷增加，此時應該控制吸泥量，嚴格控制圍堰的位置，保證圍堰位置準確，直至達到-18.0m的設計標高。在圍堰下沉的過程中，下游刃腳先進入河床而上游刃腳還未進入河床。下游圍堰刃腳在下沉過程中受到河床砂的摩擦阻力，隨著圍堰的不斷下沉摩擦力也不斷加大。下游圍堰內壁考慮加水來克服阻力解決下沉困難。如果仍難以取得較好的下沉效果，可以輔助以高壓射水擾動破土的方法來取得較好的吸泥除土效果。所除土盡量遠棄。2、圍堰下沉前準備1）6#墩套箱下沉前，需拆除平臺上的鉆機設備及泥漿循環系統等多余設施，即拆除平臺上的封閉鋼鋪板、平臺外圍的懸挑平臺及圍欄等。2）圍堰下沉前，需清除套箱封底混凝土范圍內內壁、鋼護筒外壁及刃角內的鉆渣、泥漿等，可利用高壓水槍或吸泥機清理干凈，以保證后續隔倉砼施工的質量。3、圍堰下沉控制基于鋼套箱下游下沉比較深，上游下沉較少，下沉過程中平面位置及豎向傾斜難以控制等原因，選擇六個垂直度較好的樁（4#、9#、18#、29#、38#、41#樁）作為套箱下沉的定位及導向樁，并分別在導向樁處的套箱圍堰內支架處設雙層導向架，使得套箱能沿定位樁準確下沉，每個導向架的高度為2.5m。導向結構參見附圖3《6#墩圍堰下沉導環結構圖》。6#墩圍堰在進入河床之前后，保留圍堰前拉纜及后錨繩不解除，用以配合可調導向克服上下游方向的不平衡，以及克服圍堰下沉過程中所受水流力及被動土壓力等。在圍堰下沉過程中，圍堰的位置調整采取灌注隔倉水的方式，而不采取灌注隔倉砼的方式，以防止灌注砼后，圍堰過重導致調整失控。1）下沉控制為保證圍堰下沉可控，圍堰下沉采取提升控制下沉。（1）提升控制下沉綜述圍堰下沉時采取主動下沉。河床處理完成后，在外排對稱位置的4根定位護筒（2#、7#、40#、45#）上安裝提升裝置，同時在上下兩層內支撐上安裝導向裝置，提升裝置提升稍許，同時配以抽水等措施使圍堰上浮（此時圍堰保持內外水頭差為5.30m），上浮后拆除原有部分樁位掛樁牛腿頂升裝置緩緩下放50cm，圍堰內注水53cm，使吊掛系統受力變為原來的圍堰重量的28％。繼續等距施頂使圍堰緩慢下沉50cm，同時向隔艙內注50cm水，如此反復，直至圍堰下沉4m左右，此時向圍堰內注水，使圍堰處于自浮狀態，拆掉接高鋼護筒牛腿吊掛梁及提升系統，并將提升系統轉移至圍堰頂層支架上。轉換完成后，檢測圍堰平面位置，合格后繼續向隔艙內注50cm水，下沉50cm，如此反復直至圍堰進入河床。（注：圍堰在進入河床前，要保持圍堰內外水頭差保持在5.27m）。圍堰進入河床后，采取隔艙內注水方式使圍堰在提升裝置作用下緩慢下沉。為使提升裝置受力保持穩定，要求圍堰內外水頭差應隨入土深度作相應變化調整，其具體相關對應數值詳見附件（五）。依據計算可知，圍堰在入土5.0m時（以下游側為基準），圍堰即可下沉至設計標高。準備水下封底施工。（2）下沉工況計算分析：4根鋼護筒上安裝提升裝置后，每根護筒設兩組分配梁，考慮承受套箱上導環處向上作用力125t，總設計承受反力為1000t。即圍堰的重量大于江水所產生的浮力，浮力只承受圍堰重量的72%，剩余的28%的圍堰重量由吊掛系統承受。①內外水頭差h：h1=0.66987h1-81.5792h1+499.4033=2082.51936＝2.10m即剛開始時，向圍堰內壁內注入2.10m高的水，即可使吊掛系統承受0.28G（G為圍堰重力），假定十二月份的平均水位為+2.21m，此時圍堰內壁水位標高應為-3.09m。當圍堰開始下放后，圍堰內水位超過刃腳時：ρgAh2=0.72G103×10×395.336×h2=0.72×（1845.323+632.137+414.928）×103×10則：內外水頭差h2=5.27m,即在圍堰注水下放時，應保持內外水頭差h2=5.27m，方可使提升裝置承受0.28G的力。②吊掛系統受力分析：0.28G=0.28×（1845.323+632.137+414.928）=810t在吊掛系統承受810t的力的情況下，使圍堰沿著導向裝置緩慢下沉50cm。此時吊掛系統的受力為810-0.5×395.336=612t。每個點承受612÷4=153t的力。在圍堰的位置沒有偏差的情況下，進行下一步的下沉。即圍堰內壁再注50cm的水，使吊掛系統的受力為810t，緩慢下放圍堰50cm，再使圍堰的受力為615t。如此反復直至圍堰進入河床。進入河床后，仍利用提升裝置使圍堰下沉可控，采取分批次向圍堰內注水，使圍堰穩定下至設計標高。（3）下沉時注意事項：①檢查圍堰的位置，確保位置的正確，如果位置有偏差要及時進行調整。②吊掛系統在受力恒定的情況下，對圍堰起到重力導向的效果，使圍堰能夠沿著豎直方向下沉著床。③在圍堰落至河床前應準確調整圍堰的平面位置和垂直度在誤差范圍內。2）圍堰精度控制及調整要求：6#墩圍堰接高后采用一次下放到位，圍堰下放后所處位置就是承臺施工時位置，因此下放到位的圍堰必須精確定位。（1）圍堰下放前的測量準備工作：①底節、中節圍堰輪廓結構尺寸，頂面標高；②鋼護筒的平面位置及垂直度；③圍堰與鋼護筒之間相對位置關系；④新掛樁牛腿頂面標高；⑤加強河床的觀測，測點要有一定范圍、密度，繪制水下地形圖，為河床的處理提供參數；⑥落河床前，觀測河床變化。（2）對下放過程中（進入河床前），圍堰平面位置、垂直度、平整度進行測量并與理論計算值進行比較，當需要調整時，采用如下方法：①圍堰平面位置利用錨碇系統的拉緊、松放調整；②圍堰垂直度、平面轉動利用提升裝置及隔倉水進行調整。（3）圍堰落到河床前后，涉及體系轉換，要可控。（4）圍堰進入河床后，由于平面位置不能再有效調整，下放過程中，采用安裝在六根樁上的雙層導向控制平面位置，圍堰垂直度、平整度利用下放裝置及隔倉水進行調整。圍堰一旦傾斜度、平面位置不滿足要求，利用提升裝置及調整隔倉水進行調整。（5）圍堰下沉到位后，圍堰垂直度、平整度利用掛樁牛腿頂面標高進行控制。圍堰下沉到標高后，受水流沖刷的影響，圍堰可能仍處在不穩定狀態，此時需用剪力撐將圍堰與鋼護筒焊連，確保平面位置的穩定。（6）圍堰下沉到設計標高之前，若采用澆筑隔艙混凝土方法使圍堰下沉，則易造成圍堰突然偏載，導致圍堰平面位置及垂直度超出誤差允許范圍，所以擬采用隔艙內加水的辦法調整下沉速度和下沉量，必要時施加向下拉