南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋80.2m×38.2m鋼圍堰施工技術(shù)2015-04-2913:16

系統(tǒng)分類：技術(shù)資料

專業(yè)分類：路橋隧道

瀏覽數(shù):142長(zhǎng)江大橋橋墩鋼圍堰其外形尺寸為80.2m×38.2m(長(zhǎng)×寬)，由雙層殼體組成，其分為底節(jié)和頂節(jié)兩個(gè)分段。底節(jié)高為14.5m，重約1845t(不計(jì)刃腳混凝土重量)，分108個(gè)單元（含下層內(nèi)支撐），其兩端半圓中間為矩形的內(nèi)、外環(huán)雙壁自浮式鋼結(jié)構(gòu)，外環(huán)總長(zhǎng)80.2m，總寬為38.2m，內(nèi)外環(huán)間距為2m。中節(jié)圍堰為雙壁鋼圍堰，外形為橢圓型，兩端為半圓結(jié)構(gòu)，外直徑為38.2m,長(zhǎng)度為80.2m,壁厚為2m，高度為9.3m，總重約為1046t。其中側(cè)板為632t，內(nèi)部支撐為415t。頂節(jié)為焊接梯形結(jié)構(gòu)，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(jié)圍堰支架的掛筒標(biāo)高＋8.63m，支架頂?shù)降坠?jié)圍堰頂0.32m，底節(jié)圍堰頂標(biāo)高約為：+9.31，底節(jié)圍堰高度14.50m，中節(jié)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(wú)法排出考慮。圍堰制造總體方案考慮施工條件和運(yùn)輸?shù)纫蛩兀搰咧泄?jié)擬采用分節(jié)制造，依次組拼的原則。即采用車間分節(jié)制作成單元塊，在原圍堰底節(jié)的基礎(chǔ)上整體組拼。經(jīng)過(guò)對(duì)圖紙的分析、參加制造的有關(guān)人員的意見(jiàn)和鋼結(jié)構(gòu)車間的吊機(jī)的起吊能力（有一臺(tái)20t龍門吊機(jī)），決定對(duì)圍堰的中節(jié)作如下分節(jié)：中節(jié)高度9.3m，在高度方向不分塊，沿周長(zhǎng)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(kāi)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(kāi)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(jié)束后,開(kāi)始進(jìn)行中節(jié)圍堰接高施工。采用80t、150t全回轉(zhuǎn)吊船同時(shí)對(duì)稱拼裝，吊機(jī)布置情況見(jiàn)《鋼圍堰接高施工布置圖》。內(nèi)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(xiàn)場(chǎng)拼裝。拼裝順序：先側(cè)板、后內(nèi)支撐。中節(jié)圍堰接高見(jiàn)《中節(jié)套箱接高施工示意圖》。2）圍堰拼裝懸浮狀態(tài)分析十一月份到一月份歷史水位情況見(jiàn)下表：歷史最低平均水位+0.93m，平均水位（+0.93m～＋3.25m）底節(jié)圍堰未接高在歷史最低水位可以實(shí)現(xiàn)自浮；底節(jié)圍堰+中節(jié)圍堰（未有內(nèi)支架），在水位為+2.36m時(shí)可以實(shí)現(xiàn)自??；水位低于+2.36m時(shí)不能實(shí)現(xiàn)自??；底節(jié)圍堰+中節(jié)圍堰（有內(nèi)支架），在水位為+3.41m時(shí)可以自浮，水位低于+3.41m時(shí)就不能實(shí)現(xiàn)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(tài)向懸浮狀態(tài)的體系轉(zhuǎn)換。套箱圍堰懸浮工況具體計(jì)算分析見(jiàn)附件1。2、圍堰接高前準(zhǔn)備工作1）另鋪設(shè)施工通道，重新布置周圈套箱接高操作平臺(tái)及圍欄設(shè)施。2）套箱接高前，對(duì)底節(jié)套箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行一次全面大檢查，對(duì)于施工中損壞的結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件進(jìn)行恢復(fù)，側(cè)板滲水的位置進(jìn)行處理。3、圍堰中節(jié)接高施工套箱中節(jié)安裝按照先安裝側(cè)板，再安裝頂層內(nèi)支撐主桁及聯(lián)結(jié)，最后安裝附屬設(shè)施的順序進(jìn)行；套箱側(cè)板的安裝及合攏按照先安裝兩端圓弧段側(cè)板，再對(duì)稱安裝兩側(cè)直線段側(cè)板，最后直線段中部實(shí)現(xiàn)合攏。拼裝前，應(yīng)對(duì)每個(gè)單元組合進(jìn)行編號(hào)排隊(duì)，且拼裝工作應(yīng)對(duì)稱進(jìn)行，直至最后合攏。拼裝合攏后，全面調(diào)整其垂直、水平、橢園度等，務(wù)使接頭對(duì)準(zhǔn)，所有誤差均在允許范圍之內(nèi)。經(jīng)檢查認(rèn)可后方可進(jìn)行電焊。1）套箱接高測(cè)量控制（1）圍堰拼裝前，首先精確測(cè)量圍堰原有的軸線點(diǎn)的坐標(biāo)，圍堰頂面結(jié)構(gòu)中心點(diǎn)坐標(biāo)是由同一軸線上的A、B或C、D點(diǎn)平均得出，其他兩個(gè)點(diǎn)平均值復(fù)核。2）鋼套箱側(cè)板安裝、焊接鋼套箱中節(jié)側(cè)板在工廠組拼成單元，利用起重碼頭20tГMK吊機(jī)倒運(yùn)下河，在鐵駁上將圍堰單元拼裝成重量約40～60t的塊件，運(yùn)輸至墩位，利用浮吊吊裝拼接。側(cè)板由兩圓弧段對(duì)稱四點(diǎn)向套箱中間安裝，兩側(cè)分別在直線段中部合攏。側(cè)板吊裝分別利用兩側(cè)的80t或150t全回轉(zhuǎn)浮吊。拼裝時(shí)，分別吊裝單元塊在底節(jié)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(shí)吊點(diǎn)處設(shè)纜風(fēng)進(jìn)行調(diào)整并固定。在單元間內(nèi)、外壁板內(nèi)側(cè)加裝鋼墊板，并采用手工焊定位。側(cè)板經(jīng)測(cè)量、精確定位后進(jìn)行拼縫焊接，合攏段可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體空隙尺寸進(jìn)行調(diào)整。3）頂層內(nèi)支撐桁架及連接段安裝頂層內(nèi)支撐主桁組裝成整長(zhǎng)的單組桁架，利用起重碼頭20tГMK吊機(jī)裝船運(yùn)輸至墩位，再利用80t浮吊或150t浮吊整體吊裝，內(nèi)支撐主桁聯(lián)結(jié)系安裝分別利用80t浮吊或150t浮吊安裝、與內(nèi)支撐桁架焊接。頂層內(nèi)支撐主桁由圓弧一端向另外一端依次安裝。4）套箱中節(jié)質(zhì)量驗(yàn)收中節(jié)套箱拼裝、焊接完成后，對(duì)焊縫質(zhì)量、側(cè)板水密性及套箱尺寸、安裝精度進(jìn)行檢查驗(yàn)收。鋼套箱的結(jié)構(gòu)尺寸必須符合鋼套箱主要尺寸允許偏差的要求，焊縫質(zhì)量檢測(cè)合格，側(cè)板面板焊縫全部進(jìn)行煤油滲透試驗(yàn)，以檢驗(yàn)側(cè)板的水密性能。焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)同中節(jié)套箱圍堰制造焊縫質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。圍堰下沉1、河床調(diào)整6#墩圍堰底所處河床受沖刷嚴(yán)重，河床呈高低不平狀態(tài)。圍堰上游側(cè)刃腳底河床標(biāo)高約為-23.0m，下游側(cè)刃腳底河床標(biāo)高約為-9.0m。依據(jù)設(shè)計(jì)要求6#墩圍堰就位后，刃腳底設(shè)計(jì)標(biāo)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(duì)河床進(jìn)行平整處理后，再進(jìn)行圍堰的下沉作業(yè)?，F(xiàn)底層內(nèi)支架的標(biāo)高約為+8.63m，刃腳的標(biāo)高約為-5.19m。圍堰下沉到位刃腳底設(shè)計(jì)標(biāo)高為-18.0m，圍堰要下沉約12.81m。鉆孔樁接近完成時(shí)即開(kāi)始對(duì)河床進(jìn)行處理工作。首先在上游側(cè)進(jìn)行拋填片石及砂礫，使上游側(cè)河床標(biāo)高達(dá)到-18.50m，再在上游側(cè)河床上填4～5m厚砂（河床填砂采用吹填），使上游側(cè)河床標(biāo)高基本達(dá)到-14.50m～-13.50m，從而保證上下游河床高差控制在2m以內(nèi)，使圍堰下沉易于掌控。對(duì)于下游側(cè)河床，采用挖泥船挖泥法對(duì)河床進(jìn)行降低，以使上游和下游的河床標(biāo)高的高差盡量小。在河床處理完成后，測(cè)量組須進(jìn)行測(cè)量檢查，以確保河床的狀況達(dá)到使用要求。如不符合要求，可再適量拋填一定數(shù)量的礫石及砂，直至達(dá)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(lái)進(jìn)行整平。河床標(biāo)高-23.0m～-20.0范圍內(nèi)拋填片石；-20.0m～-18.5m范圍內(nèi)拋填卵石、砂礫；-18.5m以上范圍內(nèi)進(jìn)行吹填砂?？紤]到以后的混凝土封底防止混凝土漏出，在圍堰外測(cè)的河床面要多拋填一定范圍的片石及砂礫。拋填區(qū)域初步定為在6#墩圍堰所處水平面向外各增加2m范圍內(nèi)。但具體施工時(shí)，可依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況而定。上游河床拋填土方量計(jì)算參見(jiàn)附件３。2）下游吸泥方案下游河床采用挖泥船挖泥對(duì)河床進(jìn)行降低?？紤]到周圍砂土對(duì)剛剛挖過(guò)的河床的回填影響，可以考慮安排2艘挖泥船進(jìn)行挖泥來(lái)降低河床標(biāo)高，使上下游河床高差滿足下沉要求，即可以進(jìn)行圍堰的下沉施工。圍堰下沉?xí)r采取邊吸泥、邊下沉的方法進(jìn)行。圍堰下的河床為全新統(tǒng)河床和地層，為松散細(xì)砂。采用空氣吸泥機(jī)進(jìn)行吸泥。空氣吸泥機(jī)采用φ250mm并配備供應(yīng)能力為20m3/min的空氣壓縮機(jī)。吸泥機(jī)靠近下游處不均勻吸泥。吸泥時(shí)要保持吸泥機(jī)下口不低于刃尖，以免吸泥過(guò)深而使坑深超過(guò)刃尖過(guò)多而引起翻砂。圍堰下沉到河床面附近時(shí)，河床底的水流流態(tài)發(fā)生變化，流速增加，使水流對(duì)后側(cè)的河床沖刷增加，此時(shí)應(yīng)該控制吸泥量，嚴(yán)格控制圍堰的位置，保證圍堰位置準(zhǔn)確，直至達(dá)到-18.0m的設(shè)計(jì)標(biāo)高。在圍堰下沉的過(guò)程中，下游刃腳先進(jìn)入河床而上游刃腳還未進(jìn)入河床。下游圍堰刃腳在下沉過(guò)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(nèi)壁考慮加水來(lái)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?dāng)_動(dòng)破土的方法來(lái)取得較好的吸泥除土效果。所除土盡量遠(yuǎn)棄。2、圍堰下沉前準(zhǔn)備1）6#墩套箱下沉前，需拆除平臺(tái)上的鉆機(jī)設(shè)備及泥漿循環(huán)系統(tǒng)等多余設(shè)施，即拆除平臺(tái)上的封閉鋼鋪板、平臺(tái)外圍的懸挑平臺(tái)及圍欄等。2）圍堰下沉前，需清除套箱封底混凝土范圍內(nèi)內(nèi)壁、鋼護(hù)筒外壁及刃角內(nèi)的鉆渣、泥漿等，可利用高壓水槍或吸泥機(jī)清理干凈，以保證后續(xù)隔倉(cāng)砼施工的質(zhì)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(guò)程中平面位置及豎向傾斜難以控制等原因，選擇六個(gè)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(dǎo)向樁，并分別在導(dǎo)向樁處的套箱圍堰內(nèi)支架處設(shè)雙層導(dǎo)向架，使得套箱能沿定位樁準(zhǔn)確下沉，每個(gè)導(dǎo)向架的高度為2.5m。導(dǎo)向結(jié)構(gòu)參見(jiàn)附圖3《6#墩圍堰下沉導(dǎo)環(huán)結(jié)構(gòu)圖》。6#墩圍堰在進(jìn)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(diào)導(dǎo)向克服上下游方向的不平衡，以及克服圍堰下沉過(guò)程中所受水流力及被動(dòng)土壓力等。在圍堰下沉過(guò)程中，圍堰的位置調(diào)整采取灌注隔倉(cāng)水的方式，而不采取灌注隔倉(cāng)砼的方式，以防止灌注砼后，圍堰過(guò)重導(dǎo)致調(diào)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?xí)r采取主動(dòng)下沉。河床處理完成后，在外排對(duì)稱位置的4根定位護(hù)筒（2#、7#、40#、45#）上安裝提升裝置，同時(shí)在上下兩層內(nèi)支撐上安裝導(dǎo)向裝置，提升裝置提升稍許，同時(shí)配以抽水等措施使圍堰上?。ù藭r(shí)圍堰保持內(nèi)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(nèi)注水53cm，使吊掛系統(tǒng)受力變?yōu)樵瓉?lái)的圍堰重量的28％。繼續(xù)等距施頂使圍堰緩慢下沉50cm，同時(shí)向隔艙內(nèi)注50cm水，如此反復(fù)，直至圍堰下沉4m左右，此時(shí)向圍堰內(nèi)注水，使圍堰處于自浮狀態(tài)，拆掉接高鋼護(hù)筒牛腿吊掛梁及提升系統(tǒng)，并將提升系統(tǒng)轉(zhuǎn)移至圍堰頂層支架上。轉(zhuǎn)換完成后，檢測(cè)圍堰平面位置，合格后繼續(xù)向隔艙內(nèi)注50cm水，下沉50cm，如此反復(fù)直至圍堰進(jìn)入河床。（注：圍堰在進(jìn)入河床前，要保持圍堰內(nèi)外水頭差保持在5.27m）。圍堰進(jìn)入河床后，采取隔艙內(nèi)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(wěn)定，要求圍堰內(nèi)外水頭差應(yīng)隨入土深度作相應(yīng)變化調(diào)整，其具體相關(guān)對(duì)應(yīng)數(shù)值詳見(jiàn)附件（五）。依據(jù)計(jì)算可知，圍堰在入土5.0m時(shí)（以下游側(cè)為基準(zhǔn)），圍堰即可下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高。準(zhǔn)備水下封底施工。（2）下沉工況計(jì)算分析：4根鋼護(hù)筒上安裝提升裝置后，每根護(hù)筒設(shè)兩組分配梁，考慮承受套箱上導(dǎo)環(huán)處向上作用力125t，總設(shè)計(jì)承受反力為1000t。即圍堰的重量大于江水所產(chǎn)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(tǒng)承受。①內(nèi)外水頭差h：h1=0.66987h1-81.5792h1+499.4033=2082.51936＝2.10m即剛開(kāi)始時(shí)，向圍堰內(nèi)壁內(nèi)注入2.10m高的水，即可使吊掛系統(tǒng)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(shí)圍堰內(nèi)壁水位標(biāo)高應(yīng)為-3.09m。當(dāng)圍堰開(kāi)始下放后，圍堰內(nèi)水位超過(guò)刃腳時(shí)：ρgAh2=0.72G103×10×395.336×h2=0.72×（1845.323+632.137+414.928）×103×10則：內(nèi)外水頭差h2=5.27m,即在圍堰注水下放時(shí)，應(yīng)保持內(nèi)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(tǒng)受力分析：0.28G=0.28×（1845.323+632.137+414.928）=810t在吊掛系統(tǒng)承受810t的力的情況下，使圍堰沿著導(dǎo)向裝置緩慢下沉50cm。此時(shí)吊掛系統(tǒng)的受力為810-0.5×395.336=612t。每個(gè)點(diǎn)承受612÷4=153t的力。在圍堰的位置沒(méi)有偏差的情況下，進(jìn)行下一步的下沉。即圍堰內(nèi)壁再注50cm的水，使吊掛系統(tǒng)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(fù)直至圍堰進(jìn)入河床。進(jìn)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(nèi)注水，使圍堰穩(wěn)定下至設(shè)計(jì)標(biāo)高。（3）下沉?xí)r注意事項(xiàng)：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(shí)進(jìn)行調(diào)整。②吊掛系統(tǒng)在受力恒定的情況下，對(duì)圍堰起到重力導(dǎo)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(yīng)準(zhǔn)確調(diào)整圍堰的平面位置和垂直度在誤差范圍內(nèi)。2）圍堰精度控制及調(diào)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(tái)施工時(shí)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(cè)量準(zhǔn)備工作：①底節(jié)、中節(jié)圍堰輪廓結(jié)構(gòu)尺寸，頂面標(biāo)高；②鋼護(hù)筒的平面位置及垂直度；③圍堰與鋼護(hù)筒之間相對(duì)位置關(guān)系；④新掛樁牛腿頂面標(biāo)高；⑤加強(qiáng)河床的觀測(cè)，測(cè)點(diǎn)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(shù)；⑥落河床前，觀測(cè)河床變化。（2）對(duì)下放過(guò)程中（進(jìn)入河床前），圍堰平面位置、垂直度、平整度進(jìn)行測(cè)量并與理論計(jì)算值進(jìn)行比較，當(dāng)需要調(diào)整時(shí)，采用如下方法：①圍堰平面位置利用錨碇系統(tǒng)的拉緊、松放調(diào)整；②圍堰垂直度、平面轉(zhuǎn)動(dòng)利用提升裝置及隔倉(cāng)水進(jìn)行調(diào)整。（3）圍堰落到河床前后，涉及體系轉(zhuǎn)換，要可控。（4）圍堰進(jìn)入河床后，由于平面位置不能再有效調(diào)整，下放過(guò)程中，采用安裝在六根樁上的雙層導(dǎo)向控制平面位置，圍堰垂直度、平整度利用下放裝置及隔倉(cāng)水進(jìn)行調(diào)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(diào)整隔倉(cāng)水進(jìn)行調(diào)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(biāo)高進(jìn)行控制。圍堰下沉到標(biāo)高后，受水流沖刷的影響，圍堰可能仍處在不穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)需用剪力撐將圍堰與鋼護(hù)筒焊連，確保平面位置的穩(wěn)定。（6）圍堰下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)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(dǎo)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(nèi)加水的辦法調(diào)整下沉速度和下沉量，必要時(shí)施加向下拉