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钢吊箱围堰施工技术


钢吊箱围堰施工的技术与应用
一,钢吊箱围堰技术 1、结构设计 钢吊箱围堰是为承台施工而设计的临时阻水结构, 其作用是通过吊箱围堰侧板和底板上 的封底混凝土围水, 为承台施工提供无水的干燥施工环境。 钢吊箱的结构构造由底板、 侧板、 内支撑、悬吊及定位系统组成。 底板是竖向主要受力构件。 钢吊箱底板的结构形式主要有型钢网格分配梁底板以及空间 桁架式底板。其中,型钢网格分配梁底板施工加工量小,底板安装快捷、方便、工期短,缺 点是分配梁底板刚度较小, 如设计不当容易导致底板变形较大, 从而导致浇筑的封底混凝土 受拉开裂,质量不易保证。 侧板是钢吊箱水平向承受静水压力、 水流力和波浪力的受力构件。 侧板构造形式分为单 壁围堰和双壁围堰。单壁围堰的优点是只有一侧壁板,结构简单,加工方便;缺点是必须现 场拼装,下沉较为困难,下沉中如发生问题较难控制。双壁围堰的优点在于下沉过程中可以 充分利用水的浮力, 通过调节隔舱内的水来调节吊箱的位置, 这就使得双壁围堰施工有明显 的主动性;缺点是结构复杂,施工难度大。 内支撑由内团梁、水平撑杆及竖向支架三部分组成。内团梁设在吊箱侧板的内侧,安装 在侧板内壁牛腿上。内团梁的作用主要是承受侧板传递的荷载,并将其传给水平撑杆。水平 撑杆的作用是通过对吊箱侧板的支撑减小侧板位移,竖向支架的作用主要是支撑水平撑杆, 同时减小水平撑杆的自由长度。竖向支架的底端焊接到底板上,上端与水平撑杆焊接。 悬吊系统以钻孔桩钢护筒为依托,由纵、横梁,吊杆及钢护筒组成。横梁支点设置在护 筒内侧牛腿上,横梁的作用是将悬吊荷载通过钢护筒传递给桩基。纵梁的作用是支撑吊杆, 并将吊杆传来的荷载传给横梁。 吊杆上端固定于支架的纵梁上, 下端固定于底板的吊杆梁之 上。吊杆的作用是将吊箱自重以及封底板的重量传给纵梁。 由于钢吊箱下沉人水后受流水压力的作用, 吊箱围堰会向下游漂移, 为便于调整吊箱位 置,确保顺利下沉需设置定位系统。定位系统有多种方式,在水流较小的情况下,可以采用 导链牵引、抽注水方式定位,在水流较急的情况下,也可以采用定位船克服 水流力来纠偏。 设计思路: 利用精扎螺纹钢吊杆将吊箱重量和承台混凝土重量通过钢板梁传递给基桩顶 预埋的钢立柱上,再由钢立柱传递给基桩。钢吊箱设计本着安全经济实用的原则,设计时需 综合考虑,运输方式、浮吊起重能力、下沉工艺等均应满足施工要求,钢吊箱分块现场拼接 下沉。块件最大重量小于 5 t,模板最大尺寸小于 5 rn,以便于钢吊箱的运输、吊装及下沉。 分离的模板要求水密。各施工阶段均应考虑最高水位、最低水位不利工况,钢吊箱的强度和 刚度及稳定性均应符合规范要求。 2、施工流程及注意事项 1) 加工吊箱 ?加工中必须严格控制加工尺寸及焊接质量,防止或减少焊接变形。 2) 平台和底模的设计 无论采用何种形式, 必须使其可以承受吊箱自重及作业附加荷载, 同时保证在吊箱下沉 前易拆除对下沉有障碍的构件。 3) 拼装底节侧板和吊点系统?拼装侧板须注意接缝的密封和模板变形的调整。吊点系 统必须焊接牢固,保证下沉时节点系统、倒链行程及脱钩等能顺利进行。 4) 吊箱下沉与拼装

边下沉边拼装, 同时安装好内撑和其余吊点系统, 在此过程中必须注意吊箱均匀下沉和 倒链受力均匀及下沉中水平位置的调整。 下沉中如有一角停止下沉, 可能是护筒上有勾挂物 或吊箱水平位置偏移太大,这时须稍提起吊箱,及时查明原因,采取措施。 5) 吊箱定位 下沉后利用定位吊点系统定位,应尽力使各点受力均匀,并保证吊箱水平,防止倾斜, 同时利用上游及左右两侧倒链调整好吊箱水平位置。 6) 浇注封底混凝土 采用直升导管法浇注封底混凝土,标号 C25。采用一套导管循环浇注, 先周围后中间, 速度尽量快,层与层之间间隔时间要短,浇注中特别注意导管内封水,保证混凝土质量。同 时注意护筒周围的砼,防止因砂袋堵塞不严引起砼的流失。 7) 抽水堵漏 抽水以大小泵搭配为好, 如接缝漏水可用棉絮堵, 如水流较缓可在抽水时在上游撒锯屑。 8) 承台施工 抽水后将桩头凿除,把护筒烧割,快速绑扎好钢筋即可进行第一层承台混凝土施土。 3、总结 钢吊箱围堰技术在施工中的优点已在许多工程中得到了充分的体现,它工序简单,易 操作,分节分块卸载方便,大大提高了生产效率,能很好的加快深水大型桥梁下部结构的施 工进度。同时,钢吊箱围堰比将整个系梁作业面围堰抽水的施工方式节约钢材,大大减少了 封底混凝土用量,避开了大面积浇筑封底混凝土的施工难度,也能够取得一定的经济效益。 三,钢吊箱围堰技术应用实例 渝怀铁路嘉陵江特大桥 13#墩承台设计与施工 1、工程概况 井口嘉陵江大桥为Ⅰ级铁路双线桥,其主桥为 84+144+84m 预应力混凝土连续刚构。13# 主桥墩基础采用 16 根φ 2.5m 的钻孔灌注桩,横桥向共 6 排,中间四排每排 3 根,横向间距 除距桥轴线一排为 5.6m 外,其余为 5.2m,纵向间距为 6.8m,两边各一排,每排 2 根,与 中间桩呈梅花布置,横向间距为 3.94m,与纵向间距为 6.8m,桩长 42.0m。承台为台阶式, 下台阶厚 4.0m,上台阶厚 3.0m,承台横截面为园端形,下台阶顺桥向宽 17.7m,横桥向总 长 29.0m,上台阶顺桥向宽 13.2m,横桥向总长 22.23m,下台阶承台顶面标高+165.27m,底 面标高+161.27m,上台阶承台顶面标高+168.27m。13#墩位于嘉陵江主河槽,墩位处河床标 高 142.63 ~ 148.38m , 按 施 工 水 位 +173.5m 计 , 墩 位 处 水 深 达 30 多 米 , 设 计 流 速 V1/300=3.62m/s。为此,采用钢吊箱围堰的施工方法进行承台施工。 2、设计依据: 1) 《井口嘉陵江特大桥设计图》 2) 《铁路桥涵设计手册》 (TBJ—96) 3) 《钢结构设计手册》 (GBJ17—88 版) 3、结构构造 1) 底板 吊箱底板由底模托梁和底模组成,底模托梁为井字梁结构,桩间设置纵、横梁。纵梁为 主梁,横梁为次梁,横梁与纵梁用螺栓连接,水封。吊杆设在纵梁上。底模为肋板式焊接结 构。 2) 侧板 侧板采用单壁结构,为肋板式焊接结构。侧板高度方向分为上、中、下三层。吊箱下层 侧板与底板及上、中、下层侧板之间的水平缝和竖缝均采用坡口焊缝焊接,以防漏水。

3) 吊箱内支撑 内支撑由内圈梁,水平撑杆及竖向支架三部分组成。 内圈梁:内圈梁设一层,设在吊箱侧板的内侧,水平撑杆为井字结构。杆端用螺栓与内 圈梁连接成一体。竖向支架的底端焊接到底板上,上端与水平撑杆焊接。 4) 吊箱吊挂系统: 吊挂系统由纵、横梁、吊杆及钢护筒组成,吊挂系统的作用是承担吊箱自重及封底混凝 土的重量。 5) 下沉起吊系统 起吊系统由吊点、吊带、千斤顶组成,吊点分上吊点、下吊点,上吊点设在钻孔平台顶 面上。下吊点设在吊箱下层直边侧板外侧。 6) 吊箱定位系统 钢吊箱下沉入水后受流水压力的作用,吊箱围堰会向下游漂移,为便于调整吊箱位置, 确保顺利下沉,在吊箱侧板内壁与钢护筒之间设上下两层导向系统。 4、设计计算 根据钢吊箱围堰施工时段分析进行结构设计验算,利用设计计算程序进行空间模拟计 算,仅说明思路,具体计算过程从略。 1) 荷载取值依据 由《铁路桥涵设计规范》 (TBJ-96)荷载组合 V 考虑钢吊箱围堰设计荷载组合。 水平荷载:∑Hj=静水压力+流水压力+风力+其他; 竖直荷载:∑Gj=吊箱自重+封底混凝土重+浮力+其他; 其中:单位面积上的静水压力按 10KN/㎡计,水压随高度按线性分布; 流水压力按桥址处实测流速: V=2.0 m/s; 风速很小,在此可忽略; 封底混凝土容重;γ =23KN/m3; 水的浮力:γ =10KN/m3; 2) 计算内容 ① 吊箱拼装下沉计算; ② 吊箱结构设计计算; ③ 封底混凝土施工阶段计算; ④ 抽水后吊箱计算。 3) 计算 综合工况条件分析和计算内容,对钢吊箱各部分取最不利受力工况进行计算。 5、施工 13 号主墩控制全桥施工工期,不仅施工难度大,而且施工工期十分紧张。若采用在钻 孔桩施工完毕后拆除平台,在平台上拼装下放钢吊箱的施工方法,需要大型起吊设备,且投 入多,工期长,很有可能在一个枯水期内不能把基础施工出水面。因此,采取非常规的施工 方法:在钻孔桩施工的同时交叉作业拼装下沉钢吊箱,不仅减少了施工投入,而且缩短了施 工周期,取得了显著成效。 1) 吊箱拼装及下沉 吊箱拼装及下沉分三步。第一步,拼装底板及第一节围堰侧板。第二步,拼装中层侧板 及竖向支架,围堰下沉。第三步, 拼装上层侧板、 竖向支架及内支撑。 围堰下沉至设计标高, 安装吊杆进行体系转换,围堰全部由吊杆吊挂,将吊带拆除。每块侧板焊缝均进行煤油渗透 试验。 2) 吊箱定位与堵漏

由于在围堰侧板设有导向定位装置, 因此, 吊箱下沉到位后其平面位置偏差均在施工规 范允许误差范围以内。 用钢楔将导向与护筒之间的间隙抄死, 用角钢把围堰顶口与钢护筒焊 牢, 确保吊箱围堰在后续的水封施工中不得有平面位移。 然后用两台千斤顶从上下游两端对 称地逐一对 80 根吊杆进行调整,使其受力均匀,调整吊杆时油表读数达到 10MPa 即可。 全部吊杆调整完毕后,潜水员下水用蛇形袋堵塞钢护筒与底板之间的空隙。 3) 灌注封底混凝土 封底混凝土的作用一是作平衡重的主体; 二是防水渗漏; 三是抵抗水浮力在吊箱底部形 成的弯曲应力; 四是作为承台的承重底模。 封底混凝土灌注是吊箱围堰施工成败的一大关键。 4) 灌注承台混凝土 封底完毕七天后,抽干吊箱内积水,没有漏水现象,说明水封很成功。拆除上挂梁、吊 杆,割除钢护筒,清除高出承台面的封底混凝土,用超声波法和小应变法检测桩基质量,然 后按传统的方法安设承台钢筋,灌注承台混凝土。 6、总结 井口嘉陵江大桥 13#墩基础承台为深水高桩大体积圆端形承台,施工难度大,结合实际 情况,施工采用单壁钢吊箱围堰进行设计施工,取得了显著成效。 1) 速度快,节省工期:边钻孔边拼装围堰,2002 年 2 月 6 日钻孔桩水封完毕,至 2002 年 2 月 25 日下沉到位并封底成功,仅用 19 天时间。 2) 质量优:因吊箱围堰结构设计合理,定位准确,无渗漏现象。 3) 效益好:因单壁钢吊箱结构设计合理,节约了数十吨钢材,加之吊箱侧板又兼作承 台施工模板,节省了模板费用,合计节约资金近 20 万元。

参考文献
1. 2. 3. 4. 黄志峰. 钢吊箱围堰的结构设计与施工 王晔. 深水大桥钢吊箱围堰施工技术 纪尊众等. 深水基础套箱围堰施工综述 张爱花等. 渝怀铁路嘉陵江特大桥 13#墩承台单壁钢吊箱围堰设计与施工


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