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嘉陵江特大桥12号墩单壁钢套箱围堰的设计与施工1


桥梁工程

嘉 陵 江 特 大桥

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号墩 单 壁 钢 套 箱 围 堰 的 设 计 与 施 工
贾卫中,宋小三,李艳哲

(中铁大桥局集团一公司 河南郑 州 ? ? ? 0 0 3) 摘 要: 渝怀铁路嘉陵江特大桥主桥 12 号墩承台施工采用单壁 钢套箱围堰, 制造 简单, 拼 装下沉方 便, 钻孔 作

业的同时在平台下拼装下沉, 速度快、 质量优, 效果显著。 关键词: 铁路桥;嘉陵江特大桥; 单壁钢套箱围堰;设计; 施工 ? ? ? ? 中图分类号: ? 33. 1 +2 文献标识码: 文章编号: 100 2 (2 0 0 3)增刊 0 13 0 3

? ? ? ? ? 底与江面之间的净空为 . 0 . , 因此, 围 堰必须 工程概况 ? ? 分层, 且每层高 度不能大 于 3 . 。又 因为 运输、 起 渝怀铁路井口嘉陵江特大桥为 ? 级铁路双线桥, 吊、 拼装的限制, 壁板的分块不宜过大, 在设计中采用 位于重庆市沙坪坝区井口镇先锋街附近, 从井口镇横 了不超过 长的块件。另外, 为了减少现场的焊接 跨嘉陵江至大竹林镇, 是渝怀铁路十大控制工程之一。 工作量, 提高焊接质量, 保证围堰不漏水, 尽量减少竖 其桥跨布置为: (3 2 预应力混凝土简 + 32 ) 肋对接焊缝, 采用了 型钢作为竖梁, 从而减 少了接 ? 支梁 + ( + 1 + ) 预应力混凝土连续刚构 + ( 头焊接工作量。 预应 力混凝 土简支 梁, 正线桥 长 32 + 2 ) 10 2. 0 , 双线等长, 桥高 110 。 12 号主墩为钢筋 混凝土圆端形空心墩, 墩身高为 , 采用高 桩承台 基础, 河床高程为 + 1 覆盖层为 1 . + 1 3.0 3 , 卵石土。桩基为 1 根?2 钻孔桩, 桩长为 2 2 。承台为台阶式, 下台阶厚 . 0 , 上台阶厚 3 . 0 , 承台横截面为圆端形, 下台阶顺桥向宽 1 . , 横桥 设计条件 (1) 设计工况 根据单壁钢套箱围堰的施工方法, 可按拼装下放 和抽水完成后 2 个工况进行分析计算。 (2 ) 设计水位根据井口嘉陵江大桥水文资料分析 成果报告及施工工期安排, 将套箱围堰的设计水位确 定为 + 1 。

向总长 2 . 上台阶顺桥向宽 13.2 , 横桥 向总长 0 , (3) 结构设计条件 2 2. 2 3 , 下台阶承台顶面高程 +1 . 2 , 底 面高程 围堰内平面净尺寸 2 . 圆端形半 ? ? ? ? ? ? 2 1 . , , 上台 阶承台顶面高程 。本 桥 + 1 1. 2 +1 . 2 径为 1 . (考虑到围堰刃脚入土后平面位置不易调 施工水位 + 1 3. , 按此水 位, 12 号墩施 工水深 约 整, 特将围堰内尺寸每边比承台轮廓尺寸大 0. 。 ? 1 ) 1 . 。 ? ? ? ? 侧板顶面设计高程 + 1 . ; ? ? ? 内支撑高程 + 1 . 0 ; 单壁钢套箱围堰设计 ? ? ? 设计抽水水位 + 1 . 0 。 设计构思 结构简介 嘉陵江大桥 12 号墩墩位处河床较为平坦, 有1 的卵石土覆盖层, 河床高程大部分低于承台底设计 高程。通过汛前清淤及河床找平, 从而实现利用单壁 钢套箱围堰着床后进行封底的方法进行施工。 隔舱板及对拉系 12号墩单壁钢套箱围堰由壁板、 统、 内支撑系统、 起吊系统和导向系统组成。围堰总体 布置见图 1。

(1) 壁板 由于嘉陵江大桥工期十分紧张, 为了加快施工进 ? 壁板分 3 层, 每层分 1 个块件, 下层壁板带有双 度, 缩短工期, 在 12 号主墩单壁钢套箱围堰的设计中 壁刃脚, 以利于围堰下沉切入覆盖层。壁板由面板、 横 考虑了围堰拼装与钻孔作业同时施工。由于钻孔平台 ? 肋、 竖向小肋和竖向大梁 ( 型钢) 组成。面板 为 ? ? ? 钢板, 横肋为 形组合断面。根 受力情况将横 收稿日期:
2 0 0 3 0 0 第一作者简介: 贾卫中 (1 —) , 男, 高级工程师, 1 0 年毕业于上 海 ? ? ? ? ? ? ? 肋分为 3 种类型; 竖向小肋分为角钢! 0 和 铁道学院铁道工程专业, 工学学士。

形组合断面两种类型; 竖向大梁为 ? ? ? ? 2 30 0 型钢。 ???

铁道标准设计 !"#$%"& ’(")*"!* *+’#,) -../ (增刊)

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? ? 壁板结构局部详图见图 ? ? 。 在高程 + . 处设置一层内支撑系统, 内支 ? 撑节点 均和 壁板 竖向 大 梁对 应。撑 杆 分为 形钢 ? ? 和槽钢 [ 两种, 通过节点盖板形成平面刚 架体系。考虑到内支撑为单层结构, 且在施工中有可 能出现竖向荷载作用于内支撑上, 所以对内支撑的各 节点处设置了竖向支撑, 以抵抗竖向荷载, 防止内支撑 失稳。 ( ) 导向系统 导向结构分 层, 每层各 个, 分别对应 个? ? ? ? ? ? ? 钢护筒。导向架与壁板焊接, 导向架前端带有导向 轮, 导向轮和护筒壁的净距理论上为 。施工中 ? ? ? ? 根据钢护筒的偏位和倾斜情况调整导向架尺寸, 确保 了单壁钢套箱围堰定位准确。 ( ) 起吊下放系统 起吊下放系统由下放吊挂大梁、 下吊点、 滑车组及 卷扬机组成, 下放吊挂大梁固结于钻孔平台上, 下吊点 焊接在竖向大梁上。 设计计算 单壁钢套箱围堰设计计算分 种工况进行: 第一 ? 种工况是拼装完后起吊下放的工况; 第二种工况是围 堰抽完水后的最不利工况。 ( ) 起吊下放计算 ? 起吊下放计算分 个阶段, 每拼装完一层进行下
图 围堰总体布置 (单位: )

放作为一个阶段, 计算荷载为结构自重。计算采用有 限元计算程序作出空间力学模型按梁单元进行计算。 计算中将竖肋、 横肋、 竖梁作为梁单元杆件建模, 竖肋

? 和横肋截面特性均将面板计入。对于 个吊点采用了 边界约束条件模拟, 计算结果均满足受力需要。 ( ) 壁板结构和内支撑计算 壁板结构和内支撑最不利受力状态为围 ?荷载: 堰封底抽水完毕后承台混凝土灌筑前, 此时荷载仅考 虑静水压力 (因 号墩在枯水期流速很小, 可忽略不 ? ? 计水流冲击力) , 围堰内封底混凝土顶面高程 + ? ? ? ? .
图 壁板结构局部示意 (单位: )

。由于嘉陵江水暴涨暴落, 为确保结构安全 及保证

? ? ? ? 施工工期, 按+ 的高水位进行检算, 水压力呈三 ( ) 隔舱板及对拉系统 角形分布, 按线性荷载加于封底混凝土顶面以上的每 为便于围堰封底, 在顺桥向用两道隔舱板将封底 一道横肋上。 混凝土分为三大块, 隔舱板高 . , 长 . , 两端 竖肋、 竖梁及内支撑的截面特性, 按 和围堰 连接。隔舱 板面 板 厚 。竖向 肋 为角 钢 ? 根据横肋、 , 横向肋 为板条, 背带由槽钢组成。对拉 结构的实际尺寸用有限元计算程序做出空间力学模型 ! (由于圆端形部分不能作为梁单元, 将此部分横肋按每 筋分 层, 底层对拉筋均为通长, 两端锚固于围堰壁板 一段分成若干直线段) , 经过计算发现 个拐角 ? . 外侧 (或隔舱板背带槽钢上) , 顶层对拉筋仅横桥向有, 两端锚固于隔舱板背带槽钢上。 ( ) 内支撑系统 ??? 处应力较大 (超过允许应力) 。因此, 又对拐角部位横 肋进行了加强, 再次进行计算, 结构满足受力需要。
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单壁钢套箱围堰施工 查是否符合要求。 围堰封底

为缩短工期, 决定在钻孔的同时进行围堰的拼装 该围堰封底为 25 混凝土, 共计 700 3 。围堰封 ? ? 工作。在设计制造时充分考虑施工中各个环节, 现场 底是单壁钢套箱围堰施工中的一个关键环节, 封底质 施工时采取相应措施, 以确保快速顺利下沉, 围堰下沉 量的好坏直接关系到围堰施工的成功与否, 为了确保 到设计高程后偏位能满足施工规范要求。具体施工顺 序如下。 拼装前的准备工作 (1 ) 枯水期用挖泥船将河床整平至高程 + 1 5 . 0 左右, 且在钻孔作业过程中严禁将钻渣弃于江中。 (2) 根据水情在有足够的拼装空间前提下, 在钻孔 桩护筒上焊接底节围堰的拼焊托架, 形成拼装平台。 封底的成功, 在施工中采用了以下的技术措施和施工 方法。 (1 ) 将整个围堰分为 3 个舱, 封底顺序为先中舱后 边舱的方法。 (2) 考虑混凝土流动半径及护筒壁的阻挡等因素, 每舱封底时均布置了不少于 1 0 根导管, 确保了封底混 凝土均匀上升。

(3) 测量围堰周边护筒的平面位置及倾斜率, 并计 (3) 封底混凝土采用泵送, 坍落度 1 8 22 , ? ? ? 2个 3 算出与设计墩中心的关系。测放出承台设计中心线。 混凝土工厂同时供应, 产量 4 确保了混凝 ? ? ? 5 50 /, (4 ) 在拼装平台上放出围堰内壁板的边线, 并在壁 板上标出壁板与托架的对齐线。 (5) 在平台上安装起吊下放分配梁、 滑车组以及卷 扬机。 围堰的拼装及下放 (1 ) 拼装时按先直线段后圆弧段的拼装顺序拼装, 土的质量和供应量。 (4 ) 在灌筑混凝土的过程中, 随时测量下灰导管口 附近的混凝土顶面高程。确保了导管埋深, 避免混凝 土 “洗澡” 。 围堰封底历时 20 多小时, 待混凝土达到设计强度 后抽水, 效果非常好, 无任何漏水现象, 证明采取的措

拼装时每块围堰壁板利用钻孔平台上设置的滑道系统 施取得了良好的效果。围堰从拼装到封底共用 35 , ? 就位。 ? 比常规施工方法缩短 1 0 。 (2) 焊接块与块间的横肋、 竖肋及面板。 结语 (3) 安装围堰下层导向及隔舱板。 (4 ) 在围堰外侧竖向大梁上焊接起吊下放牛腿。 根据渝怀铁路嘉陵江大桥 1 2 号墩处的地质、 地形 (5) 4 个起吊滑车组同时起吊提起围堰, 割除底节 围堰拼焊托架。 (6) 4 个起吊滑车组同时同步下放围堰至高程 + 1 68. 2 , 将滑车组钢丝绳锚固于平台上。 (7) 按以上施工顺序拼装中节围堰并下放。 (8 ) 拼装顶节围堰, 同时安装内支撑及内支撑立柱。 ( ) 整体下放围堰并着床。 围堰着床 围堰下沉过程中, 用吸泥机清除刃脚处的河床覆 盖层, 当围堰下沉到设计高程后, 调整围堰到设 计位 条件, 承台底高程与河床面相差不大及施工工期紧的 情况, 采用了单壁钢套箱围堰施工承台, 设计中采用了 型钢作为竖 梁, 减少了 焊接工作量, 缩短了焊 接时 间, 设计中使用单层内支撑不但节约了材料, 而且增大 了承台施工净空, 采用围堰拼装与钻孔作业同时施工 的方法, 缩短了施工工期。以上设计与施工措施为 1 2 号墩承台的顺利完成、 汛前墩身出水提供了有力保障。 该单壁钢套箱围堰的成功使用为今后类似围堰施工提 供了一定的参考价值。 参考文献:


? ? ? ? ? [1 ] 1 0002 . 1 , 铁路桥涵设计基本规范 [ ] 置, 然后测量围堰内各点的高程。用吸泥机将高处清 ? ? ? ? ? [ 2] 1 0002 . 2 , 铁路桥涵钢结构设计规范 [ 平至设计高程, 低洼处则用片石或卵石回填。沿围堰 [ 3] 铁路桥涵施工规范 [ ] ? ? ? 1 0203 2002, [4 ] 罗邦富, 魏明钟, 沈祖炎, 陈明辉 . 钢结构设计手册 [ ] 中国 ? .北京: 8 8

外侧四周测量河床面高程, 其高程必须高于围堰内0 . 5

以上, 否则用砂袋填到此高程, 最后由潜水员下水检 建筑工业出版社, ? 1

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