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钢吊箱施工方案


青岛海湾大桥第二合同段 非通航孔桥承台钢吊箱施工方案 非通航孔桥承台钢吊箱施工方案 钢吊箱
一、工程概况 1、 工程概况: 青岛海湾大桥第二合同段起讫桩号为K10+310~K14+150 右幅) K10+310~K14+030 ( , (左幅) ,全桥长3840m(右幅) ,3720(左幅) 。非通航孔桥承台共计102个,其中D类承台有20个,E 类承台个36,F类承台46个。 D类承台采用正方形圆倒角承台,承台顶标高+0.300m,承台厚3.0m,平面尺寸为6.9×6.9m。 E类承台采用正方形圆倒角承台,承台顶标高+0.300m,承台厚3.0m,平面尺寸为7.7×7.7m。 F类承台采用正方形圆倒角承台,承台顶标高+0.300m,承台厚3.5m,平面尺寸为8.5×8.5m。 2、气象特征 青岛地处胶州湾畔,濒临黄海,属季风气候区,气候季节变化较明显。冬半年(10 月至翌年的 3 月)呈大陆性气候特点,气候干燥、温度低;夏半年(4 月至 9 月)受东南季风影响,空气湿润, 雨量充沛,日温差小,呈现海洋性气候特征。 工程区一年四季均有灾雾和高温、暴雨、飑线、倒春寒等。对大桥施工影响的害性天气发生, 主要灾害性天气有大风、冰雹、干旱、台风、寒潮、霜冻、浓主要为大风和大雾。 距海面不同高度不同重现期 平均风速计算值(m/s) 距海面不同高度不同重现期 10min 平均风速计算值(m/s) 重现期 10m 20m 3、水文特征 胶州湾属规则半日潮类型,两次高潮的高度基本一致,但低潮有日不等现象,两次低潮的高度 略有差异。潮汐周期约为 12 小时 25 分,涨潮时间相对较短,落潮时间相对较长,两者相差 1 小时 10 分种左右。 5年 27.3 29.9 10 年 29.5 32.3 20 年 31.6 34.6 30 年 32.9 36.0

青岛港与红岛潮汐特征值 青岛港 潮位特征值 (多年资料统计) 多年资料统计) 平均海平面(m) 0 月资料统计) (1 月资料统计) 0.19 月资料统计) (1 月资料统计) 0.22 红岛站 青岛港

最高高潮位(m) 最低低潮位(m) 平均高潮位(m) 平均低潮位(m) 平均潮差(m) 最大潮差(m) 平均涨潮历时 平均落潮历时

3.09(1997.8.19) -3.12(1980.10.26) 1.39 -1.40 2.78 4.75 5hr39min 6hr46min

2.69 -2.26 1.72 -1.37 3.10 4.68

2.65 -2.13 1.70 -1.29 2.99 4.49

工程区设计潮位计算成果 重现期 a.) 重现期(a.) 项 目 20 极端高潮位(m) 极端低潮位(m) 3.04 -3.20 50 3.20 -3.34 100 3.33 -3.44 300 3.54 -3.61

设计流速计算成果表(规范) 单位:cm/s) (单位 设计流速计算成果表(规范) 单位:cm/s) ( 位置 沧口航道桥 20a. 109 100a. 112 100 年一遇设计波要素 计 算 点 方向 SSW SW 沧口 WSW W 2.03 2.40 2.42 2.86 4.8 5.0 H1/10 2.21 1.66 H1% 2.63 1.97 T 5.1 4.4 300a. 116

以上资料来自《青岛海湾大桥招标文件》的《参考资料》 。 根据以上参考资料,本工程设计和施工工况采用:20 年一遇极端高潮位+3.04m,极端低潮位 -3.20m,水流速度 109cm/s,风速 31.6m/s。 二. 编制依据 ⑴ 《青岛海湾大桥第二合同段招标文件项目专用本》

⑵ 《青岛海湾大桥第二合同段工程施工图设计》 ⑶ 《青岛海湾大桥第二合同段合同协议书》 ⑷ 《公路桥涵施工技术规范》 (JTJ 041—2000) ⑸ 《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》 (JTG/T B07/1—2006) ⑹ 《混凝土结构耐久性设计与施工指南》 (CCES 01—2004) ⑺ 《公路工程质量检验评定标准》 (JTG F80/1-2004) ⑻ 《全球定位系统(GPS)测量规范》 (GB/T18314-2001) ⑼ 《国家一、二等水准测量规范》 (GB12898-91) ⑽ 《公路全球定位系统(GPS)测量规范》JTJ/T066-98 ⑾ 《测量控制管理办法》青岛海湾大桥工程测量控制中心 ⑿ 其它国家标准、行业标准、技术条件及验收方法等

三、 施工安排 施工安排 根据《青岛海湾大桥招标文件》的《参考资料》和《青岛海湾大桥第二合同段施工设计图》 ,青 岛海湾大桥第二合同段非通航孔桥处水深在 3.0~10.3m 之间,承台顶标高为+0.3m,D、E 类承台底 标高为-2.7m,F 类承台底标高为-3.20m。根据《地质勘察参考资料》 ,淤泥层较厚,深水处不宜采用 钢板桩围堰施工,水深在 4.5m 以下的采用钢板桩围堰施工,施工墩号为 40~45#墩,水深大于 4.5m 的采用单壁钢吊箱围堰施工,施工墩号为 46~60#,67~97#墩。 七、钢吊箱的设计与施工 钢吊箱的设计与施工 1、钢吊箱设计条件 根据钢吊箱使用功能,将其分为底板、侧板、内支撑、吊挂系统四大部分。根据《青岛海湾大 桥施工技术规范》的要求,吊箱的平面尺寸比承台大 2m。 (1)钢吊箱设计条件 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处施工环境;封底混凝土作为承台施工的底模板,吊箱侧板 与承台留有 1m 空间,为承台施工支立模板、承台的养护和防腐处理留有施工空间。 工况条件 根据钢吊箱围堰施工工作时段及设计受力状态,可按以下几个工况进行分析: a 底板吊装阶段 b 吊箱拼装下沉阶段; c 封底混凝土施工阶段;

d 抽水后承台施工阶段。 水位条件 20 年一遇极端高潮位+3.04m,极端低潮位-3.20m,水流速度 109cm/s。 结构设计条件 综合各工况条件、水位条件和施工时间,确定钢吊箱结构设计条件:D 类钢吊箱围堰平面内净尺 寸:8.9m×8.9m ,E 类钢吊箱围堰平面内净尺寸:9.7m×9.7m, F 类钢吊箱围堰平面内净尺寸:10.5m ×10.5m; 侧板顶面设计标高:+4.50m(保证承台施工在干燥无水的条件下进行,此时最大施工水位为 +3.04m 左右,浪高 1.50m 左右) ; 底板顶面设计标高:D 类钢吊箱:-3.90m(封底混凝土厚度为 1.20m,承台的底标高为-2.70m) 、 E 类钢吊箱:-4.10m(封底混凝土厚度为 1.40m,承台的底标高为-2.70m) 类钢吊箱:-4.80m(封 、F 底混凝土厚度为 1.60m,承台的底标高为-3.20m) ; 内支承标高:+0.80m 和+4.10m(最不利工况处) ; 设计最大抽水水位:+3.04m; (2)钢吊箱的构造简介: 钢吊箱的构造简介: 构造形式选择 根据钢吊箱使用功能,将其分为侧板、底板、内支撑、吊挂系统四大部分。其中,侧板、底板 是吊箱围堰的主要阻水结构,根据钢吊箱设计条件,我们对吊箱底板结构的钢筋混凝土板和钢结构 底板两种方案进行了比较,比较结果如下。 内容 钢结构底板+钢侧板 采用 I32a 和[32a 做横纵梁,8mm 纵肋高 18cm,受力钢筋为φ22mm,构造钢筋采 结构 构造 钢板为面板,底板自重 15t,侧板 120kg/m ,重 41t,内支撑 8.2t, 重 41t,内支撑 8.2t,吊挂系统 9t,吊箱总重 吊挂系统 6t, 吊箱总重量为 70.2t 量为 99.2t 底板在加工场加工,挂车运至码 底板在预制场预制,挂车运至码头,75t 汽车 施工 方法 头,25t 汽车吊至 300t 驳船,运 吊至 300t 驳船,运至桥位,现场拼装成整体, 至桥位,现场拼装成整体,150t 150t 浮吊整体吊装下沉 浮吊整体吊装下沉
2

钢筋混凝土底板+钢侧板 采用格构式底板, 总厚度 30cm, 板厚 12cm, 横、

用 D10 的钢筋网, 底板自重 41t, 侧板 120kg/m ,

2

优缺 点

加工简单,自重较轻,吊运较容 易,钢材价格较高,不经济

预制复杂,预埋件较多,自重较大,原材料价 格低,较经济
3

底板加工费用 69000(15×4600) 底板混凝土 16m , 钢筋 1.5t, 预制费用为 17400 元, 吊具加工费 27600 (6×4600) (16×600+1.5×5200)元,吊具加工费 41400 , 施工 吊装上船采用 25t 汽车吊, 元 190 费用 /h,计 380 元,合计 96980 元(其 他相同的不计) 履带吊, 1000/h, 2000 元, 计 合计 60800 元 (其 他相同的不计) (9×4600) ,吊装上船采用 75t 汽车吊和 50t

由上可以看出,施工方法基本相同,大型设备基本相同,钢筋混凝土底板比钢结构 比选 底板重 26t,对于浮吊安装增加的这些重量并不能增加费用,较经济,采用钢筋混 凝土底板+钢侧板每个吊箱节省 36180 元

结构构造简介 ①底板 钢吊箱底板采用钢筋混凝土底板,钢筋混凝土底板采用格构式,横纵两个方向均设有加劲肋。 底板的面板厚 12cm,横纵肋高 18cm,宽 15cm,最大间距为 1.413m,最小间距为 95cm。 面板顶面和底面设置两层 D10 钢筋网片, 横纵肋设置φ22mm 的受拉钢筋。 底板设置 40 个预留孔, 其中 32 个是吊杆预留孔,8 个是侧板连接的限位孔,孔径为 40mm,均设置在横纵肋交叉处。 在肋板底面预埋钢板,将吊杆的螺母焊接在钢板上,使其成为一个整体,在拆卸吊杆时螺母固 定不动,在外侧的吊杆底端螺母外侧设置一个黄油封管,使吊杆和螺母不受海水腐蚀。 ② 侧板 侧板采用单壁结构,由Ⅰ20a 做纵肋、∠63×40×5 做横肋和 6mm 钢板做面板焊接而成。纵肋间 距 500mm,横肋间距为 450mm。 侧板高度方向分为上、下两层,分别为 3.0m、5.1m。每层分为 4 块,其中长边和短边各 2 块。 上层长边壁板单块重为 4.28 吨, 上层短边壁板单块重为 4.193 吨, 下层长边壁板单块重为 6.618 吨, 下层短边壁板单块重为 6.047 吨,侧板总重 39.85 吨。 吊箱下层侧板与上层侧板之间的水平缝和竖缝均采用螺栓连接,缝间设置 10mm(压缩后为 3~4 mm)泡沫橡胶垫以防漏水。侧板的面板为δ=6mm 钢板,竖楞(接缝角钢除外)均为 I20a 工字钢, 间距为 500mm,水平加劲肋为 δ=6mm,h=200mm 的钢板,间距为 450mm。 ③ 吊箱内支撑 内支撑由内圈梁,水平斜撑杆二部分组成。总重为 6.47 吨。

内圈梁:内圈梁设二层,设在吊箱侧板的内侧,高程为+0.8m 和+3.1m 处,由上层 2[22a 和下层 2[32a 结构组成的水平四边形,焊在侧板内壁钢板上。内圈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。 水平斜撑杆:为菱形支撑结构,杆端与内圈梁焊接连接成一体,水平撑杆上层由 2I32c 组成。 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。 横梁:横梁共计 2 排,均设在钢护筒顶,每排由 3 片贝雷梁组成。贝雷梁的作用是支承纵梁, 并将纵梁传递的荷载(通过护筒)传递至基桩。 纵梁:纵梁设置在贝雷梁上,共 6 排,由 2[36 组成。纵梁的作用是支承吊杆,并将吊杆荷载传 递给横梁。 吊杆:吊杆是由 φ32 mm 精轧螺纹粗钢筋及与之配套的连接器、螺帽组成,共 32 根吊杆,吊杆 下端固定到底板的托梁上,上端固定到吊挂系统的纵梁上。吊杆的作用是将吊箱自重及封底混凝土 的重量传给纵梁。 (3)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,仅就计算思路简单介绍,具体计算过程详见 《吊箱设计计算书》 。 荷载取值依据 由《公路桥涵设计通用规范》 (JTJ D60-2004)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+波浪力+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 10.3kN/㎡计,水压随高度按线性分布; 流水压力按提供的流速: V=1.09 m/s; 风速按 20 年一遇的最大风速:Fwh=0.83KN; 封底混凝土容重;γ=25kN/m3; 水的浮力:γ=10.3kN/m3; 封底混凝土与护筒之间的摩阻力取经验值 150KN/m2 计算内容 吊箱结构设计计算; 封底混凝土施工阶段计算;

抽水后吊箱计算。 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。 ① 底板主要承受封底混凝土重量和吊箱自重。荷载组合为混凝土自重+吊箱自重+浮力,此外, 还要对吊箱入水时底板受力情况进行复算。吊箱吊挂系统与底板一起进行验算。 ② 侧板以承受水平荷载为主,最不利受力工况为抽水阶段,侧板计算包括竖肋、水平加劲肋、 面板、竖肋拼接处及焊接的内力、变形及应力计算。另外,还要对吊箱逐层入水及承台施工等阶段 侧板受力情况进行复算。内支撑系统与侧板计算,在侧板验算的同时完成验算。 ③ 吊箱拼装下沉阶段主要与吊箱自重有关,以两层拼装完成下沉时为最不利进行计算控制,并 据此计算结果设计吊点、吊带。 ④ 抗浮计算分两个阶段:一个阶段是吊箱内抽完水后灌筑承台混凝土前,另一个阶段是浇筑完 承台且混凝土初凝前。 吊箱自重+封底混凝土重+粘结力(方向向下)>浮力 吊箱自重+承台混凝土重+封底混凝土重<粘结力+浮力(方向向上) ⑤ 封底混凝土强度验算:要验算封底混凝土周边悬臂时的拉应力和剪应力,以及中间封底混凝 土的拉应力和剪应力。 ⑥ 封底混凝土厚度计算,详见《封底混凝土厚度计算书》 (4)钢吊箱施工 吊箱拼装及下沉 底板: 底板:吊箱底板采用钢筋混凝土底板,自重 32.25t,在预制场预制,预制的底板根据护筒的中 心偏位和倾斜度开孔,并统一进行编号,以防错用。底板预制完成达到强度后吊运至存放区备用, 吊具使用自制的扁担梁,利用底板吊点预留孔进行吊装。 用大型运输车辆运输至码头,履带吊吊至驳船上。 侧板: 侧板:先将侧板按顺序提前吊放在驳船上利用浮吊吊安装下层侧板。将侧板吊装到位后,安装 外侧吊杆,利用吊杆通过反压牛腿将侧板固定,再安装上层侧板。安装侧板的关键是确保侧板的封 密性,拼缝间设置 10mm(压缩后为 3~4 mm)泡沫橡胶垫以防漏水。每块侧板焊缝均进行煤油渗透 试验。 内支撑: 内支撑:内圈梁直接焊在上下层的侧板上。在上下层侧板拼装完成后焊接内支撑斜撑梁。内圈 梁四个角要焊接固定。 吊箱下沉

吊箱下沉前需要做的准备工作:护筒顶面高程相同,吊箱拼装完成,吊具拼装完成。采用整体 一次吊装到位的方法。 围堰下放主要设施包括主吊具及辅助吊具。主吊具由主吊架和吊带组成,辅助吊具采用精轧螺 纹钢吊杆。 吊箱拼装完成后,浮吊吊起吊具至吊箱顶,将吊杆穿过吊架后并固定。事先将设计标高位置在 吊杆上标识,吊杆螺母安装到此位置即可。 吊箱与吊架连接好后,进行起吊,移动浮吊,将吊箱套入护筒至设计标高。 吊箱堵漏 护筒开口封堵板用橡胶皮带,将橡胶皮带分条用螺栓固定在圆形压板上。利用橡胶皮带的刚度 包紧护筒以达到封堵的目的。压板周围要设限位装置,以使能在平面位置做适当的滑动,以满足护 筒适量偏位的需要,保证封堵的效果。 灌注封底混凝土 封底混凝土的作用:一是利用封底混凝土与护筒之间的摩阻力作为平衡重的主体;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。 封底混凝土采用二次封底法,第一次封底厚度 1.20m(根据抽水水位的验算),待混凝土达到设计 强度后,进行箱内抽水,抽水时应限制抽水速度,密切观察套箱状况,以确保安全。抽水后,套箱 侧板拼缝处可能会有个别漏水处,要用棉纱或棉絮进行封堵处理。进行第二次封底,封底混凝土厚 度 0.30m 找平,以方便承台施工。 封底混凝土灌注是吊箱围堰施工成败的一大关键。主要难点是水下混凝土灌注面积大,而且水 位深,在吊箱混凝土封底中,采用单根导管的灌注方式,无法达到设想的效果,而混凝土随时可能 被水冲刷稀释而解散,质量难以保证。而且水位不稳定,为了保证混凝土质量,在施工中采取了以 下几点措施: ① 吊箱下沉前,用自行研制的大型圆筒形钢丝刷清除封底混凝土高度范围护筒表面氧化层及附 着物,确保封底混凝土与钢护筒间粘结力;吊箱定位后至水封前,每天测量其平面位置,观察吊箱 是否稳定。 ② 水封前逐一对 4 根护筒四周进行认真检查,以确保封底时围堰底板不漏混凝土。 ③提高封底混凝土坍落度及强度级别,将混凝土坍落度控制在 18~20cm,按 C30 配制,另外掺 加粉煤灰和高效缓凝型减水剂,提高混凝土的流动性和延长混凝土的初凝时间。 封底采用泵送混凝土法多点快速灌注,采用 3 排 5 根导管,4 个角各 1 根,吊箱中心 1 根。整 个封底利用 80 拌和站和 60 拌和站同时起动,每小时拌和混凝土能力为 140m3 左右。灌注过程中要

用垂球测量控制好混凝土顶面高度,尽量使混凝土顶面平整。在导管口设置平面振动器,在导管拔 出之前振动 1 分钟左右,再拔出导管,使导管内和其附近的混凝土均匀摊平,计划用 2 小时内灌注 结束。 混凝土运输采用混凝土罐车 6 台,采用混凝土输送泵和汽车泵各一部同时灌注。混凝土输送泵 的导管在移至新位置时,应插入水下混凝土内,并用自吸泵将导管内的水抽干,自行灌注混凝土, 以确保混凝土结合的良好性。 (根据计算首盘混凝土方量,加工大型储料斗,按水下混凝土灌注方法 进行封底施工;根据现场实际情况,为方便施工,混凝土灌注采用从下游端开始依次倒移向上游前 进施工)为了防止封底时吊箱内水位高于箱外水位,可预先在吊箱上节侧板(箱外水位处)开孔, 封底时排出箱内封底混凝土置换出的水量。吊箱内抽水时,用钢板封焊堵孔。 围堰封底混凝土厚度 1.4m,封底净面积 80.24m2,采用 C30 混凝土共计 112m3 。


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