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大型钢吊箱围堰在承台施工中的应用


 文章编号: 0451- 0712 ( 2004) 04- 0056- 05    中图分类号: U 445. 559    文献标识码: B

1 工程概况

珠江特大桥是广州市南部地区快速路上跨珠江 主航道的一座特大桥, 桥跨布置为: 6 ×30 m 简支小 箱梁+ 3× 45 m T 梁 + ( 138 m + 250 m + 138 m ) 连 续刚构+ 4×45 m T 梁, 为双幅双向八车道。其中主 桥连续刚构部分 11 号、 号墩处于深水中, 设计有 12
24 根桩径为 215 m 的钻孔灌注桩, 桩顶以上设整体

2. 2 设计计算

2. 2. 1 计算依据

大型浮吊一次性吊装就位的施工方法; 施工时间在 8 月份, 设计最高水位+ 715 m , 最低水位+ 415 m , 即围堰最大吃水深 415 m , 最小吃水深 115 m 。 11 号、 号主墩承台大体积混凝土分 2 次浇 12 筑, 第一次浇筑高度为 2 m , 1 40814 m 3; 第二次浇筑 高度为 3 m , 2 11216 m 3。
收稿日期: 2003- 12- 01

式大型高桩承台, 承台尺寸为长 3519 m ×宽2016 m ×高 5 m , 上下游设椭圆形迎水面, 承台采用 C 40 混 凝土, 方量为 3 521 m 3。 处于深水中的高桩承台采用大型钢吊箱围堰防 水作模, 绑扎承台钢箱, 按大体积混凝土施工方法 浇筑。
2 大型钢吊箱围堰施工设计 2. 1 设计条件与施工方法

钢吊箱围堰的平面内净尺寸与承台设计尺寸相 同, 即长 3519 m ×宽 2016 m ×高 5 m , 不封底, 吊箱 围堰兼作防水模板用。 为确保工期, 在主墩桩基施工的同时, 钢吊箱围 堰采取工厂制造, 珠江岸边组拼, 然后浮运到位, 由

 公路 2004 年 4 月 第 4 期                          H IGHW A Y  A p r12004 N o 14   

大型钢吊箱围堰在承台施工中的应用
叶 李
( 中铁大桥局集团三公司 广州市 510800)

  摘 要: 介绍 300 t 大型钢吊箱围堰在珠江特大桥深水高桩承台施工中的应用。

  关键词: 深水高桩承台; 大型钢吊箱围堰; 水下不分散混凝土; 堵漏; 大体积混凝土施工

( 1) 珠江特大桥 11 号、 号墩承台设计图; 12

( 2) 钢结构设计手册 ( GB 17- 88) ; ( 3) 公路桥涵设计通用规范 (J TJ 021- 89) ; ( 4) 公路桥涵钢 结 构 及 木 结 构 设 计 规 范 (J TJ

025- 86) 。

2. 2. 2 计算工况

工 况 一: 钢 吊 箱 围 堰 吊 装 就 位, 围 堰 堵 漏 完 毕并抽 干水, 处于设计最高水位。 吊箱围堰 荷 载 包括: ( 1) 吊箱围堰自重 350 t; ( 2) 水头高度产生的侧压力 763 t; ( 3) 上浮力 2 537 t; ( 4) 流水压力 11 t。 工况二: 浇筑完承台第一次混凝土后, 处于设计 最低水位。 吊箱承受的主要荷载有: ( 1) 吊箱围堰自重 350 t; ( 2) 水头高度产生的侧压力 85 t; ( 3) 上浮力 846 t; ( 4) 2 m 厚混凝土自重 3 521 t;
( 5) 混凝土浇筑时产生的侧压力 407 t; ( 6) 流水压力 410 t。

按以上 2 种工况, 分别对吊箱围堰底板、 侧板、 内支撑及吊挂系统等利用 SA P 2000 程序建模电算, 经优化后完成钢吊箱围堰设计。 2. 3 钢吊箱围堰设计组成 钢吊箱围堰由侧板、 底板、 内支撑及吊挂系统等 4 大部分组成, 设计总重 350 t, 一次性吊装重量为
300 t。 钢吊箱围堰设计见图 1 所示。 2. 3. 1 侧板和底板

 2004 年 第 4 期           叶 李: 大型钢吊箱围堰在承台施工中的应用

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图 1 钢吊箱围堰设计

  侧板和底板由 6 mm 厚面板、 100 等边角钢小 L 肋及 T 形截面大肋组成; 底板上设置 4 个汇水井, 在侧板的低潮水位位置设一个连通管口, 以利围堰 内抽水及保持内外水头平衡。 2. 3. 2 内支撑 围堰内空间支撑主要由 <152 mm × 10 mm 吊 管及新制联接角钢杆件桁架组成, 它将底板、 侧板与 吊挂系统主要由围堰挑梁及预埋立柱组成, 两 者间通过环箍连接固定。 ( 1 ) 挑梁采用腹板为 1 176 mm × 10 mm 、 翼缘 板为 700 mm × 10 mm 的箱形截面, 沿围堰长边布 置 4 道; 为了大吨位吊船一次性吊装围堰就位的需 要, 在挑梁上焊接 8 个吊耳, 并在吊点两挑梁间设置 水平 K 撑。 ( 2) 预埋立柱采用格构式缀板拉压柱, 截面外轮 廓尺寸为 1 306 mm ×694 mm , 事先预埋于 24 根钻 孔灌注桩桩顶。
3 大型钢吊箱围堰的施工 3. 1 钢吊箱围堰的制造

( 1) 侧模按直线段分 8 块、 椭圆曲线段每边分 2

块加工制作, 并预拼编号。 ( 2) 底模根据进料尺寸、 加工制作方便及设计要 求等分 12 块加工制作, 并预拼编号。 底模在桩基位置处要开洞设导向喇叭口, 开洞 位置按照施工现场准确测设的直径为 217 m 的钢 护筒的实际位置及倾斜数据, 并预留 12 cm 富余量, 以利套箱整体顺利下放。 ( 3) 所有模板均做好编号, 并标明上、 下游及方

吊挂系统的挑梁连接在一起, 最终将荷载通过挑梁 传到桩顶预埋立柱上, 由桩基承载。
2. 3. 3 吊挂系统

向, 以便围堰精确组拼及准确吊装。 ( 4) 吊挂系统的预埋立柱部分先行制作, 在桩基施 工平台拆除前预埋完成。要求 24 根预埋立柱顶面处于 同一高程, 顶面标高误差允许值为: + 0, - 20 mm ; 平面位置误差允许值为: ±10 mm 。 ( 5) 内支撑与侧模配套加工, 以确保结构尺寸及

必要的加工拼装精度。 ( 6) 吊挂系统挑梁上 8 个吊耳在工厂制作, 运到 工地在组拼好的挑梁上就地精确放线焊接安装。
3. 2 钢吊箱围堰的组拼安装 3. 2. 1 组拼

在工厂加工预拼好的钢围堰, 按标识编号分块 运至码头处组拼。 在组拼场地支垫位置上先组拼底 模, 再组拼侧模及内支撑, 最后组拼吊挂系统。
3. 2. 2 钢套箱制造拼装时的防漏工作 ( 1) 底板。

钢吊箱围堰按施工设计图进行加工制造, 作为 承台模板, 必须保证加工制作精度。 执行公路桥涵施 工技术规范对钢模板的相关规定。 钢围堰制造分块 进行。

分块拼焊在现场完成, 焊缝检查合格后, 用加热 后的沥青油膏覆盖焊缝。

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              公  路                 2004 年 第 4 期  继续下放围堰, 直至钢围堰下放到位并准确固定; ( 4) 通过将围堰挑梁支承于预埋立柱上并用环箍 锁死固定套箱, 最后解除吊船吊钩, 完成钢围堰下放。
3. 3. 2 吊装注意事项 ( 1 ) 采用 500 t 吊船双主钩与钢套箱上 8 吊点

( 2) 侧模与底板接缝。

长圆形螺栓孔栓接时, 加垫垫板覆盖螺栓孔; 同 时, 浇注沥青防渗水。 侧模与底板接缝间加垫泡沫橡胶皮, 胶皮上下 表面热敷沥青, 并从 6 mm 厚压缩至 2 mm , 同时, 对 接缝内外侧浇注沥青油膏后, 用塑料薄膜覆盖, 再用 纤维胶带包裹完成。 ( 3) 侧模与侧模之间接缝。 处理方法与 “侧模与底板” 接缝防漏方法一样, 但注意内表面要保证大面平整度。 3. 2. 3 吊装与安装精度 对组拼完的钢套箱进行全面检查, 检查结构尺 寸、 偏扭情况、 倾斜度及接缝严密情况等, 并填写检 查表, 签认合格后方准进行吊装工作。 制作安装精度要求: 结构尺寸±20 mm ; 中线偏 差为 10 mm ; 倾斜度偏差为 011% 。 3. 3 钢吊箱围堰的吊装 11 号、 号墩钢吊箱围堰采用大型浮吊直接吊 12
单位: mm

顺利下放完成一次性吊装的要求。 ( 2) 钢吊箱围堰吊装方向为上下游向, 即沿围堰 长边方向 ( 横桥向) 吊装。 吊装时机选择在高潮平潮 期, 并实施航道交通管制, 以确保吊装期间的安全。 ( 3 ) 吊装前, 做好各项准备工作, 包括成立吊装指 挥协调小组、 组拼钢围堰及墩位处符合吊装要求、 海事 局航道交通管制、 吊装下放后的后续工作准备等。 ( 4) 吊装时, 经吊船方与施工方联合检查, 确认 准予起吊后双方书面签认正式起吊。 吊装作业期间, 警戒船现场警戒, 严禁无关船舶进入作业区。 ( 5 ) 钢吊箱围堰下放精确定位是一项耐心细致 的工作, 要求反复测量反复调整, 直至精度满足规范 规定 为 止。 钢 套 箱 吊 装 精 度 要 求 为: 平 面 尺 寸 ±30 mm ; 轴线偏位 15 mm 。 3. 3. 3 钢吊箱围堰吊装测量方案 ( 1) 控制围堰位置, 测量方法是根据钻孔桩的实 际位置, 将钢吊箱围堰放置到接近设计高程后调整 平面位置后再固定围堰。 ( 2) 平面位置测量控制方法是利用 TC1610 全站 仪置镜测量控制点测角测距, 将所测出的围堰沿桥轴 ) 线方向 A 、 点及法线方向上下游 C、 点的角度 ( Η B D 和距离 (L ) , 用极坐标法计算出 X i、 i (X i = co sΗ L ; × Y × Y i = sin Η L ) ; 再根据中心坐标 X 、 和实测 4 个点 Y 坐标计算 L 1 = [ (X i - X ) 2 + ( Y i - Y ) 2 ] 1 2 的尺寸, 用 钢卷尺检测各细部尺寸。 如果计算出的 L 1 和丈量各 细部尺寸超出施工规范规定时, 应重新调整围堰平面 尺寸; 调整位置后, 用同样的方法检测各项尺寸, 直至 围堰平面位置尺寸满足规范要求为止, 见图 3 所示。 ( 3 ) 经测量, 定位精度是: 平面尺寸为- 2. 4 cm , + 3. 0 cm ; 轴线偏位10 mm ; 满足设计要求。 3. 4 钢吊箱围堰吊装完成后的堵漏工作 钢吊箱围堰精确定位后, 通过受力转换吊挂于 预埋立柱上固定, 此时围堰内部与珠江水连通, 需堵 漏抽干水, 在无水环境中施工承台。 所以, 堵漏将直 接关系到钢吊箱围堰施工的成败。

放就位的方法, 此法简便易行, 节省工期, 较适用于 珠江无大风大浪的水域环境, 见图 2 所示。

图 2 吊箱吊装

3. 3. 1 吊装步骤

( 1) 利用 500 t 吊船于组拼码头处吊起钢围堰,

经绞锚绳及拖轮拖拉运至墩位旁; ( 2) 吊起围堰后先由绞锚绳及拖轮初步定位, 使

底板上 24 个喇叭口套入 24 根钢护筒并逐步下放; ( 3) 通过调节吊船与钢围堰间连接钢丝绳松放及

微调绞锚绳等手段, 辅助测量精确定位的微调工作并

用 4 条 <78 mm ×44 m 钢丝绳连接起来, 当扒杆倾 角处于 50° 时主钩跨度为 26126 m , 吊高为 3510 m , 吊重 352 t, 满足在组拼码头处吊起钢围堰并在墩旁

 2004 年 第 4 期           叶 李: 大型钢吊箱围堰在承台施工中的应用

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蛇皮袋包装并在水下连续解包倾倒的办法填充缝 隙。 由于不分散混凝土为特殊配方, 水下不会 “洗 澡”且能自密实, 满足人工倾倒操作要求。 , ( 4) 不分散混凝土用料中掺加高性能硅灰, 可保 证早期强度要求; 掺加 UW B 速凝剂可确保混凝土 水下不 “洗澡”并自动流淌密实; 每立方混凝土用料 , 为: 3215 (R ) 普通硅酸盐水泥 740 kg; 中砂 548 kg; 粒 径 小 于 20 mm 石 子 822 kg; 硅 灰 40 kg; 井 水
247 kg; UW B 速凝剂 13 kg。 ( 5) 不分散混凝土填充缝隙完成 3 d 后, 封堵好 11 号、12 号 主 墩 承 台, C 40 混 凝 土 方 量 达

单位: mm

图 3 测量控制点布置

下放就位锁定位置的钢围堰堵漏工作, 包括围 堰底板 24 个喇叭口与 24 根桩基钢护筒之间的缝隙 及局部渗漏的处理等。 围堰喇叭口与钢护筒之间的缝隙处理见图 4 所 示, 处理步骤如下:

围堰侧模上连通水管口, 开始抽出围堰内存水。 抽干 水后检查封堵情况, 经一个高水位后所有堵漏部位 无一处漏水, 堵漏效果较好。 ( 6) 在喇叭口顶封堵混凝土面处焊钢板封口, 完

成钢吊箱围堰的主要堵漏工作。 3. 4. 4 局部渗漏的处理 待底模喇叭口缝隙堵住后, 若发现钢围堰侧板、 底板还有漏水情况时, 采用堵漏灵等进行局部封堵。
3. 4. 5 钢围堰底板顶面的处理

由于钢围堰底板内侧纵横交错布置有加劲肋, T 形截面肋 ( 高 30 cm ) 顶面正好处于承台底面标高 + 3. 0 m 的位置, 所以采取在底模上先抛洒碎石, 而 后在其上铺装 5 10 cm 厚砂浆找平, 以填充底板加 ~ 劲肋间隙并形成基坑底面。
4 大体积混凝土承台施工

3 521 m 3 , 按大体积混凝土的施工方法施工。

图 4 喇叭口结构

钢围堰堵漏完成后, 围堰内抽干水并进行处理, 经检查合格后, 可进行承台钢筋绑扎、 混凝土浇筑 施工。    4. 1 钢筋连接方式 承台受力钢筋连接采用镦粗直螺纹连接接头形 式, 按设计要求, 接头应按接头数量的 50% 错开布置。
4. 2 冷却方式

( 1) 在低潮水位时, 用布袋水泥肠堵缝, 再填水

下不分散细石混凝土封堵; 抽干水后, 焊钢板封口。 ( 2) 布袋水泥肠由布袋内装入水泥及砂 ( 按 5 ∶ 2 比例调配) , 根据每个喇叭口与钢护筒实测缝隙的 大小制作, 并要求将底部一圈缝隙封堵住。 ( 3) 布袋水泥肠以上约 45 cm 部分采取人工填 充水下不分散细石混凝土, 要求混凝土与钢护筒间 的粘结力不小于 1 M Pa, 3 d 强度不低于 20 M Pa。 每处缝隙用不分散细石混凝土约 310 m 3 , 采取

采用循环冷却水管按承台混凝土分 2 次浇筑的 要求布置, 共计 5 层黑铁管作冷却管, 管内通循环江 水以降低混凝土内外温差, 使用完后管内注浆封闭。 4. 3 承台混凝土浇筑与养护 承台 C 40 混凝土每 m 3 材料用量为: 32. 5 (R ) 水泥 364 kg; 砂 663 kg; 石 1 081 kg; 级粉煤灰 122 kg; 井水 170 kg; 柯杰 KJ - 5RL 为 水泥用量的 2% 。

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              公  路                 2004 年 第 4 期  凝土内外温差不超过 25 ℃, 在混凝土表面铺盖草 袋, 并洒水保持草袋湿润, 对混凝土进行保温、 保湿 养护。 ( 4) 循环水冷却措施。 对预埋冷却管中通循环江 水, 达到混凝土内部散热的目的; 根据测温数据及循 环降温, 要求出水口流量不小于 20 L m in。 ( 5) 混凝土测温措施。 在承台混凝土内布置 4 个 测温孔, 孔内沿高度方向布置测温点进行温度监测, 从混凝土浇筑开始, 每 2 h 测 1 次, 8 d 后每 4 h 测 1 次, 连续监测 14 d; 根据监测数据, 再采取必要的防 裂措施。
5 结语 ( 1 ) 一次性吊装重 300 t 的大型钢吊箱围堰防

承 台 混 凝 土 分 2 次 浇 筑, 采 用 南、北 两 岸 1 500 L 混凝土搅拌站及商品混凝土同时供应, 布置 3 台 HB T 75C 混凝土泵车, 实际供应能力大约在
70 m 3 h 左右。

混凝土施工采取全断面薄层 ( 30 40 cm 厚) 逐 ~ 层覆盖浇筑, 确保在先浇层混凝土重塑时间 ( 约5 h ) 前完成后一层混凝土浇筑。 混凝土采用插入式振动棒振捣。 因混凝土中掺 入大量粉煤灰, 且泵送坍落度大, 为防止粉煤灰浆分 离, 振捣器选用低频型的。 因承台分层浇筑, 在浇筑振捣时会产生泌水现 象, 从而形成 “汇水坑”在不扰动已浇混凝土的前提 , 下, 用潜水泵或人工的方法将水排出。 大体积泵送混凝土表面水泥浆较厚, 为防止混 凝土表面出现收缩裂缝, 人工及时收浆。 收浆后用麻 袋覆盖, 并充分浇循环水实行保温保湿养护。 4. 4 混凝土温度控制及防裂措施 ( 1) 降低混凝土原材料温度。 首先水泥应仓库存放以降温, 罐车装运低温水 泥进入施工现场使用; 粗骨料配料前进行降温处理, 采取喷水雾、 遮盖 等办法; 拌和水采取在储水池内加入冰块、 搭蓬遮盖等 措施。 ( 2) 泵送管降温。 混凝土泵送过程中, 对泵送管 道进行覆盖, 适时浇水湿润降温。 ( 3) 混凝土保温、 保湿养护。 为了控制大体积混

水作模, 在珠江特大桥主墩承台施工中获得成功, 为 今后类似工程提供了可借鉴的经验。 ( 2) 不封底, 吊装条件又许可而采用钢围堰内净 尺寸与承台设计尺寸相同; 采取钢围堰先分块工厂 制造再运至下江码头组拼, 待主墩桩基施工完成后 即吊装; 这样做即经济又快捷, 在工期要求极其紧张 的工程中是必要也是合理的。 ( 3) 由于一次性吊装重量较大, 巨大的尺寸也使 得钢围堰是庞然大物, 这就要求有配套吊装的大吨 位吊船来实现, 因而也受吊船控制, 在方案可操作性 上需提早定论而后实施。 ( 4 ) 采用水下不分散细石混凝土堵漏技术是成 功的, 其他结构水下混凝土的堵漏可参照应用。

Appl ica tion of Large Steel Suspen sion - Box Cofferdam to Bear ing Pla tform Con struction
YE L i
( T he 3th Eng ineering Com pany, Ch ina Zhongtie M ajo r B ridge Engineering Group Co. L td, Guangzhou 510800, Ch ina. )

p la tfo rm suppo rted on p iles in deep w a ter is p resen ted in th is p ap er.

cofferdam ; non 2sca t tered concrete in w a ter; sea ling leakage; m ess concrete con st ruct ion.

Abstract: T he app lica t ion of 300 t steel su sp en sion 2box cofferdam to the con st ruct ion of h igh bea ring Key words: h igh bea ring p la tfo rm suppo rted on p iles in deep w a ter; la rge steel su sp en sion 2box


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