高桩承台钢套箱围堰施工工艺.doc

1有底钢套箱围堰施工工艺工法前言工艺工法概况有底钢套箱又名钢吊箱是为深水高桩承台施工而设计的临时隔水结构在大跨深水桥梁的基础施工中得到广泛的应用工艺原理有底钢套箱是通过套箱侧板和底板上的封底混凝土围水为高桩承台施工提供无水的施工环境工艺特点有底钢套箱与无底钢套箱相比受水深的影响相对较小水流阻力小利于通航材料用量少施工工期短施工难度小且利用护筒及其它措施定位较为容易定位精度高封底混凝土受底板约束质量易于保证数量准确套箱悬挂于支撑系统上不接触河床避免了河床高低不平的影响适用范围适合于高桩承台或承台下为较厚的软弱土层且水深流急时多采用有底钢套箱作为支撑防水结构来进行深水基础施工主要技术标准公路桥涵施工技术规范铁路桥涵施工规范铁路桥涵工程施工质量验收标准城市桥梁工程施工与质量验收标准钢结构设计规范施工方法有底钢套箱一般均采用先桩后围堰施工方法围堰的安装主要有墩位组拼和场外组拼两种墩位组拼采用在岸上加工场分块加工驳船运输至墩位处浮吊或其他吊装设备分块吊安组拼成整体后分节段下沉就位底板封堵清理灌注封底混2凝土抽水体系受力转换承台混凝土施工场外组拼采用在岸上加工场分块加工并组拼成节段然后整体或分节段拖运至墩位处下沉就位底板封堵清理灌注封底混凝土抽水体系受力转换承台混凝土施工工艺流程及操作要点施工工艺流程有底钢套箱主要有墩位组拼和场外组拼两种其施工工艺如下图施工工艺流程图操作要点有底钢套箱设计水文地质技术参数的选择当承台地面距河床面较高或承台以下为较厚的软弱土层且水深流急时目前多采用有底钢套箱作为防水措施来进行深水基础施工墩位处安装拼装平台安装底板壁板安装内支撑水平定位系统及导向系统的安装钢套箱整体下放吊箱平面纠偏及竖向锁定封底混凝土浇注承台混凝土浇注桩抽水内支撑安装钢套箱加工质量检查3钢套箱壁板及加劲肋底板支撑系统技术参数的选择钢套箱壁板结构技术参数按最不利受力状态计算选取壁板计算荷载为静水压力和动水压力及风力沿围堰高度将侧板取出单位水平环体进行受力反洗壁板可以看作是由加劲肋支撑的多跨连续梁根据壁板的计算可确定竖向加劲肋间距地板主要承受恒载灌注封底混凝土重量底板由底板底板吊梁底板加劲肋构成底板一般为钢板吊梁和加劲肋根据计算布设内支撑系统计算与围堰板计算相关所以在侧板验算的同时完成内支撑的计算锚锭系统的选择由于有底套箱是在钻孔灌注桩完成后的后续工序只是承台施工的挡水结构它在定位导向和施工期的稳定都依托于已成群桩在套箱下沉就位时的导向定位依靠围堰自身的结构设计只在水流较急的施工水域下沉时设置纠偏缆但仅用于少量的调整封底混凝土选择封底混凝土的选择条件为吊箱抽水后再高潮位时的抗浮稳定性验算主要验算项目及验算方法当吊箱结构尺寸拟定后根据施工时节段分析进行结构设计验算计算内容主要有吊箱拼装下沉计算吊箱结构设计计算封底混凝土施工节段计算抽水后吊箱抗浮计算钢套箱壁板及加劲肋验算壁板承受水平荷载其最不利工况为抽水施工阶段取此工况受力荷载组合进行壁板计算其受力荷载组合为风力静水压力动水压力波浪力荷载计算时壁板可看作由加劲肋角钢支撑的多跨连续梁荷载为均布水压力按塑性结构分析则计算弯矩取选定钢板厚度按公式即可确定竖向加劲肋间距壁板水平肋的间距布置用以确定加劲肋规格底板主要承受灌注封底混凝土恒载和吊箱静载最不利受力工况为封底混凝土灌注阶段底板荷载4式中混凝土浮容重混凝土灌注高度单位面积底板重量底板结构布置为格构形式根据格构布置底板可按双向板两端简支两端固定计算底板梁计算按底板吊杆的设计进行验算支撑及悬吊系统计算内支撑系统与套箱侧板计算相关计算思路为作用在两水平横肋之间的力按简支计算得出支座反力作用在竖向大肋上再根据拟定的内支撑的布置进行验算悬吊系统以承受竖向荷载为主分两种工况进行验算起吊下放是悬吊系统构件计算计算方法同常规钢结构计算承担灌注的封底混凝土重量利用有限元分析各吊杆的受力确定吊杆规格封底混凝土验算封底混凝土强度计算荷载取值式中水的容重计算水深混凝土的容重封底混凝土厚度考虑波浪力作用将封底混凝土按连续梁模式采用有限元分析方法来计算封底混凝土的拉剪应力检验其是否符合相关要求拉应力验算式中封底混凝土容许弯矩封底混凝土容许拉应力5封底混凝土计算弯矩剪应力验算式中封底混凝土剪力封底混凝土剪切面积容许剪应力吊箱在最低水位条件下沿桩身下滑的简算式中钢套箱自重内支撑自重封底混凝土重承台自重钢吊箱所受浮力浮力计算扣出钢护筒排开水的体积产生的浮力封底混凝土握裹力握裹系数去安全系数取钢套箱抗浮计算计算抗浮稳定性应考虑在最高水位条件下的浮力式中钢套箱自重内支撑自重封底混凝土重封底混凝土握裹力握裹系数取钢吊箱所受浮力浮力计算扣出钢护筒排出水的体积产生的浮力安全系数取钢套箱加工制造总体要求及精度控制加工制造用的钢材应满足以下要求钢应符合现行国家标准碳素结构钢的规定钢应符合现行国家标准低合金结构钢的规定钢套箱加工选用的焊条焊丝必须符合现行国家标准焊缝检验焊缝高度的检验焊缝尺寸允许偏差应符合钢结构工程施工质量验收规范的规定检验方法用焊缝量规检查外观检验所有焊缝均应冷却后进行外观检查并填写检查记录所有焊6缝不得有裂纹未熔台焊瘤夹渣未填满及漏焊等缺陷不得有外观检查不合格的焊接件在未返修合格前不得进入下一道工序内部质量检验对钢吊箱下放吊点位置的受力焊缝应沿焊缝进行全长超声波探伤对在现场施焊的壁板与底板底板防撞桁架以及内支撑之间的焊缝进行全长超声波探伤检测检验不合格件在未返修合格前不得进入下一道工序表加工精度控制序号项目允许偏差外形平面尺寸偏差内口平面尺寸偏差外形对角线尺寸偏差内口对角线尺寸偏差壁板倾斜度壁板面板平整度高度偏差拼装完成后吊箱轴线偏差钢套箱整体吊装分节吊装钢套箱整体吊装当钢套箱平面尺寸较小重量较轻时采用在岸上加工场分块加工然后组拼成整体整体吊装至墩位下沉就位钢套箱分节吊装当钢套箱整体重量较重高度较高时根据吊装设备的允许吊装重量可以在岸上分块加工分节组拼然后分节吊装钢套箱拼装根据拼装钢套箱时下方支撑形式的不同钢套箱墩位处分块组拼有两种形式利用已有墩位钻孔平台作为拼装钢套箱时的支撑在墩位平台上拼装钢套箱接高钻孔灌注桩钢护筒在其顶面设起吊分配梁起吊钢套箱并将钢套箱临时吊挂于钢护筒支撑牛腿上拆除墩位平台解除临时吊挂将钢套箱缓缓下沉就位然后转换吊点由多根吊杆将钢套箱吊挂于钢护筒支撑钢牛腿上以钻孔灌注桩钢护筒为拼装钢套箱时的支撑在钻孔灌注桩钢护简上同一水平高度焊接承重牛腿在牛腿上放置钢套箱底梁然后在底梁上铺设钢套箱底板将侧板在底板上拼装成箱体也可在牛腿上搭设平台由驳船将块件运至平台上拼装在钢护筒顶面设千斤顶支架由千斤顶起吊钢套箱割除牛腿下沉7钢套箱此法不需要大型起吊设备起吊时受周围环境的影响相对较小钢套箱水密试验钢套箱每个分块加工完成后应对焊缝进行煤油渗透试验即用刷子在焊缝两侧刷上石灰水待其干后在套箱内侧焊缝刷上煤油等后察看套箱外侧是否有煤油渗透痕迹试验检查不合格的部位应进行补焊补焊后还须进行复验钢套箱壁板在现场拼装完成为整体后对现场拼装焊缝同样要求进行煤油渗透试验保证套箱壁板整体水密性能良好钢套箱测量放线用全站仪在平台上将该墩的纵横轴线放出并标示于平台上在钢套箱的外壁板上标示出钢套箱的中心线下放过程中严格控制壁板中心与平台上标示的纵横轴线对齐钢套箱下沉缆索吊机辅助下沉采用缆索吊机时不歪拉斜吊不准在重物上重物下站人与吊运无关人员隔离索道以外吊离地面停留经检查无异常情况进行起运当运至墩位停留待停止摆动徐徐下降对位后入水浮吊辅助下沉钢围堰在工厂制作好后拖运至施工现场然后用驳船运至桥墩位置水域根据设计的吊点用浮吊直接起吊钢套箱下沉就位将钢套箱吊挂于钢护筒顶部所设钢牛腿上墩位作业平台上简易设备链条葫芦铰车等辅助下沉当为中小型钢套箱时可以将在岸上分块加工的钢套箱运至墩位作业平台上组拼在钻孔钢护筒上设起吊分配梁起吊钢套箱并将钢套箱临时悬挂于钢护简支撑牛腿上拆除墩位平台解除临时吊挂由起吊滑车组将钢套箱缓缓下沉就位然后转换吊点由多根吊杆将钢套箱吊挂于钢护筒支撑钢牛腿上钢套箱下沉时的纠偏措施有底钢套箱下沉时由于底板上在钢护筒位置处均设有开孔底部平面位置8能够得到控制下沉过程中控制的主要是顶面平面位置因此可以用设于平台上的链条葫芦等简易设备通过系于钢套箱四周的拉环通过不断的调整对钢套箱进行纠偏钢套箱定位水流流速较小时的简易定位措施根据水流速度计算水流冲击力在钻孔平台每边钢管支撑桩上设置倒链葫芦钢套箱边下沉边用倒链葫芦调整以调整好套箱水平位置水流流速较大时的定位措施当水流流速较大时水面以上的水平定位可以用设置于钻孔平台钢管支撑桩上的倒链葫芦对钢套箱进行水平纠偏水面以下钢套箱底部的定位则通过倒向滑车将钢丝绳一端系于钢套箱底部的拉环上一端系于平台横梁上的倒链葫芦通过倒链葫芦进行调整钢套箱底部处理钢套箱底板在每个护筒周围均开有孔以便于钢套箱的下放所开孔于护筒之间存在较大的孔隙当钢套箱下放到位后需采用措施将该部分孔隙封堵防止在浇注封底混凝土的过程中出现漏混凝土的现象底板封堵技术属于钢套箱施工关键技术之一是后继施工顺利进行的重要保证钢套箱封底混凝土施工封底平台的设计封底平台作为承台封底施工的结构设施其布置原则如下需保持封底混凝土施工的方便性和安全性充分利用内支撑及钢护筒作为支撑保证结构可靠经济兼顾考虑导管的布设便于各区域周转封底平台的主梁根据检算结果采用型钢制成并在钢护筒顶面及内支撑顶面进行搭设再采用小型型钢将主梁连接成整体并在其上铺设木板形成平台自流平混凝土的设计9为减少导管点的布设和增大混凝土的流动性使封底混凝土表面平整均匀需进行自流平混凝土的设计采用双掺技术增大砂率增加胶凝材料用量使配置的混凝土具有很好的和易性和流动性具有自流平自密实的特点具体性能指标要求如下强度不小于设计强度坍落度可以根据需要选定初凝时间不小于通过计算所得的混凝土最终浇注完成需要的时间强度不小于强度的导管的布设封底混凝土的浇注方式通常有全高度方向斜面推进和全平面整体均匀抬高浇注两种方式导管的布置以上述其中一种方式为原则进行布置导管的布置原则导管远离护筒以上避免混凝土直接冲击封堵板确保护筒周围混凝土厚度导管布置半径以此确定导管的数量导管的转移每根导管口浇注到设计高程后根据封底混凝土浇注顶高程情况转移至较低位置导管底口距离混凝土顶面按照首批混凝土浇注要求进行导管二次封口混凝土浇注首盘封底混凝土的浇注首盘混凝土封口前用测锤从导管内测出导管下口与套箱底板的距离调整为左右首盘混凝土采用大料斗首先通过导管旁大料斗将导管上方小料斗装满混凝土关闭大料斗阀门开始在大料斗内注满混凝土大料斗快装满混凝土时打开大料斗阀门同时打开小料斗阀门泵管不断放料完成首盘封底混凝土浇注封底混凝土下放完后要求导管埋深在导管口及附近布设测点及时测量其埋深与流动范围正常浇注混凝土首盘封底成功后即进入正常浇注阶段此时可将大料斗提走直接采用小料斗或导管直接浇注混凝土10为保证导管出口有一定的埋深在混凝土浇注顺利时尽量不提升导管需要提导管时采用浮吊或缆吊慢慢提升提升高度控制在导管底口在混凝土面以下提升点处的混凝土高度要勤量勤测杜绝提漏导管的现象发生严格以实际测量深度为提管依据浇注位置混凝土高度达到设计要求后根据监测结果将导管移至需浇注位置进行循环施工封底混凝土高程的控制为控制混凝土的浇注高度同时掌握混凝土的扩散情况为导管移位提供依据浇注过程中必须加强监测根据套箱的封底面积确定测点位置测点布置要保证每根导管和护筒附近布设测点同时对套箱边角位置布置测点测锤采用钢板焊接成三角锥形测绳使用前要在水中浸泡校核其长度混凝土浇注前沿测点逐点量测初始长度并在平台固定位置做出标记测出平台高程作为控制封底混凝土顶面高程的依据混凝土的顶面控制在距封底混凝土顶面设计高程以下处以上部分作为垫层混凝土钢套箱抽水及内支撑安装对于已安装内支撑的整体吊装分节吊装的钢套箱当封底混凝土强度达到设计强度后即可封闭钢套箱上所设的连通管进行抽水施工若在承台施工中内支撑对其有碍则需对内支撑进行置换一般在钢套箱设计时内支撑要略高于承台顶左右尽量避开承台位置对于墩位处分块组拼的钢套箱当封底混凝土强度达到设计强度后即可封闭钢套箱上所设的连通管进行抽水施工根据钢套箱内支撑的设计位置可以将底层的内支撑用钢丝绳先下沉至封底混凝土上并将钢丝绳引出然后抽水当抽水至第一层内支撑时停止抽水安装第一层内支撑接着抽水安装内支撑直至内支撑安装完毕将套箱内水抽干进行承台施工钢套箱拆除在桥墩灌注出水面后钢套箱在承台顶面以上部分可拆除回收根据11吊机的起吊重量可分段切割后整体吊出或分块切割解体起吊拆除先拆除套箱内外相干的物件凿开吊耳眼孔由潜水工在外壁板用潜水氧电弧切割作业来实现每切割一段潜水工用检查工具自作环形铅筵检查一遍检查是否割通当切割完毕由潜水工再进行一次检查外壁板剖缝确认无一漏割后再由潜水工挂好吊钩待潜水工及设备撤离安全地点后全面进行水域检查确认无一障碍后起吊运至岸上当套箱较小时在套箱加工时可在承台顶面以上位置处分节此处采用螺栓连接拆除时由潜水工拧掉螺栓即可劳动力组织人员配备见表表所需劳动力序号作业组主要作业内容人数技术员技工普工技术组施工技术指导试验组各种材料试验作业组钢套箱拼装混凝土施工钢筋组钢筋加工制作模型组钢套箱加工制作潜水员潜水割除主要机具设备所需机具设备见表表钢套箱制作机械及设备表序号机械及设备名称规格及型号单位数量备注等离子切割机台根据工程量大小确定电焊机台根据工程量大小确定汽车吊台根据工程量大小确定带链滑车台顶杆自制支起道机或弯轨器台氧气瓶个根据工程量大小确定乙炔瓶个根据工程量大小确定12表潜水设备浅水作业序号机械设备及名称规格及型号单位数量备注手压空压机台超过为深水作业应配备医疗和减压设备潜水空气压缩机台潜水服套救生服套水下通风设备轻潜设备套扩音电话部高压胶管表水下切割设备序号机械设备及名称规格及型号单位数量备注直流弧焊机台带有弧焊发电机河北电焊机厂石板闸额定电压个天津低压电器厂氧电弧切割水炬空心切割条根据实际需要确定氧气瓶根据实际需要确定氧压表支柳州自动化仪表厂电缆根据实际需要确定胶管根据实际需要确定电焊墨镜付橡皮手套绝缘付表水上施工设备序号名称规格型号能力单位数量备注交通船艘根据实际需要选用打桩船艘根据实际需要选用抛锚艇艘根据实际需要选用振动沉桩机台根据实际需要选用浮吊艘根据实际需要选用驳船艘根据实际需要选用拖轮艘根据实际需要选用13注采用缆索吊的主要设备详见缆索吊机相关设计图纸栈桥钻机平台的施工设备见相关章节质量控制易出现的质量问题有底钢围堰施工过程中易出现的质量问题是在钢围堰加工以及钢围堰下水拼装连接过程中焊缝质量问题保证措施外观检验所有焊缝均应冷却后进行外观检查并填写检查记录所有焊缝不得有裂纹未熔合焊瘤夹渣未填满及漏焊等缺陷不得有外观检查不合格的焊接件在未返修合格前不得进人下一道工序内部质量检验对钢吊箱下放吊点位置的受力焊缝应沿焊缝进行全长超声波探伤对在现场施焊的壁板与底板底板防撞桁架以及内支撑之间的焊缝进行全长超声波探伤检测检验不合格件在未返修合格前不得进人下一道工序对加工件的各条焊缝要进行密水试验安全措施主要安全风险分析有底钢围堰主要在水深较大的高墩施工中水上安全管理是施工的主要风险因素洪水潮汐潜水员安全涌水等保证措施施工现场内的管理人员特种作业人员必须持证上岗对电工焊工塔吊起重工等工人还要进行培训考核要求持相关证件上岗大型浮吊缆索吊等专用设备操作应按安全作业规程严格进行上岗前必须经过专门培训考核合格后方可上岗对安全设施设备防护用品等要严格进行检查验收加强现场安全管理施工现场的布置须符合防火防爆防高温防雷电防风防雾防坠江等安全规定和文明施工要求危险地点悬挂安全警示标志14加强易燃易爆危险品管理各类机械设备严格按有关操作规程进行操作严禁违禁操作和超负荷运转加强施工期间水上安全管理施工船舶包括交通船运料船应办理签证是施工船舶在港内航行和作业应实行定期签证未办理签证的船舶不准航行和作业严格遵守水上交通安全管理制定施工船舶安全管理并严格执行加强施工船舶的安全检查环保措施靠近生活水源的施工用沟壕或堤坝同生活水源隔开避免污染生活水源施工废水生活污水按有关要求进行处理不得直接排入农田河流和渠道清洗骨料的水和其它施工废水采取过滤沉淀或其它方法处理后方可排放以此避免污染河道和周围环境施工机械的废油废水采用隔油池等有效措施加以处理不得超标排放生活污水采取二级生化或化粪池等措施进行净化处理经检查符合标准后方准排放在农田区施工时对既有的排灌系统加以保护必要时修建临时水渠水管等保证排灌系统的完整性应用实例工程简介中铁一局兰渝项目渠江桥号号主桥墩基础采用根的钻孔灌注桩横桥向排纵桥向排成矩形布置纵间跨为横间距桥轴线两侧为其余为桩长承台设计为高桩承台承台尺寸为长宽高承台施工采用钢吊箱围堰的方法施工吊箱为圆端形单壁结构吊箱高13m自重310t施工情况15钢吊箱实施过程中环节多控制点多通过实施前的各种计算模拟及严格的现场监控实施仅仅用天就完成了超大型钢吊箱的接高下沉工作施工速度属于国内领先水平工程结果评价从技术角度讲有底钢套箱的设计与施工技术已趋于成熟从经济角度讲与其他施工方法比较有底钢套箱使用材料最为节省因此国内外桥梁深水基础高桩承台的施工绝大多数采用了有底钢套箱的施工方法建设效果及施工图片图钢套箱底板图吊装底板图测板安装图围堰内施工