深水基础无底钢套箱围堰施工工艺.doc

1无底钢套箱围堰施工工艺前言工艺工法概况桥梁深水基础的施工施工技术各有差异且各具特色无底钢套箱在深水低承台桩基础的施工中得到了广泛的应用工艺原理无底钢套箱相对有底钢套箱而言去掉了底板系统钢套箱侧面壁板直接插入河床并通过吸泥下沉至设计标高浇筑封底混凝土后使嵌入河床的钢套箱与河床共同组成封闭的临时隔水结构工艺工法特点无底钢套箱一般用于低桩承台施工此时水中钻孔桩施工已经完成可利用钻孔工作平台及钢护筒为无底钢套箱施工提供作业平台其结构构造简单下沉施工干扰小封底混凝土直接与河床接触套箱竖向受力小壁板重复利用率高无底钢套箱下沉定位难度大封底混凝土易漏失数量不确定套箱围堰需着床对河床表面的地质情况及大面平整要求较高适用范围无底钢套箱适用于水深以内河床易清淤吸泥河床覆盖软弱层较薄的低桩承台的施工主要技术标准铁路桥涵地基和基础设计规范铁路桥涵工程施工质量验收标准铁路桥涵施工规范铁路桥涵设计基本规范公路桥涵施工技术规范公路工程质量检验评定标准钢结构设计规范施工方法无底钢套箱与有底钢套箱的施工方法基本相同包括墩位组拼和场外组拼两种不同的是套箱定位后由大型起吊设备配合下沉套箱至床上并通过高压水破土吸泥机吸泥使套箱下沉至河床中的设计标高施工封底混凝土套箱内抽水机及内支撑安装施工承台混凝土工艺流程及操作要点施工工艺流程具体施工工艺流程见图图无底钢套箱围堰施工工艺流程图操作要点无底钢套箱的设计无底钢套箱围堰与有底钢套箱区别是无底钢套箱底部直接落在河床上无底套箱加工质量检查试拼套箱吊装就位准备起吊设备套箱下沉就位清基吸泥下沉围堰堵漏围堰内基地找平灌注封底混凝土抽水查堵漏洞内支撑安装清理基坑承台施工钢套箱主要结构由壁板外圈梁内支撑导向架组成根据结构尺寸水深及经济性确定单壁或双壁水文地质技术参数的选择水深以上河床为硬土卵石层或软质岩层采用钢管板桩围堰河滩浅基开挖不稳定土壤或在既有线旁开挖桥涵基坑采用钢筋混凝土围堰在水深以上深水基础时采用双壁钢围堰钢套箱壁板及加劲肋支撑系统技术参数的选择设计时按照抽水作平台时最不利工况计算分别进行受理参数计算最终选择壁板加劲肋支撑系统等围堰考虑在墩位拼装受起吊限制考虑分节分块拼装锚固定位系统的选择一般单壁钢套箱施工时钻孔桩钢管平台均为固定式因此钢套箱的定位均依靠钢管工作桩锚锭较为简单有以下两种定位方式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设置于其下部处的锚缆调整封底混凝土选择无底钢套箱封底混凝土选择原则是当围堰位于施工最高水位时围堰抽水后封底混凝土在浮力作用下不被破坏主要检算项目及方法无底钢套箱板入土深度确定及验算无底钢套箱壁板为单壁结构刚度较小靠自身入土较为困难而且入土过程要确保均匀下沉保证平面高差不超过围堰入土一般均要求围堰穿过覆盖层切入河床岩层围堰入土深度的计算原理是围堰加重大于围堰板壁覆盖层间摩阻力实际施工时入土主要靠在套箱外部采用长臂挖掘机进行挖砂套箱内采用抓斗进行水下捞砂再配合高压水泵冲砂入土下沉入土深度计算取决于围堰下沉力与摩阻力比值围堰下沉系数封底混凝土验算荷载取值式中水的容重计算水深混凝土容重封底混凝土厚度封底混凝土计算可取单元宽取高度去封底混凝土的计算厚度计算将该单元混凝土按连续梁模式用有限元分析方法得出封底混凝土最大弯矩根据弯矩验算封底混凝土拉剪应力应符合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钢套箱抗浮计算计算抗浮稳定性应考虑在计算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中封底混凝土与钢护筒握裹力握裹系数取钢套箱所受浮力安全系数取浮力计算时应注意浮力计算若扣除钢护筒排开水的体积产生的浮力这时不计算桩重和钢护筒重只计算封底混凝土与钢护筒握裹力若封底混凝土按安全面积计算算入但不计算封底混凝土与钢护筒握裹力但应对握裹力桩重和钢护筒重进行比较取最小值锚锭系统验算锚锭按水流力风力的最不利组合确定定向所需锚锭力钢套箱加工钢套箱壁板加工制造按照设计图纸在加工场加工成分块并进行编号加工精度要求根据套箱结构的受力要求保证每层水平肋板在同一高程很关键加工时其偏差不得大于保证在拼装阶段能够顺利对接每个壁板块段加工完成后均单独进行检验其加工精度要求如下表壁板加工精度序号项目允许偏差宽度方向尺寸壁板厚度外形对角线高度方向钢套箱内支撑系统加工制造根据现场的吊装能力对内支撑进行分块按照设计图纸在加工场加工成分块并进行编号加工精度根据内支撑结构的受力要求保证块之间顶底层内支撑钢管在同一高度很关键加工时其偏差不得大于保证在拼装阶段能够顺利对接每个内支撑块段加工完成后均单独进行检验其加工精度要求如下表内支撑加工精度序号项目允许偏差平面长宽尺寸高度方向尺寸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可以采用浮吊或缆索吊整体起吊在岸边组拼钢套箱气囊顶升后牵引下水或在岸边滑道上拼装钢套箱拼装完毕借助滑移设备滑移入水用推轮将钢套箱推至浮吊作业区然后用浮吊或缆索吊起吊钢套箱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可以在岸上分节组拼然后采用浮吊或缆索吊分节吊装钢套箱墩位处分块组拼利用现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再由起吊系统滑车组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水密试验钢套箱每个分块加工完成后应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围堰内侧焊缝刷上煤油等后察看围堰外侧是否有煤油痕迹试验检查不合格的部位应进行补焊并报告监理工程师补焊后还须进行复验合格后才能进入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密水性能钢套箱的测量放线用全站仪或经纬仪在平台上将该墩的纵横轴线放出并标示于作业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钢套箱下沉根据地质资料及实测情况探明淤泥的厚度为减少围堰着床后的吸泥工作量在围堰着床前可以先用挖泥船清淤待无底钢套箱着床后再用高压水管和吸泥机出土下沉无底钢套箱河床以下部分除土下沉的主要设备为吸泥机和与之配套的风压机当钢套箱围堰精密着床后即进行吸泥下沉当水深较小时用高压水破土砂石泵吸泥当水深较深时用高压水破土台空气吸泥机吸泥管径及台数根据土质情况确定后期当刃尖进入黏土层下沉较慢时增加钻吸机出土吸泥施工中因下沉系数太小自重下沉难的问题可在套箱的顶部采用多台千斤顶加载的方法助沉直至沉入需要的河床土层及标高吸泥时注意要由钢套箱的周边往中心均匀出土以使钢套箱围堰均匀下沉钢套箱下沉时的纠偏措施钢套箱下沉过程中要采用多次测量和系统比较的方法确定钢套箱的下沉情况测定节段基准点的坐标求得各轴线偏移底中心偏移刃脚高程扭角倾斜等钢套箱观测资料指导钢套箱接高下沉和纠偏的实施常用的纠偏方法有三种围堰内偏挖在刃脚较高一侧多挖土在围堰下沉的同时把倾斜纠正过来偏心压重在围堰顶面较高的一侧压重可利用钢轨进行悬吊压重以纠正其倾斜堰外挖土或填土在围堰较高的一侧挖土以减小摩擦力在低的一侧填土增加其摩擦力通过多次调整使围堰恢复到设计位置钢套箱的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设置于其下部处的锚缆调整无底钢套箱基底处理无底钢套箱河床清淤当钢套箱通过出土下沉至设计位置在进行封底混凝土前要用高压水管和吸泥机在钢套箱内侧彻底清除河床沉淀下的淤泥以免影响封底混凝土的质量钢套箱封底混凝土施工当河床基岩裸露高低不平时可对其进行二次封底第一次先找平再进行第二次浇注封底混凝土施工采用垂直导管法灌注水下混凝土一般情况下由于封底混凝土面积较大可以进行分仓分次灌注封底混凝土详见有底钢套箱施工工艺钢套箱抽水及内支撑安装已安装内支撑的整体吊装分节吊装钢套箱抽水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墩位处分块组拼的钢套箱抽水及内支撑安装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第二层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的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浮吊或缆索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其具体方法是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当切割完毕由潜水工再进行一次检查外壁板割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无底钢套箱围堰施工人员配备见表表无底钢套箱围堰施工所需劳动力序号工种人数序号工种人数技术员电工领工员电焊工起重工钳工潜水员船工测量工普工主要机具设备无底钢套箱围堰施工的顺利进行很大程度决定于施工机械的选择当决定选用何种机械时需考虑现场条件主要机械设备见表表无底钢套箱围堰施工机具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电焊机台汽车吊台顶杆自制支射水设备台交通船艘吸泥设备台抛锚船艘根据实际需要选用浮吊艘驳船艘拖船艘序号机械及设备名称规格及型号单位数量备注卷扬机滑车组数量根据需要确定千斤顶台数量根据需要确定质量控制易出现的质量问题在加工拼装过程中焊缝质量不合格钢套箱下沉过程中偏离设计值保证措施焊缝检验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查对钢吊箱下方吊点位置的受力焊缝应沿焊缝进行全长超声波探伤质量等级要求为级对加工件的各条焊缝要求进行密水试验常用的纠偏方法有三种围堰内偏挖在刃脚较高一侧多挖土在围堰下沉的同时把倾斜纠正过来偏心压重在围堰顶面较高的一侧压重可利用钢轨进行悬吊压重以纠正其倾斜堰外挖土或填土在围堰较高的一侧挖土以减小摩擦力在低的一侧填土增加其摩擦力通过多次调整使围堰恢复到设计位置安全措施主要安全风险分析现场大型设备操作使用过程中出现安全事故水上作业施工船舶作业通航时安全事故在施工过程中施工水域其他船舶通过时的安全事故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加强易燃易爆危险品管理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建立健全环境保护管理机构制定各项规章制度并加强监督和检查加强教育宣传工作提高全体职工的文明施工和环境保护意识减少施工中噪声和振动避免扰民采取有效措施防止机械用油施工和生活垃圾污染河水应用实例工程简介中铁一局福州湾边大桥墩位于主河槽河床覆盖层均为砂层套箱断面尺寸横向较承台外轮廓线大顶面标高控制在米根据施工期的水位变化情况可对顶面进行加高在洪水期能够施工为保证洪水期施工将迎水面的板块加固钢套箱长度适当加大套箱制作尺寸为米施工情况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按照预定工期完成了基础部分施工工程结果评价从技术角度讲无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无底钢套箱使用从一定程度了节约了施工成本建设效果及施工图片图钢套箱内支撑图钢套箱下沉