海上承臺混凝土套箱圍堰施工技術(shù)

1、前言

中鐵九局集團(tuán)有限公司承建的土建工程第五合同段壘長3km，施工地段平均海水深約5～6m，海床面下為層厚10m左右的淤泥，下層為3—5m的亞粘土。從施工可行性分析，承臺圍堰只能采用傳統(tǒng)的鋼吊箱圍堰。但由于海洋工程的特點，采用鋼吊箱圍堰進(jìn)行施工所需周期較長，另外投入資金較大，消耗成本也較高。經(jīng)過公司技術(shù)人員和專家多次研討，并與其他合同段及業(yè)主集思廣義，大膽探索，采用混凝土套箱圍堰的方案替代了傳統(tǒng)的鋼吊箱圍堰方案：混凝土套箱為在碼頭預(yù)制的有底箱式結(jié)構(gòu)，底板預(yù)留鋼護(hù)筒孔洞，在孔洞內(nèi)預(yù)設(shè)止水氣囊，在混凝土套箱上安設(shè)吊架，用浮吊吊裝混凝土套箱，通過吊架吊掛在鋼護(hù)筒頂?；炷撂紫渚臀缓?，在護(hù)筒上焊接反壓牛腿，防止套箱止水后上浮，向止水氣囊內(nèi)注水堵塞底板和護(hù)筒之間的空隙，之后抽水形成干施工條件，再用連接板將護(hù)筒和混凝土套箱連接為整體完成受力轉(zhuǎn)換，即可拆除護(hù)簡，進(jìn)行正常的承臺施工。

2、施工原理

混凝土套箱的施工設(shè)計是通過分析套箱在海水中承受的靜水壓力、浮力、水流力、波浪力、風(fēng)荷載以及澆注承臺混凝土?xí)r產(chǎn)生的側(cè)壓力等作用力的作用下既能保證套箱結(jié)構(gòu)的安壘性和整體穩(wěn)定性同時又要保證有效隔離海水不能對承臺和墩柱施工過程中的鋼筋和混凝土造成腐蝕的情況下進(jìn)行的。主要工藝原理是，先預(yù)制砼套箱以及加工與砼套箱頂部連接的鋼結(jié)構(gòu)防浪板形成帶有鉆孔樁鋼護(hù)筒預(yù)留孔的筒式結(jié)構(gòu)，在預(yù)留孔洞內(nèi)安設(shè)高壓氣囊，利用浮吊將帶有吊架的混凝土套箱懸吊在鋼護(hù)筒頂上。套箱調(diào)整到設(shè)計位置后，焊接反壓牛腿防止套箱止水后上浮.之后往氣囊內(nèi)充水止水，將套箱內(nèi)外的海水隔離，之后抽除套箱內(nèi)的海水以形成干施工作業(yè)環(huán)境。再用高強膨脹砂漿填堵在氣囊上面，確保不漏水的同時保護(hù)氣囊不被后續(xù)焊接施工的焊渣燒壞，然后在此環(huán)境中焊接砼套箱承受全部外力作用的套箱和護(hù)筒之間的連接板，完成受力體系轉(zhuǎn)換，拆除吊架和反壓牛腿，進(jìn)行正常的承臺施工。

3、施工流程及要點

3.1總體程序和步驟

施工流程：套箱和防浪板的預(yù)制組裝一套箱裝船出運一起重船就位吊裝、套箱調(diào)位一安裝反壓牛腿一混凝土套箱止水膠囊覓水一套箱內(nèi)抽水一焊接連接板一拆除套箱臨時固定完成體系轉(zhuǎn)換一承臺、墩柱施工一拆除防浪板

3.2砼套箱的預(yù)制及安裝

3.2.1砼套箱鋼筋、預(yù)埋件施工

根據(jù)實測的鋼護(hù)筒位置確定柱孔預(yù)留位置，樁位數(shù)據(jù)由測量組提供，技術(shù)部繪制放樣圖紙下發(fā)給現(xiàn)場技術(shù)員，指導(dǎo)作業(yè)隊放樣。鋼筋統(tǒng)一在后場基地下料，運往現(xiàn)場綁扎?，F(xiàn)場在放樣的區(qū)域進(jìn)行鋼筋的綁扎順序：底扳放線→綁扎底板下層鋼筋→墊底板保護(hù)層墊塊→綁底板上層筋→綁扎側(cè)壁鋼筋→墊側(cè)板保護(hù)層墊塊。在鋼筋綁扎的過程中適時進(jìn)行底板錨板、側(cè)板頂面螺栓的埋設(shè)。

3.2.2砼套箱模板安裝與拆除

(1)、混凝土套箱模板結(jié)構(gòu)設(shè)計；

混凝土套箱模板由外模、內(nèi)模、底板預(yù)留孔模組成。

(2)、模板安裝方法和步驟簡介

用50t履帶吊將單塊模板安裝到放樣線位置，先安裝外模，安裝固定四塊外模的豎向連接螺栓，將整體尺寸調(diào)整好后，焊接外模底部的限位加固設(shè)施；然后安裝4個預(yù)留孔的模板，再安裝內(nèi)模，檢查、調(diào)整內(nèi)模尺寸后，最后在內(nèi)外模頂口用圓鋼拉桿拉緊，進(jìn)行內(nèi)模的加固。模板的拆除順序與安裝順序相反。

3.2.3砼套箱混凝土澆筑與養(yǎng)護(hù)

(1)、混凝土套箱的澆注

混凝土由后場拌和站提供，混凝土罐車運輸，汽車泵泵送入模，砼套箱的配合比采用與承臺一樣的配合比。先澆筑底板的混凝土，澆注時坍落度控制在14～15cm，底板澆注完成后靜停2個小時，之后澆注側(cè)板混凝土。在澆筑側(cè)板混凝土?xí)r期由于側(cè)板壁很薄，為方便下料及振搗，在澆筑側(cè)板混凝土?xí)r控制在18～20cm。側(cè)板混凝土分層澆筑分層振搗，四個方向的側(cè)板均勻布料澆筑。

(2)、混凝土套箱的養(yǎng)護(hù)

為縮短養(yǎng)護(hù)時間，保證混凝土套箱的預(yù)制和吊裝進(jìn)度，套箱養(yǎng)護(hù)主要采用蒸汽養(yǎng)護(hù)的方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。蒸汽養(yǎng)護(hù)可使混凝土在較高溫度和濕度條件下，迅速達(dá)到所要求的強度。蒸汽養(yǎng)護(hù)主要依靠2T的柴油蒸汽鍋爐進(jìn)行，預(yù)先鋪設(shè)好管道。養(yǎng)護(hù)時用壁厚10cm的臨時板房將拆完模板的圍堰罩在里面，每個圍堰養(yǎng)護(hù)結(jié)束后板房進(jìn)行周轉(zhuǎn)使用。

3.2.4砼套箱止水膠囊安裝

經(jīng)檢驗合格的防浪板，運往混凝土套箱預(yù)制平臺，分塊安裝到混凝土套箱側(cè)板的頂面，安裝前在防浪板底面粘貼4cm厚防水橡膠條，緊固連接螺栓后，4cm厚防水橡膠壓縮為2cm厚。

止水氣囊的安裝由氣囊提供廠家指導(dǎo)自行安裝。

接、氣囊安裝完畢

3.2.5吊架的掛設(shè)與調(diào)整

在混凝土套籍達(dá)到吊裝強度后，開始安裝吊桿和吊架，在安裝的過程中根據(jù)實測數(shù)據(jù)微調(diào)吊桿的長度，以確定吊架擱放在鋼護(hù)筒上后，可以滿足混凝土套箱在設(shè)計的標(biāo)高位置。

3.2.6套箱的下放安裝

200t浮吊提起套箱吊裝鋼繩稍微施力，解除套箱與運輸駁船之間的臨時固定約束，之后浮吊施力將套箱吊起，通過專職指揮和吊裝工的觀察、指揮浮吊臂桿轉(zhuǎn)動、變幅，牽動纜風(fēng)繩，使套箱底部高于鋼護(hù)筒頂1～1.5m左右(安全高度)，同時使每個混凝土底板預(yù)留孔基本上對準(zhǔn)每根鋼護(hù)筒，然后緩緩地、勻速下放套箱。套箱吊架支撐到鋼護(hù)筒頂上后，測量人員立即用全站儀觀測套箱的偏位情況，隨時將結(jié)果報給指揮人員，以指揮浮吊的各項操作。

放、套箱下放完畢

3.2.7套箱位置平面位置調(diào)整

套箱平面位置調(diào)整，通過在混凝土套箱與鋼護(hù)筒之間的調(diào)位千斤頂進(jìn)行，在套箱粗定位完成后，選擇潮位低于+Om的時安放8個10t的千斤頂進(jìn)行精確調(diào)位，測量人員在海上測量平臺上觀測，指揮套箱的調(diào)位。

3.2.8反壓牛腿焊接

套箱平面位置確定后，在鋼護(hù)筒上焊接反壓牛腿反壓在防浪板頂部，防止在止水后套箱在浮力的作用下上浮，每根鋼護(hù)筒上焊接兩個反壓牛腿，共計8個，在高潮位時，單個反壓牛腿受載約25噸，根據(jù)計算反壓牛腿采用21工25b或2232a材料加工制作，長度90cm，并焊接2[14a斜撐，注意反壓牛腿必須壓在防浪板豎向通長的[16a上。

3.2.9氣囊充氣止水

反壓牛腿焊接完畢后，盡量選擇在低潮位進(jìn)行氣囊充氣止水，將氣囊的氣悶管與空壓機(jī)氣管對接后，開動空壓機(jī)對氣囊充氣，依次完成4個氣囊的充氣。氣囊充氣應(yīng)由有施工經(jīng)驗的操作人員完成，對氣囊的充氣量進(jìn)行估計，防止充氣過多導(dǎo)致氣囊爆裂。

3.2.10套箱內(nèi)抽水、砂漿二次封堵間隙

在氣囊止水完成后，利用4臺抽水泵在1個小時內(nèi)將套箱內(nèi)的水抽千，提供干作業(yè)環(huán)境。抽水時選擇好時機(jī)，在潮水到達(dá)最低潮時完成抽水，隨后用事先拌制好的膨脹砂漿將鋼護(hù)筒與底板之間的間隙封堵，確保套箱內(nèi)不漏水。

3.2.11鋼護(hù)筒與底板預(yù)埋件焊接

在完成砂漿封堵后，立即將鋼護(hù)筒與混凝土底板固定，利用下料好的厚20mm連接鋼板將鋼護(hù)筒與混凝土底部上的預(yù)埋件焊接，單根鋼護(hù)筒需焊接16塊連接鋼板，4根共計64塊，焊接工作量較大，配備4臺電焊機(jī)同時焊接?，F(xiàn)場技術(shù)員需對焊接質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格檢查，焊縫高度不小于鋼護(hù)筒壁厚(14mm)，確保焊接質(zhì)量。

3.2.12調(diào)位千斤頂、吊架拆除

鋼護(hù)筒與底板預(yù)埋件焊接固定后，可拆除平面調(diào)位千斤頂；鋼護(hù)筒頂上的反壓牛腿、吊架，套箱的重量由鋼護(hù)筒與底板的連接鋼板傳遞給鋼護(hù)筒，完成受力體系轉(zhuǎn)換。

3.2.13套箱側(cè)壁粘貼泡沫板、止水條

為防止混凝土套箱側(cè)板在承臺混凝土的側(cè)壓力下開裂，在混凝土套箱側(cè)板內(nèi)壁除粘貼止水條的位置粘貼2cm厚的泡沫板；為防止海水從泡沫板滲入已澆筑的承臺混凝土內(nèi)，在距套箱側(cè)板頂面5cm位置的內(nèi)壁四周粘貼2×3cm的遇水膨脹止水條?；炷撂紫鋬?nèi)清理干凈后，鋼筋綁扎前，可開始套箱側(cè)壁泡沫板、止水條的粘貼，為保證施工質(zhì)量，泡沫板、止水條以及粘貼膠水，均選用業(yè)主指定的產(chǎn)品。

3.2.14防浪板拆除

考慮到承臺表面需進(jìn)行防腐涂裝以及墩身施工，防浪板的拆除安排在首節(jié)墩身施工完畢后拆除，在有多功能作業(yè)船駐位時，考慮其吊裝高度及吊裝重量，擬定將防浪板分成四塊拆除。當(dāng)有大型浮吊駐位在旁邊時，擬定整體拆除方案，整體拆除時，需利用吊架(重約2t)輔助拆除，單個防浪板重約14.1t，可利用150t浮吊的小鉤進(jìn)行整體拆除。

3.2.15混凝土套箱頂面、承臺頂面修復(fù)

在防浪板拆除后，選擇低潮水位，人員上到承臺頂面，利用專用扳手將混凝土套箱側(cè)板頂面預(yù)埋的圓臺螺母擰出，回收后清點數(shù)量統(tǒng)一交回混凝土套箱預(yù)制單位周轉(zhuǎn)使用；填與承臺同標(biāo)號的混凝土砂漿，防止海水腐蝕混凝土套籍鋼筋。

4、質(zhì)量控制

1、混凝土套箱預(yù)制前應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實測樁位確定底板預(yù)留孔位置，以便減少安裝時的軸線誤差。

2、混凝土套箱為承臺的防腐起決定性作用，應(yīng)按照永久工程考慮，預(yù)制時注意混凝土的施工質(zhì)量控制，必須接照報批的海工混凝土進(jìn)行施工。

3、防浪板與混凝土套箱采用M30圓臺螺母連接，預(yù)置時應(yīng)保證位置準(zhǔn)確，拆除后對套箱上的外漏部位進(jìn)行防腐處理。

4、混凝土套箱安裝前應(yīng)將鋼護(hù)筒標(biāo)高找平，誤羞±5mm內(nèi)，別于套箱的底板標(biāo)高控制。

5、混凝土套箱的施工要點是止水膠囊止水，吊裝前確僳護(hù)筒上無突出鐵件，下放套箱時應(yīng)盡量避免止水膠囊的刮碰。

6、混凝土套箱安裝時，應(yīng)確保與護(hù)筒連接的連接板焊縫質(zhì)量，嚴(yán)格按照《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行控制。

5、海上混凝土套箱圍堰特點及應(yīng)用范圍

5.1特點

1.單個承臺的有效施工時間從25天縮短到8天，大大加快了承臺的施工速度，為完成整個大橋工程施工速度提供了有力的保證，

2.承臺混凝土澆筑后，承臺混凝土與套箱混凝土結(jié)為一體，混凝土套箱相當(dāng)于承臺的保護(hù)套，承臺混凝土側(cè)表面不需再進(jìn)行防腐涂裝施工，避免了防腐涂裝施工程序，即減少了施工成本，又節(jié)省的施工工期；

3.不需進(jìn)行水下混凝土封底、承臺模板安裝。套箱拆除等工序，避開了這些工序施工諸多的質(zhì)量、安全風(fēng)險(如封底失效，漏水及安壘方面的風(fēng)險)，有利于施工的安全開展和有效控制，確保質(zhì)量和工期，特別是對大量的海上承臺施工有相當(dāng)大的優(yōu)勢，對整個大橋的質(zhì)量和安全提供有力的保障；

4.混凝土套箱的預(yù)制可實現(xiàn)工廠化施工和管理，海上混凝土套箱安裝工序看似繁多，但較為簡單，容易控制，相對于有底或無底圍堰的施工需進(jìn)行封底施工、承臺模板安裝等繁瑣工序來說要簡單得多，這也有利于現(xiàn)場的施工管理，質(zhì)量控制。

5.混凝土套箱在碼頭預(yù)制，可批量生產(chǎn)，增加投人以加快施工進(jìn)度的效果較采用封底或無底鮒圍堰工藝施工的明顯。

6.混凝土套箱的預(yù)制及安裝在資金使用上是逐步投入

5.2應(yīng)用范圍

本工法適用于深水中的橋梁承臺施工。

6、結(jié)語

海上混凝土套箱圍堰的成功設(shè)計研究及應(yīng)用，為青島海灣大橋的順利建設(shè)起了很大的作用，取得了顯著的效果，帶來了較大的經(jīng)濟(jì)效益，它所有帶來社會效益更是無法估量。充分將大橋的建設(shè)理念及工程人創(chuàng)新精神體現(xiàn)出來。