水下系梁施工技術(shù)

駱宏勛

(湖南省婁新高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司,湖南婁底 417000)

1 工程概況

資水大橋工程是婁新高速公路重點(diǎn)、控制性節(jié)點(diǎn)工程。資水大橋中心里程k75+822,該橋主橋跨越資水,橋位處水面寬約350m,常水位水深約6～12m。主橋上部結(jié)構(gòu)為48m+3×80m+48 m一聯(lián)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土變截面連續(xù)箱梁(分左、右幅),梁體為變高度箱形梁,預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)梁采用掛籃懸臂施工。

資江大橋5#～8#墩處于河道中,水中系梁長6.3 m,寬3m,高4 m,與直徑3.8 m過渡段樁基連接,形成整體結(jié)構(gòu)。系梁頂標(biāo)高為175.5m,系梁底標(biāo)高為171.5m。資江水位常年保持在175.0m左右,給施工帶來了諸多不便。水中系梁構(gòu)造見圖1。

2 方案比選

2.1 鋼吊箱圍堰施工方案

鋼吊箱是懸在水中的有底套箱圍堰,鑒于系梁混凝土方量大,鉆孔樁水中平臺雖可以作為承力點(diǎn),但在封底混凝土澆注前及拆除吊箱時(shí)均需要潛水員配合,且吊箱底板拼裝精度要求高,施工難度大。

圖1 水中系梁構(gòu)造圖(單位:cm)

2.2 鋼托箱圍堰施工方案

鋼托箱是支撐在托架上的有底套箱圍堰,由托架、縱梁、橫梁、底板、側(cè)板和內(nèi)支撐等組成,其中托架采用特制的鋼抱箍固定于鉆孔樁鋼護(hù)筒上。由于系梁較長,本方案投入材料較多,同樣底板拼裝精度要求較高,且安放鋼托架、封底混凝土澆注前及拆除托箱時(shí)均需要潛水員配合,施工難度大,工期較長。

2.3 傳統(tǒng)鋼套箱圍堰施工方案

采用單壁矩形無底鋼套箱圍堰,圍堰由4塊側(cè)板及內(nèi)支撐組成,側(cè)板間采用螺絲連接,本方案投入材料少,但同樣存在安裝、拆除時(shí)需要潛水員配合,施工成本較高。

2.4 H型輕型鋼套箱施工方案

H型輕型鋼套箱是對傳統(tǒng)套箱的改進(jìn),充分利用了鉆孔樁基的鋼護(hù)筒作為系梁的端模,系梁側(cè)模由兩塊側(cè)板通過內(nèi)撐拉體系連接,側(cè)模與端模之間通過橡膠止水帶密封。這樣在圍堰安裝、拆除時(shí)由現(xiàn)場普通工人就可完成,避免了外聘潛水員發(fā)生的費(fèi)用,施工成本較低,同時(shí)降低了施工難度,節(jié)約了施工時(shí)間,加快了施工進(jìn)度。

以上幾種方案從技術(shù)角度均可行,但根據(jù)本工程的實(shí)際情況,從施工成本、施工難度及施工進(jìn)度方面比選,前3種方案明顯施工成本高,施工難度大,工期長,因此采用H型輕型套箱進(jìn)行系梁施工。

3 套箱的設(shè)計(jì)與施工

資江大橋水中系梁套箱的設(shè)計(jì)從河水深度、河床地形、地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及易于操作性和經(jīng)濟(jì)等角度考慮,因地制宜,充分利用水中樁基的鋼護(hù)筒作為系梁的兩個(gè)端模。套箱側(cè)模采用單壁結(jié)構(gòu),由型鋼和鋼板焊制而成。側(cè)模的豎向加勁肋為2個(gè)20#槽鋼的組合,間距40 cm,橫向加勁肋為2個(gè)8#槽鋼(拼縫處采用20#槽鋼),間距50 cm。側(cè)模面板采用6 mm鋼板。套箱側(cè)模與端模(鋼護(hù)筒)之間連接采用5根JL32螺紋鋼筋對拉,套箱側(cè)模與端模(鋼護(hù)筒)接縫設(shè)橡膠止水帶以防漏水。止水帶為兩層膨脹橡膠中間夾一層硬橡膠板。見圖2。

圖2 系梁模板設(shè)計(jì)施工圖(單位:cm)

套箱內(nèi)加固由拉桿和撐桿組成,主要用來加強(qiáng)平衡施工期間套箱內(nèi)外壓力差。根據(jù)套箱在施工期間各個(gè)階段不同的受力狀況,有針對性地設(shè)置內(nèi)加固措施。第一階段(套箱拼裝就位階段),此時(shí)套箱內(nèi)外壓力差基本為零,不必設(shè)置內(nèi)加固,但為了便于后續(xù)施工,先在下節(jié)模板上設(shè)置拉桿。第二階段(套箱混凝土封底階段),由于混凝土比重大于水2倍多,因此在澆注封底混凝土?xí)r套箱的內(nèi)壓大于外壓,拉桿在此時(shí)將起到抵消內(nèi)壓作用,防止產(chǎn)生水底爆模事故。第三階段(套箱抽水),一旦封底完成并將套箱內(nèi)水抽干后,套箱內(nèi)外的水位差將達(dá)到3.5m左右,撐桿將起到防止模板擠壓變形的作用,為系梁施工提供一個(gè)安全的施工環(huán)境。拉桿采用JL32螺紋鋼筋,撐桿采用Φ150鋼管。

4 水中系梁混凝土施工

4.1 施工工藝及流程

水下系梁主要施工工藝見圖3。

圖3 水下系梁主要施工工藝

4.2 施工要點(diǎn)

4.2.1 系梁基底開挖

系梁施工在水中,且河床以漂石、礫石為主,沒有孤石等比較大的石塊,因此采用采砂船進(jìn)行系梁基底開挖。

在基底開挖過程中,開挖基底要比系梁設(shè)計(jì)底標(biāo)低1m,保證開挖基底平整。

4.2.2 鋼套箱加工、拼裝、運(yùn)輸

H型套箱由于其結(jié)構(gòu)簡單,重量輕,因此,在陸地上可一次拼裝成型,然后用駁船及浮吊配合,將套箱運(yùn)送至施工部位。

4.2.3 鋼套箱下沉

鋼套箱下沉分以下幾個(gè)步驟進(jìn)行:

1)復(fù)核測量河水深度和基底高度。

鋼套箱下沉傾斜與否和鋼套箱的制作和測量有直接關(guān)系,所以在套箱下沉之前,先對河水深度和河床標(biāo)高及河水流速要進(jìn)行復(fù)核測量,為了正確確定套箱四周每一面的河床基底變化,決定對套箱四周的每一側(cè)面按平均間隔分別測4個(gè)點(diǎn),并做詳細(xì)記錄,繪制河床斷面圖。對河水標(biāo)高及河水流速和每一點(diǎn)水面與河床的關(guān)系記錄準(zhǔn)確,為鋼套箱落底時(shí)可能出現(xiàn)的傾斜和鋼套箱的制作時(shí)所提前采取措施作為充分的數(shù)字依據(jù)。測量時(shí)所用的測量繩、錘球、要有足夠的重量,在測量時(shí)要保證不會因河水的流速影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確。

2)鋼套箱下沉、著床。

鋼套箱在陸地上組拼好后,通過運(yùn)輸船運(yùn)到施工部位,用浮吊慢慢將鋼套箱提起,慢慢下沉。下沉注意事項(xiàng):

a)套箱下沉就位工作應(yīng)盡量安排在水流較小的時(shí)間進(jìn)行。

b)套箱下沉前要再一次對墩位處的河床進(jìn)行一次全面的測量,根據(jù)測定情況,再次核實(shí)墩位處的河床至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

c)套箱著落河床高差較大時(shí),應(yīng)視情況拋小片石將河床找平,使套箱刃腳盡可能平衡著床。

d)套箱入水定位時(shí),應(yīng)注意觀測圍堰中線位置和套箱各點(diǎn)的標(biāo)高,以防套箱傾斜。

e)套箱精確定位后,并進(jìn)行跟蹤測量,使套箱精確快速地落入河床,套箱穩(wěn)定后通過調(diào)整JL32螺紋鋼筋來調(diào)整側(cè)模與端模之間接縫的緊密性。

4.2.4 鋼套箱外圍回填堵漏

因?yàn)樗邢盗洪_挖采用的是挖沙船作業(yè),因此其開挖面比較大,為保證套箱下沉后位置穩(wěn)定,且其韌腳與系梁基底之間的緊密性,保證系梁封底時(shí)混凝土不會外流,在鋼套箱下沉到位后,在套箱刃腳周圍回填卵石至河床面。

4.2.5 封底混凝土澆筑

鋼套箱沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高,套箱側(cè)模與端模(樁基鋼護(hù)筒)通過JLΦ32拉桿調(diào)整密實(shí)后,通過水下灌注的方式對系梁進(jìn)行封底。封底的過程中,要特別注意側(cè)模與端模接觸的4個(gè)角的混凝土的密實(shí)性。封底混凝土厚度為1 m,封底混凝土采用C50混凝土并加早強(qiáng)劑,保證封底混凝土40～60min達(dá)到要求強(qiáng)度。

4.2.6 端模(樁基鋼護(hù)筒)的切割、加固

系梁封底混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%且套箱沒有漏水情況后,方可對端模(樁基孔口鋼護(hù)筒)進(jìn)行切割、加固。

先對端模進(jìn)行加固,用Φ130的無縫鋼管事先焊接在要切割的鋼護(hù)筒的缺口處,根據(jù)切割高度按50 cm距離豎向布置。端模撐桿加固完畢后方可進(jìn)行鋼護(hù)筒的切割。在切割的過程中采取邊抽水邊切割的方法,以免套箱內(nèi)的水危及到施工人員的安全。

抽水前需根據(jù)套箱內(nèi)外水位差設(shè)置一定數(shù)量的內(nèi)撐,抽水過程中必須派專人負(fù)責(zé)監(jiān)視,一旦有滲水現(xiàn)象需立即采取措施進(jìn)行封堵。如遇到漲水時(shí),從安全角度考慮可采取回灌措施,以平衡套箱內(nèi)外壓力。

5 鋼筋制作與安裝

鋼筋主筋的加工制作應(yīng)在鋼筋房內(nèi)進(jìn)行,鋼筋焊接采用雙面搭接焊,焊縫長度大于5倍鋼筋直徑,下料時(shí)使接頭50%錯(cuò)開不小于35d且不小于50 cm,在焊接好的鋼筋上取樣,檢測焊接鋼筋的抗拉強(qiáng)度,如焊接質(zhì)量合格在工地現(xiàn)場綁扎,取樣所切斷鋼筋采用邦條焊接好,綁條焊為雙面邦雙面焊。

6 混凝土灌注

混凝土澆注的配合比控制:為保證配合比準(zhǔn)確,每一斗砂石材料均要嚴(yán)格稱量,細(xì)集料和粗集料要分開稱量,安排專人稱量并作好記錄。用水量的控制采用控制混凝土坍落度的方法控制。

混凝土采用HZW 25A強(qiáng)制式攪拌站拌制,輸送方式采用混凝土輸送泵送至系梁處進(jìn)行澆筑?；炷翝仓┕し椒?采用分層斜向澆筑,由于混凝土連續(xù)不斷供應(yīng),整個(gè)系梁體積混凝土只需5 h左右就能澆筑完畢,可不考慮初凝及重塑問題。但上層與下層前后澆筑距離應(yīng)保持在1.5m以上?；炷练謱訚仓穸炔灰颂?由于泵送混凝土的塌落度較大,澆筑厚度控制在50 cm左右,振動移動距離控制在50 cm以內(nèi)?；炷恋恼駬v方法采用階梯式接力方法進(jìn)行振搗。保證混凝土振搗密實(shí),待混凝土終凝后,讓其處于水中自然養(yǎng)護(hù)?；炷翍?yīng)一次連續(xù)澆筑完畢,若施工縫不可避免,應(yīng)按規(guī)范要求在施工縫上設(shè)置上下連接鋼筋,并將施工縫進(jìn)行鑿毛處理。

7 模板拆除

H型套箱的兩側(cè)模板是通過JL32鋼筋連接并固定,因此拆模時(shí)通過特定的裝置松開JL32鋼筋,模板可自動脫落。由于系梁單跨跨徑為6.3m,大于規(guī)范規(guī)定的4m跨徑,所以系梁混凝土強(qiáng)度必須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的75%以上,即在混凝土強(qiáng)度能承受其自重力及其他可能疊加荷載時(shí),方可拆除系梁模板。

8 結(jié)論

實(shí)踐證明資江大橋水中橋墩系梁采用簡易鋼套箱圍堰方式進(jìn)行混凝土施工是一種因地制宜行之有效的方法。改變了套箱各單元塊采用螺栓連接并大量需要潛水員配合作業(yè)的傳統(tǒng)施工方法,由此加快了施工進(jìn)度,降低了水下施工難度,節(jié)約了施工成本。

[1]JTJ 041-2O00,公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]蔡江帆,張應(yīng)波.大沙河橋水中系梁的施工[J].湖南交通科技,2002(1).