淺析鋼套箱圍堰中幾點(diǎn)施工技術(shù)

李益

【摘要】 鋼套箱圍堰技術(shù)是水中承臺(tái)施工的關(guān)鍵技術(shù)，本文結(jié)合實(shí)際工程環(huán)境對(duì)水中鋼套箱圍堰施工技術(shù)中的平臺(tái)搭設(shè)及封底混凝土經(jīng)濟(jì)厚度進(jìn)行分析，總結(jié)幾點(diǎn)施工技術(shù)方法以供大家借鑒和參考。

【關(guān)鍵詞】 鋼套箱圍堰 棧橋 鋼平臺(tái) 封底 施工技術(shù)

1 工程概況

福建某跨江大橋，瀕臨入海口，起訖樁號(hào)為K9+267～K10+078，路線總長(zhǎng)為811m。主橋采用雙塔雙索面混合梁斜拉橋，主跨徑組合為135m+300m+135m=570m，組合梁斜拉橋主跨300m。主墩4#、5#兩個(gè)承臺(tái)為啞鈴型，承臺(tái)平面尺寸為28.6m×17.2m+9m×21.5m+28.6m×17.2m，厚度為6m，單承臺(tái)C40海工混凝土數(shù)量約為7064m3，鋼筋1072t。

2 棧橋施工

該項(xiàng)目位于主航道上，施工期間不斷航，所以棧橋不能拉通架設(shè)，左右岸分別沿橋向左側(cè)架設(shè)棧橋及承臺(tái)施工平臺(tái)，棧橋?qū)挾?m，使用凈寬6.83m，荷載按公路一級(jí)設(shè)計(jì)，主要用于建筑輔材、鋼筋及混凝土運(yùn)輸?shù)取ｄ摪鍢恫捎肣235?800×8mm，間距為4m，縱向跨度15m，每5跨布置6根板凳式橋墩，采用150T浮吊，DZ90型振動(dòng)錘振動(dòng)施工鋼板樁到設(shè)計(jì)標(biāo)高，樁間采用?320×6mm鋼管連接以增加棧橋整體穩(wěn)定性。棧橋自下而上為樁頂橫梁、貝雷梁、次梁、面板。面板采用倒扣[25a，橫橋向間距30cm；沿縱橋向鋪設(shè)I16次梁（分配梁）間距75cm；“321”貝雷梁架設(shè)在樁頂橫梁上，樁頂橫梁采用2I56a，長(zhǎng)9m。施工完成后再安裝1.2m高欄桿，欄桿內(nèi)側(cè)布置水管、通訊和電線槽等，邊線與橋梁投影間距為3m。為滿足溫度收縮要求，每105m設(shè)置溫度收縮縫一道。

3 鋼平臺(tái)搭設(shè)

該項(xiàng)目采用樁基施工鋼平臺(tái)兼做套箱圍堰底板這一特殊設(shè)計(jì)，既能縮短工期又減少投入。在承臺(tái)樁基兩側(cè)橫橋向搭設(shè)兩榀棧橋作為樁基鋼板樁施工先期平臺(tái)，布置一臺(tái)80噸龍門吊進(jìn)行樁基平臺(tái)施工，龍門吊寬40m，高28m。該項(xiàng)目樁基全部為水下鉆孔灌注樁，鋼護(hù)筒采用龍門吊配合DZ180型振動(dòng)錘進(jìn)行施工，利用大跨度桁架式雙層導(dǎo)向架進(jìn)行護(hù)筒導(dǎo)向定位，鋼護(hù)筒分兩節(jié)下沉，第二節(jié)頂上15m范圍采用鋼護(hù)筒專門定制帶肋鋼板直接螺旋卷成鋼護(hù)筒，鋼板厚度25mm，鋼板采用Q345C鋼，內(nèi)側(cè)肋條肋高不小于2.5mm，肋距不大于40mm，肋條與水平線夾角不大于40度。護(hù)筒外側(cè)在設(shè)計(jì)封底段上下各延伸50cm范圍內(nèi)焊制鋼肋條，肋距間距控制在10cm內(nèi)，肋條與水平線夾角不大于40度，帶肋護(hù)筒可以有效增加封底混凝土握裹力。插打結(jié)束后進(jìn)行平臺(tái)上部施工，在鋼護(hù)筒下方焊接?630×6mm鋼管上下平面支撐系統(tǒng)，雙拼32槽鋼和20槽鋼作為剪刀撐，鉆孔平臺(tái)上部結(jié)構(gòu)有主龍骨、次龍骨、面板加勁肋，綜合統(tǒng)籌后期鋼套箱功能，利用樁基平臺(tái)兼做套箱圍堰底板。

3 封底混凝土厚度計(jì)算

封底混凝土是承臺(tái)進(jìn)行干施工的關(guān)鍵工序，既要滿足施工要求又要節(jié)省投入，節(jié)約資源，控制工期。該項(xiàng)目樁徑2.8m，中心間距5m，34根樁基。承臺(tái)底高程-1.5m，海床泥面標(biāo)高-7.6m，4-6月最大潮水位3.5m，最低-1.5m。全年平均高潮位2.8m，平均低潮位-1.4m，平均流速1.5-2m/s，低潮位時(shí)為半露水承臺(tái)，可以作為最經(jīng)濟(jì)封底混凝土厚度研究對(duì)象，從業(yè)主投資、措施費(fèi)控制及施工難度方面都能起到很好的參考作用，相比深水承臺(tái)更容易優(yōu)化施工方案。

為避開(kāi)臺(tái)風(fēng)期，鋼套箱下沉及封底混凝土施工時(shí)間安排在4-6月，承臺(tái)施工安排在5-8月。參考蘇通大橋鋼護(hù)筒和混凝土握裹力實(shí)驗(yàn)研究，考慮帶肋鋼板護(hù)筒握裹力較普通鋼板增加，綜合考慮握裹力取值160KN/m2（小于C20極限彎曲抗拉強(qiáng)度，滿足橋涵混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范）；但施工期間鋼護(hù)筒長(zhǎng)期受海水浸泡，封底之前派潛水員對(duì)握裹部分進(jìn)行清洗和鋼刷。本例基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：海水γ水=10.25KN/m3，封底素混凝土γ素砼=23KN/m3，承臺(tái)混凝土γ臺(tái)砼=25KN/m3，鋼套箱自重約14000KN，承臺(tái)底面積1177.34m2，扣除34根鋼護(hù)筒面積216.79m2，封底混凝土凈面積960.55m2，鋼套箱外圍直徑2.850m，單根鋼護(hù)筒外圍周長(zhǎng)3.14×2.85=8.95m，浪高按0.5m計(jì)。

3.1 工況分析求解最佳封底混凝土厚度

1） 第一次封底混凝土澆筑后，吊箱抗浮穩(wěn)定性計(jì)算，高潮位時(shí)，吊箱存在上浮可能（此時(shí)不計(jì)算懸吊系統(tǒng)和反壓系統(tǒng)受力），假設(shè)封底混凝土厚度為H1，總封底厚度加20cm抹平層，鋼套箱自重GW1=14000KN，封底混凝土重量GF1=23×H1×960.55KN，套箱受到浮力F浮1={4.0-（-1.5-H1-0.2）}×10.25×960.55KN，鋼護(hù)筒握裹力F1=160×8.95×H1×34KN。則此工況抗水浮安全系數(shù)為f1=F1/（F浮1-GW1-GF1），其中F1>（F浮1-GW1-GF1）鋼套箱處于穩(wěn)定狀態(tài)，f1>48688H1/（42120.15-12247.01H1），按臨界點(diǎn)求解H1>0.69m。從函數(shù)關(guān)系分析，隨著H1增大，f1也隨之增大。

2）對(duì)施工期間實(shí)測(cè)低潮位-1.5m工況進(jìn)行計(jì)算（此時(shí)封底混凝土底位于水下），假設(shè)封底混凝土厚度為H2，吊箱可能下落。鋼護(hù)筒握裹力F2=160×8.95×H2×34KN，封底混凝土重量GF2=23×H2×960.55KN，F(xiàn)浮2={-1.5-（-1.5-H2-0.2）}×10.25×960.55KN，套箱自重不變，則抗滑落安全系數(shù)f2=F2/（GW1+GF2-F浮2），其中F2>（GW1+GF2-F浮2）鋼套箱處于穩(wěn)定狀態(tài)，f2>48688H2/（12030.87+12247.01H2），求解H2>0.33m。從函數(shù)關(guān)系分析，隨著H2增大，f2也隨之增大。

3）求解最佳封底厚度，根據(jù)兩種工況安全系數(shù)函數(shù)關(guān)系，當(dāng)封底厚度H增大到一個(gè)值時(shí)，無(wú)論在高潮位還是低潮位，套箱在兩種工況下都處于穩(wěn)定。安全系數(shù)相等即f1=f2>1.0，此時(shí)可求得最佳最經(jīng)濟(jì)混凝土厚度。即：（42120.15-12247.01H）=（12030.87+12247.01H），得出H=1.23m。安全系數(shù)f1=f2=2.21，

3.2 驗(yàn)算鋼套箱受力情況

取封底混凝土1.5m計(jì)算，先澆筑1.3m，待水抽干后清除表面浮漿雜物，做20cm抹平處理。

按1.3m驗(yàn)算安全系數(shù)f1=F1/（F浮1-GW1-GF1）=2.41；f2=F2/（GW1+GF2-F浮2）=2.26。驗(yàn)算滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 分析第一次承臺(tái)砼澆筑最大厚度

按澆筑第一層1.3m厚度封底混凝土計(jì)算，抽水后做20cm抹平，計(jì)算第一層最大承臺(tái)混凝土澆筑厚度，最不利工況為低潮位（不考慮懸吊系統(tǒng)）。假設(shè)澆筑承臺(tái)厚度為H承，抗滑計(jì)算式f3=（F3/（GW1+GF3+G承-F浮3），F(xiàn)3=160×8.95×1.5×34=73032KN。GF3=23×1.5×960.55=33138.98KN，G承=1177.34×H承×25=29433.5H承KN，F(xiàn)浮3=1.5×10.25×960.55=14768.46KN，取抗滑安全系數(shù)為1.0，此時(shí)承臺(tái)澆筑最大厚度為1.38m。

在這個(gè)基礎(chǔ)上，利用懸吊系統(tǒng)、吊桿和反壓牛腿等組件提供的承載力單獨(dú)驗(yàn)算超過(guò)首次承臺(tái)澆筑最大厚度的承臺(tái)重量，并可視實(shí)際情況加大抗滑和抗浮安全系數(shù)進(jìn)行懸吊、反壓等組件受力分析和設(shè)計(jì)。

4 結(jié)語(yǔ)

在本工程實(shí)際施工中，按照施工組織設(shè)計(jì)采用了鋼平臺(tái)兼做套箱底板工藝，鋼護(hù)筒封底段外側(cè)焊制帶肋條施工技術(shù)要點(diǎn)，并按160KN/m2取值混凝土與鋼護(hù)筒間握裹力進(jìn)行了受力驗(yàn)算，最終確定封底混凝土厚度1.5m，順利、安全、快速完成了水中承臺(tái)施工，為類似項(xiàng)目安全施工提供了寶貴的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

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