雙壁鋼圍堰雙頂起落架法入水定位技術(shù)

吳宏敏

（中鐵十五局集團有限公司，江蘇 南京 210000）

雙壁鋼圍堰雙頂起落架法入水定位技術(shù)

吳宏敏

（中鐵十五局集團有限公司，江蘇 南京 210000）

鋼圍堰采用雙頂起落架法下沉施工技術(shù)。起落架法以鋼管樁為支柱，以型鋼為承重梁，以精軋螺紋鋼筋為吊桿，以千斤頂為動力構(gòu)成起落架，利用鋼管樁和鋼護筒定位，可精確下放鋼圍堰入水，精度高，施工安全可靠，無需大型設(shè)備及船支，全站儀、水準儀適時跟蹤監(jiān)控，糾偏處理。

雙壁鋼圍堰；雙頂起落架；定位

0　引言

雙壁鋼圍堰就位下水施工有許多種方法，常用的有兩大類：第一類是在岸上制作拼裝，整體滑動或滾動入水，且浮在水面由船支拖運至墩位再經(jīng)定位錨定，然后下沉；第二類是在岸上分塊制作，船運至墩位后再拼裝下沉。第一類方法必須有平緩的河岸和空曠的加工場地，使用受到限制；第二類方法需要大型浮水拼裝平臺和大型起吊設(shè)備，并且這兩類方法一般都需要多艘大中型船只為圍堰定位導向與錨定。然而，雙壁鋼圍堰下放入水，采用雙頂起落架法，則在很大程度上避免了上述兩類方法的弊端。起落架法以鋼管樁為支柱，以型鋼為承重梁及起落梁，以精軋螺紋鋼筋為吊桿，以千斤頂為動力構(gòu)成起落架，利用鋼管樁及鋼護筒定位，精確可靠的下放入水，不但精度高，施工安全可靠，并且無需大型設(shè)備及船只。

1　工程概況

以芒稻河特大橋主橋主墩為例，論述圍堰下沉定位控制技術(shù)。芒稻河特大橋主橋主墩，位于淮河入江的重要水道中，為了保證航道的正常通行，根據(jù)承臺結(jié)構(gòu)（12.5 m×12.5 m×4 m）及主墩間的距離，設(shè)計鋼圍堰為正方形，內(nèi)徑12.8 m×12.8 m。圍堰分成五節(jié)，每節(jié)平面分8塊，每塊最大重量均在15 t以內(nèi)。圍堰外壁長：15.7 m。鋼圍堰高：21.6 m。

2　施工方法[1-4]

2.1底節(jié)圍堰下放平臺施工

根據(jù)圍堰設(shè)計圖紙打設(shè)25根Φ630 mm鋼管樁，中間插打一根管樁并在上面鋪設(shè)一塊鋼板作為測量平臺，兼作圍堰纜繩調(diào)整固定支墩，在鋼管樁上設(shè)置I36a牛腿，牛腿比現(xiàn)場施工水位高50 cm處設(shè)置。在牛腿上搭設(shè)I36a橫墊梁，為了方便拼裝和焊接鋼圍堰，在拼裝工作平臺承重梁上可鋪放木板搭設(shè)焊接作業(yè)平臺，現(xiàn)場施工可根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)。在墩位處搭建鋼圍堰拼裝平臺，插打若干根Φ630鋼管樁(盡量利用已有鋼管樁)做立柱，用I36工字鋼做牛腿及縱橫梁，在橫梁上鋪上木板形成正方形的環(huán)狀條形拼裝平臺，見圖1、圖2。

圖1　底節(jié)下放平臺

圖2　割除墊梁

2.2雙壁鋼圍堰主要施工工序

根據(jù)大橋橋址處的地質(zhì)水文條件和承臺底標高情況,結(jié)合水上浮吊吊裝設(shè)備、浮運船、機動船等實際情況，通過綜合技術(shù)經(jīng)濟分析，結(jié)合跨汛期施工工期要求，鋼圍堰采用先樁后堰法施工，其主要工序：鋼圍堰岸上加工場分塊分節(jié)加工→搭設(shè)圍堰拼裝平臺→底節(jié)鋼圍堰運輸拼裝→吊掛系統(tǒng)設(shè)置→底節(jié)鋼圍堰下水→接第二節(jié)鋼圍堰→接第三節(jié)鋼圍堰→接第四節(jié)鋼圍堰→接第五節(jié)鋼圍堰、吸泥、下沉到位→封底混凝土施工。

2.3雙頂起落架法下放入水

（1）底節(jié)圍堰就位

底節(jié)鋼圍堰分8塊，最大塊重15 t以內(nèi)，舟運至墩位，在拼裝平臺上組裝焊接底節(jié)鋼圍堰的8個分塊件。

（2）吊裝點設(shè)置

在圍堰四邊的中央，設(shè)四組吊點且相應的設(shè)4套起落架，每組吊點有2個分吊點，分別設(shè)在鋼圍堰對應的內(nèi)、外壁上。在吊點的內(nèi)、外壁鋼板上焊接組裝鋼板吊耳，吊耳懸吊于旋緊在Φ32精軋螺紋鋼筋的底螺母上。

（3）起落架的構(gòu)成

每一組吊點設(shè)置一套雙頂起落架。一套雙頂起落架由4根Φ630鋼管樁做立柱，在立柱頂部按槽口置放縱向承重梁(2I50)，承重梁上置放2I50下橫梁、底托梁，下橫梁上置放2臺50 t機械式千斤頂，千斤頂上再置放起落橫梁(2I50)，精軋螺紋吊桿從上、下橫梁雙拼縫中穿過與尾端的吊耳相連，上下橫梁的上方螺紋吊桿上均各套有兩枚起落換位螺母，見圖3、圖4。實質(zhì)上，起落架的工作機構(gòu)就是由二根橫梁、二臺千斤頂、二根螺紋吊桿和四枚配重螺母構(gòu)成。

圖3　圍堰起頂下放平面圖（單位：mm）

圖4　圍堰起頂下放立面圖

（4）設(shè)置圍堰定位裝置

利用既有的各種鋼管樁及鋼護筒安裝好定位的支頂定位裝置，且便于操作，確保定位精度。雙壁鋼圍堰就位允許偏差和檢驗方法應符合表1的規(guī)定。

表1　雙壁鋼圍堰就位允許偏差和檢驗方法

本圍堰下沉平面偏差為13.3 cm，達到較高的精度。

（5）雙頂起落架平臺受力計算

因圍堰拼裝起吊下沉過程中受力各點不均勻，底節(jié)鋼圍堰總重按120 t考慮，設(shè)置四個吊點。

a.提升系統(tǒng)的計算：

拉桿的計算：

Φ32精軋螺紋鋼的容許拉力為[σ]=300 MPa，[P]=24.12 t，

實際每根精軋螺紋鋼的受力為：P=120/8=15 t，

∴P<[P]拉桿滿足受力條件。

承重梁的受力計算，

承重梁為2I50a，

參數(shù)為:W=1 500 cm3，

M=120/4×3.5/4=26.25 t·m，

σ=M/2W=87.5 MPa<[σ]=170 MPa，

承重梁滿足受力條件。

扁擔梁的受力計算：

扁擔梁為2I40a，

參數(shù)為:W=1 090 cm3

σ=120/4×2/4/2/1090×104=69MPa<[σ]=170 MPa

b.承重牛腿的受力檢算:

為安全考慮，牛腿吊裝過程中可能單獨受力，每個牛腿按15 t受力檢算,共有16個牛腿，采用I36a或I25a工字鋼加工焊接。

采用I36a工字鋼做承重牛腿，檢算如下：

I36a的參數(shù):

W=875 cm3，

M=11.25 t·m，

σ=M/2W=64.3 MPa<[σ]=170 MPa，

承重梁滿足受力條件。

采用I25a作承重牛腿，檢算如下：

I25a的參數(shù):

W=402 cm3，

M=11.25 t·m，

σ=M/2W=140 MPa<[σ]=170 MPa，

承重梁滿足受力條件。

考慮到I25a的富余較小,在I25a的中間加兩個加勁肋加強（最好采用I36工字鋼），同時為保證焊接牢固，在管樁上加焊加強三角板反牛腿加固I25工字鋼。

c.基礎(chǔ)管樁的受力檢算：

每個提升系統(tǒng)的受力主要靠2根Φ630 mm的鋼管樁和一個Φ2 200 mm的鋼護筒,考慮到不均勻受力，每個提升系統(tǒng)受力按30 t驗算,鋼管樁的受力按40 t檢算,則每根受力P=10.0 t,每根鋼管樁入土按10 m考慮,因無地質(zhì)117時根據(jù)地質(zhì)報告中提供的數(shù)據(jù)進行驗算來最終確定鋼管樁長度。

∴鋼管樁滿足受壓條件。

為了加強鋼管樁的穩(wěn)定性，將鋼管樁之間可用型鋼連接起來以加強其穩(wěn)定性。

（6）底節(jié)圍堰下放入水

底節(jié)鋼圍堰在拼裝平臺上拼裝焊接完畢，經(jīng)過水密試驗合格以后，安裝好起落架吊裝系統(tǒng)裝置，擰緊兩板上換位螺母，四座起落架同時、均衡的用千斤頂頂起上橫梁，吊起鋼圍堰，并盡快拆除拼裝及其橫梁。然后千斤頂回缸，使鋼圍堰小量下放。千斤頂回缸到位后，擰緊下?lián)Q位螺母，然后再松開上換位螺母使千斤頂充油升缸，到位后再擰緊上換位螺母，然后再松開下螺母，再讓千斤頂回缸，并使鋼圍堰再下落一個頂程，照以上程序，多次反覆下放，逐步把鋼圍堰下放入水，直至預定高程，見圖5、圖6。

圖5　雙頂起落架構(gòu)造

2.4過程適時監(jiān)控

每節(jié)鋼圍堰下沉前，在頂部四周均布8個坐標點，由測量人員測定坐標和標高。自圍堰接觸河床時開始測定，每下沉50 cm測定一次坐標、標高數(shù)據(jù)，將坐標數(shù)據(jù)輸入Auto CAD制圖軟件，對比分析圍堰四邊下沉情況。同時根據(jù)標高偏差，由指揮人員統(tǒng)一協(xié)調(diào)各方向千斤頂起落速度、刃腳部位吸泥速度等，及時糾偏，使圍堰均衡、精準下落，見圖7。

圖7　糾偏示意圖

2.5糾偏主要方法

（1）依賴鋼圍堰自重下沉期間，主要采用調(diào)節(jié)上部千斤頂起落和吸泥機吸取圍堰刃腳部位泥土控制圍堰四周下沉速度。

（2）當圍堰自重不足以克服下部土體阻力繼續(xù)下沉時，依靠在鋼圍堰四周隔艙內(nèi)注入混凝土增加重量，繼續(xù)下沉。此時可以采用在不同部位注入不同方量混凝土調(diào)節(jié)圍堰四周下沉速度。

3　注意事項

（1）四周下沉速度不均衡，導致垂直度和平面位置超出規(guī)范范圍。

（2）四個刃腳部位，吸泥速度不均衡導致各方向下沉速度不統(tǒng)一，影響圍堰垂直度。

4　結(jié)語

經(jīng)過四個雙壁鋼圍堰的實際施工結(jié)果顯示，圍堰平面誤差、垂直度偏差均精準在規(guī)范范圍以內(nèi)，說明雙頂起落架法和適時監(jiān)控、糾偏技術(shù)在控制圍堰精準下沉工作中是可行的。

[1]王引富.采用高低刃腳和定位樁的雙壁鋼圍堰施工技術(shù)[J].鐵道標準設(shè)計,2006(4):29-31.

[2]狄為民.雙壁鋼圍堰在山區(qū)河流橋梁基礎(chǔ)中的應用[J].鐵道標準設(shè)計,2005(4):36-38.

[3]魏明忠.鋼結(jié)構(gòu)[M].湖北武漢:武漢工業(yè)大學出版社,2000.

[4]羅瑞華,于祥君.大型雙壁鋼套箱圍堰精確定位施工技術(shù)[J].交通科技,2007(3):1-5.

U445.4

B

1009-7716（2016）02-0131-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.02.036

2015-10-15

吳宏敏（1980-），男，江蘇南京人，工程師，從事雙壁鋼圍堰及橋梁工程施工工作。