中交馬東鐵橋梁工程水中墩下部結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

葉輝元

(中交四航局第一工程有限公司，廣東 廣州 510405)

1 工程概況與氣象條件

中國(guó)交建馬來西亞東海岸鐵路項(xiàng)目四分部83橋橋梁全長(zhǎng)1.467 km，里程范圍為CH202+240.5～CH203+707.3，P30和P31為水中墩，承臺(tái)為多邊形結(jié)構(gòu)，橫向最長(zhǎng)為27.2 m，縱向最長(zhǎng)為14.4 m，厚度為4 m。承臺(tái)混凝土方量為1 387.5 m3，混凝土標(biāo)號(hào)為C40。采用鋼套箱進(jìn)行施工。

東部濱海帶(主線CH0+000～CH341+000)降雨量約為2 750～3 500 mm，年均氣溫為25℃～30℃。需要注意的是降雨通常以伴隨雷暴的形式發(fā)生，瞬時(shí)降雨量較大，在東部濱海平原帶及中央山地帶的沿河或低洼地區(qū)、城區(qū)等處均易引發(fā)洪澇災(zāi)害，對(duì)擬建鐵路影響范圍較大。

2 施工流程

鋼箱(吊箱)拼接平臺(tái)施工→鋼箱(套箱)安裝→吊梁安裝→鋼箱(套箱)下降→封底并澆筑混凝土→泵水找平→鋼筋混凝土承臺(tái)施工→鋼箱(套箱)拆除。

3 水中墩施工技術(shù)

3.1 鋼套箱施工

鋼套箱由唐山尚來金屬制品有限公司進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)和加工制造，側(cè)模板由6 mm的鋼板+[10的橫肋+工22a的豎肋組成，承吊系統(tǒng)由I45a的主梁+I36a的分配梁+I32a的端梁組成?？紤]到鋼套箱就位時(shí)可能造成傾斜、誤差及變形等問題，鋼套箱內(nèi)口尺寸每邊放大50 mm。經(jīng)計(jì)算，鋼套箱抽水后上浮穩(wěn)定系數(shù)為2.26>1.15，鋼套箱最低水位時(shí)抗下沉穩(wěn)定系數(shù)為1.54>1.1，均滿足要求。

3.1.1 河床開挖找平

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，P30墩位處河床標(biāo)高為-2.8 m，承臺(tái)底標(biāo)高為-2.507 m，鋼套箱底標(biāo)高為-4.007 m，地質(zhì)鉆孔資料揭示套箱底為松散、灰色的粗砂，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)值N為8。P31墩位處河床標(biāo)高為-2.9 m，承臺(tái)底標(biāo)高為-2.68 m，鋼套箱底標(biāo)高為-4.18 m，地質(zhì)鉆孔資料揭示套箱底為高度風(fēng)化砂巖，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)值N為50/60。河床面與承臺(tái)底之間的距離均不滿足封底混凝土所需的1.5 m空間，擬采用長(zhǎng)臂挖機(jī)對(duì)河床進(jìn)行挖除整平作業(yè)。

挖除整平作業(yè)之前，先進(jìn)行地基承載力試驗(yàn)，根據(jù)鋼套箱設(shè)計(jì)計(jì)算要求，河床承載力特征值要求≥67 kPa，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定是否需要換填及換填深度，確?；A(chǔ)承載力符合設(shè)計(jì)要求和封底混凝土順利澆筑。

3.1.2 鋼套箱拼裝平臺(tái)搭設(shè)

在護(hù)筒標(biāo)高2 m處，在順橋向設(shè)置12根I32a×3 000 mm的牛腿，牛腿頂面標(biāo)高誤差要<1 mm，依次安裝第一層8根工字鋼橫梁I25a，長(zhǎng)度為29.963 m，第二層16根工字鋼縱梁I25a，長(zhǎng)度為17.152 m。平臺(tái)搭設(shè)完畢后，由測(cè)量人員在拼裝平臺(tái)上放出鋼套箱位置，在鋼套箱位置內(nèi)外兩側(cè)采用20槽鋼鋪出0.8 m寬的作業(yè)通道，槽鋼與工字鋼之間采用焊接，通道繞套箱一圈布置，在通道外側(cè)用φ48 mm鋼管施作臨邊護(hù)欄，以保證施工安全。

3.1.3 鋼套箱的拼裝

首先，測(cè)量并放樣裝配平臺(tái)鋼套箱的平面輪廓和塊分割線，操作時(shí)要隨拼裝隨調(diào)整。先安裝下層側(cè)模板(H=1 200 mm)，包括臨時(shí)支撐。下鋼套箱安裝需要嚴(yán)格控制平面的位置、尺寸和垂直位移。經(jīng)測(cè)試符合要求后固定和安裝臨時(shí)支架。下層側(cè)模板的平面位置和垂直度驗(yàn)收合格后，開始安裝上層側(cè)模板(H=5 867 mm)，安裝方法同下層側(cè)模板?？紤]到第二層模板高度較高，在未形成閉合成環(huán)之前，應(yīng)在單塊套箱背面用10#槽鋼設(shè)置兩道斜撐，支撐于支棧橋分配梁骨架上或者安裝平臺(tái)工字鋼上，采用焊接固定。橫向和豎向的拼接縫需按照設(shè)計(jì)安裝兩道封水膠墊，確保鋼套箱接縫處嚴(yán)密不漏水。

在組裝特定截面時(shí)，發(fā)現(xiàn)其平面位置的尺寸和垂直度與設(shè)計(jì)位置的誤差較大時(shí)，應(yīng)重新核對(duì)確認(rèn)加工是否有誤，必要時(shí)由廠家負(fù)責(zé)改裝，組裝時(shí)盡量減少較大的累積誤差。確保鋼套箱兩側(cè)外壁板垂直度≤1%，以保證合龍段順利嵌入；在一天當(dāng)中的低溫時(shí)段將合龍段嵌入并固定，再用螺栓擰緊，以確保鋼套箱整體尺寸的精度。

3.1.4 懸吊系統(tǒng)的安裝

在拆除鉆孔樁作業(yè)平臺(tái)之前，將1號(hào)、4號(hào)、9號(hào)、12號(hào)樁基鋼護(hù)筒接長(zhǎng)至護(hù)筒頂標(biāo)高11 m，接長(zhǎng)時(shí)先對(duì)20 mm厚的鋼護(hù)筒進(jìn)行坡口處理，然后將對(duì)接部分與鋼管對(duì)齊。對(duì)位時(shí)，原鋼護(hù)管上需要制作擋塊，對(duì)位后進(jìn)行坡口焊接。再以這4個(gè)護(hù)筒頂為支撐點(diǎn)并下設(shè)牛腿，搭設(shè)雙拼I45a型鋼作為主梁，在主梁上安裝扁擔(dān)梁和空心千斤頂。接著在其下方通過精軋螺紋鋼反吊雙拼I36a分配梁，在分配梁上設(shè)置雙拼I32a端梁。懸吊系統(tǒng)主要由空心千斤頂、扁擔(dān)梁、主梁、分配梁、端梁和精軋螺紋鋼組成。

鋼套箱下放總共設(shè)8處吊點(diǎn)，共8根φ32 mm精軋螺紋鋼，安裝之前檢查、調(diào)試好空心千斤頂，保證下放順利完成。

3.1.5 鋼套箱的下放

鋼套箱拼裝完畢后，檢查吊裝結(jié)構(gòu)的安全性，鋼套箱起吊上升10 cm后靜止30 min，檢查吊裝結(jié)構(gòu)變形及可靠性，并再次檢查鋼套箱頂口的平面位置是否正確(在頂口位置正確的情況下，底口的平面位置可吊垂線)。當(dāng)?shù)跹b結(jié)構(gòu)穩(wěn)定良好時(shí)拆除鋼套箱拼裝平臺(tái)。具體下放步驟如下。

1)在平臺(tái)上設(shè)置圍堰及下位指揮平臺(tái)，負(fù)責(zé)收集、分析各施工階段的技術(shù)信息，發(fā)布操作規(guī)程。

2)上扁擔(dān)梁精軋螺紋鋼螺帽擰至距千斤頂頂面17 cm處，千斤頂供油起頂。

3)下扁擔(dān)梁精軋螺紋鋼螺帽擰至標(biāo)記好的15 cm處，每次下放行程嚴(yán)格按15 cm控制。

4)千斤頂收回油缸，鋼套箱下放。

5)完成一次下放行程后，擰緊下扁擔(dān)梁精軋螺紋鋼螺母。

6)重復(fù)上述2)～5)步驟直到鋼套箱下放完成。

過程中需注意以下事項(xiàng)：①注意千斤頂?shù)耐?，每下? cm報(bào)一次數(shù)，以保證下降同步，如果圍堰下降時(shí)有5級(jí)強(qiáng)風(fēng)，應(yīng)立即停止作業(yè)，加強(qiáng)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，以確保安全；②鋼套箱放置完畢后，根據(jù)復(fù)測(cè)結(jié)果稍微調(diào)整位置，以保證鋼套箱位置符合要求，垂直調(diào)整采用鋼臂千斤頂進(jìn)行微調(diào)，水平調(diào)整采用導(dǎo)向架螺絲進(jìn)行微調(diào)，在調(diào)整過程中加強(qiáng)監(jiān)控，確保鋼套箱位置偏差符合要求[1]；③鋼套箱下放到位及位置復(fù)核完成后，拆除端梁、分配梁、主梁以及臨時(shí)支撐，完成體系轉(zhuǎn)換。

3.1.6 鋼套箱內(nèi)抽水及堵漏、平整底板混凝土

封底施工前，再一次測(cè)量確認(rèn)底面標(biāo)高，符合要求后安排潛水員摸查箱底狀況，針對(duì)有缺口的地方用沙袋封堵外側(cè)，采用高壓水槍沖洗黏附在護(hù)筒外側(cè)的泥土。

利用鋼套箱拼裝平臺(tái)拆除后的材料，在未接高護(hù)筒的頂部搭設(shè)封底作業(yè)平臺(tái)，成井字型布置，鋼套箱封堵混凝土采用天泵垂直導(dǎo)管法澆筑完成，導(dǎo)管應(yīng)進(jìn)行水密性試驗(yàn)，準(zhǔn)備2個(gè)料斗、2套導(dǎo)管，施工過程中，1個(gè)料斗澆筑，另一個(gè)料斗固定好位置，每套導(dǎo)管10 m長(zhǎng)，澆筑順序由兩邊向中間匯聚，擴(kuò)散半徑為3.5 m。

第一次澆筑采用頂塞法，在管道安裝過程中，需要在每個(gè)接頭上安裝一個(gè)橡膠圈。導(dǎo)管放入鋼套箱底部，再抬高20 cm，首先使用1.5 m3收集料斗儲(chǔ)存材料，儲(chǔ)料斗裝滿1 m3后將剪球倒入第一批混凝土中。混凝土澆筑順序?yàn)橄冗吔呛笾虚g，從邊角澆筑至中間后，再從另一側(cè)邊角開始澆筑，再次澆筑至中間。

封底混凝土頂部的高度應(yīng)比平臺(tái)底部的高度低20 cm。水下封堵混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后泵送鋼套管。鋼套箱內(nèi)抽水?dāng)M采用2臺(tái)大功率離心式潛水泵同時(shí)作業(yè)。如果在泵送過程中出現(xiàn)泄漏，應(yīng)采取堵漏措施。封堵完成后繼續(xù)泵送直至密封件混凝土表面暴露[2]。

3.2 承臺(tái)施工

3.2.1 鋼筋加工和安裝

承臺(tái)鋼筋統(tǒng)一在南岸鋼筋加工場(chǎng)加工，利用隨車吊運(yùn)輸至施工點(diǎn)安裝。鋼架應(yīng)在外側(cè)掛一塊與保護(hù)層標(biāo)號(hào)相同的混凝土墊板。墊板按每m24個(gè)或更多的梅花形墊塊進(jìn)行排列，使鋼保護(hù)層的厚度符合設(shè)計(jì)需求。

3.2.2 冷卻水管埋設(shè)

承臺(tái)冷卻水管層間間距、距離承臺(tái)上下頂面、冷卻管水平間距均為1 m，每層水管位置和高度可根據(jù)承臺(tái)內(nèi)鋼筋布置適當(dāng)調(diào)整，冷卻水管采用熱傳導(dǎo)性能較好、公稱直徑48 mm的標(biāo)準(zhǔn)鑄鐵水管，在埋設(shè)和灌注過程中，應(yīng)防止冷卻管道泄漏和撞擊導(dǎo)致的損壞。水管接頭應(yīng)彎頭，保證連接嚴(yán)密并用冷膠布包裹以防止漏水。冷凝器的進(jìn)水口和出水口必須安裝閥門。將φ10 mm鋼筋加工成U型卡，連接平臺(tái)鋼筋時(shí)預(yù)埋冷卻管，鋼管通過焊接固定在平臺(tái)鋼棒上。安裝冷卻循環(huán)水管后需要進(jìn)行水流試驗(yàn)，確認(rèn)管道和接頭暢通無阻，無滲漏。在確保接縫處沒有泄漏后可以注入混凝土。

大體積混凝土測(cè)溫采用埋設(shè)測(cè)溫傳感器的方法，溫度傳感器頭的垂直位置分別設(shè)置為上、中、下3層，深度為距表面300、700、2 000 mm處。在2 000 mm處設(shè)置5處溫度感應(yīng)頭，300 mm和700 mm處分別設(shè)置1處溫度感應(yīng)頭，傳感器布置應(yīng)充分考慮結(jié)構(gòu)的幾何尺寸。

在混凝土注入過程中觀察混凝土溫度，并記錄混凝土入模溫度。混凝土澆筑10 h后，3 d內(nèi)每2 h觀測(cè)溫度一次，4～6 d內(nèi)每4 h觀測(cè)一次，7～14 d內(nèi)每6 h觀測(cè)一次，對(duì)所有測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)。如在測(cè)溫過程中發(fā)現(xiàn)溫差超過25℃，應(yīng)及時(shí)調(diào)整流量、加強(qiáng)保溫或延遲拆除絕緣層。冷卻水管使用完畢后用灌漿堵住孔洞，切掉承臺(tái)上表面突出的部分。

3.2.3 墩身鋼筋預(yù)埋

墩身鋼筋按設(shè)計(jì)圖紙施工，待平臺(tái)鋼筋及模板安裝完成后開始墩身預(yù)埋鋼筋施工。預(yù)先留置承臺(tái)外面的墩身鋼筋長(zhǎng)為1.5 m和2.735 m。因墩身鋼筋留置時(shí)間長(zhǎng)，墩身鋼筋在混凝土澆筑完成后需涂刷水泥漿進(jìn)行防護(hù)，避免鋼筋長(zhǎng)時(shí)間露天放置而生銹。

墩身鋼筋的加工和安裝按墩身施工工藝有關(guān)技術(shù)要求進(jìn)行，埋入承臺(tái)內(nèi)的墩身鋼筋與承臺(tái)頂層和底層鋼筋接觸處均應(yīng)進(jìn)行綁扎，防止橋墩鋼筋在混凝土注入過程中變形或移位。

3.2.4 臨時(shí)支墩預(yù)埋鋼板、塔吊基礎(chǔ)預(yù)埋件加工和安裝

臨時(shí)支墩預(yù)埋鋼板、塔吊基礎(chǔ)預(yù)埋件嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖和鋼結(jié)構(gòu)加工和焊接規(guī)范加工制作。臨時(shí)支墩預(yù)埋鋼板由總經(jīng)理部統(tǒng)一采購，塔吊基礎(chǔ)預(yù)埋件由塔吊廠家負(fù)責(zé)提供，現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)安裝。預(yù)埋件材料到場(chǎng)后應(yīng)細(xì)致檢查，確保規(guī)格、型號(hào)、質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。

塔吊設(shè)置4個(gè)支腿，每個(gè)支腿設(shè)置8根地腳螺栓，預(yù)埋件的幾何位置和尺寸誤差必須在可接受的范圍內(nèi)。

臨時(shí)支墩預(yù)埋鋼板尺寸為1 100 mm×1 100 mm×32 mm，在注入混凝土之前，預(yù)埋件必須按照?qǐng)D紙要求進(jìn)行填充。采用機(jī)械和人工配合的方式安裝。測(cè)量時(shí)應(yīng)精密定位，如有必要應(yīng)安裝并固定鋼支架，防止其在混凝土注入過程中接觸或移動(dòng)，以確保精度和硬度。

3.3 混凝土工程

承臺(tái)混凝土澆筑擬采用1臺(tái)天泵和2臺(tái)地泵(1臺(tái)備用)及1個(gè)自卸料點(diǎn)同時(shí)卸料，混凝土澆筑應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，進(jìn)一步降低混凝土水化熱，擬采用水平分層、豎向分塊自流滿鋪澆筑方案，分層厚度為30 cm。

嚴(yán)格控制混凝土原材料的質(zhì)量和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格控制砂石料含泥量，優(yōu)化混凝土配合比，選用中低熱水泥品種，減少水泥用量，降低水化熱溫升。

3.4 鋼套箱拆除

先拆除鋼套箱外周梁，鋼套箱模板的拆除順序原則上先拆除一塊邊角模板，然后順著一側(cè)逐塊拆除。應(yīng)選擇水位低的時(shí)候進(jìn)行拆除，水下部分由潛水員下水對(duì)螺栓進(jìn)行拆除，水上部分由作業(yè)人員通過掛爬梯的形式進(jìn)行螺栓拆除，拆除順序先水下再水上。確定無障礙后指揮55 t履帶吊吊裝已拆除的鋼套箱模板，運(yùn)至鋼套箱存放點(diǎn)。

3.5 墩柱施工

1)測(cè)量放樣。復(fù)測(cè)承臺(tái)標(biāo)高，然后按設(shè)計(jì)圖紙放樣出墩柱邊線，并經(jīng)測(cè)量監(jiān)理工程師復(fù)測(cè)合格后用墨線劃出邊線并引出墩柱軸線。

2)搭設(shè)施工平臺(tái)。墩身在進(jìn)行鋼筋安裝之前，先沿墩身四周搭設(shè)施工腳手架作為操作平臺(tái)，對(duì)鋼管排架四周均設(shè)置安全防護(hù)網(wǎng)一道，防護(hù)網(wǎng)與排架綁扎牢固。腳手架在馬來西亞持證架子工的指導(dǎo)下搭設(shè)，搭設(shè)完畢后應(yīng)由持證架子工驗(yàn)收并掛綠牌方可投入使用。

3)墩身鋼筋綁扎。鋼筋加工前，首先將鋼筋表面油漬、漆皮、鱗銹等清除干凈，對(duì)彎曲變形的鋼筋進(jìn)行調(diào)直。依據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)進(jìn)行下料，彎制加工，并按圖紙鋼筋編號(hào)對(duì)鋼筋分類編號(hào)存放。墩身預(yù)埋鋼筋在鑿除接觸面浮漿后用壓力水沖洗干凈，清理掉鋼筋表面的浮漿，然后對(duì)鋼筋進(jìn)行調(diào)直。鋼筋在鋼筋加工棚加工成型，用隨車吊運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)安裝，P30和P31墩柱高度均為6.5 m，主筋為φ25 mm螺紋鋼，接頭位置可設(shè)置在同一斷面，但搭接長(zhǎng)度需滿足1.4倍搭接長(zhǎng)度，可一次安裝到頂。鋼筋接頭采用搭接，搭接要求同承臺(tái)鋼筋搭接要求。

4)墩柱預(yù)埋件安裝。墩頂圍欄附著預(yù)埋件：共設(shè)置上下2層預(yù)埋套筒，層間距為25 cm，上層預(yù)埋套筒距離墩頂1.27 m。安裝時(shí)注意預(yù)埋套筒之間的相對(duì)位置。預(yù)留支座錨栓孔，墩柱施工時(shí)參照支座圖紙，提前預(yù)留出支座錨栓孔。泵管附著預(yù)埋件，混凝土輸送泵管依附在鋼管上，每2節(jié)與墩身附著以保證泵管的整體性，減小混凝土灌注時(shí)的晃動(dòng)。

5)模板安裝。為保證墩柱的外觀和質(zhì)量，墩柱模板采用組合鋼模板，模板由國(guó)內(nèi)專業(yè)模板廠家加工，運(yùn)輸至馬來西亞。模板安裝之前進(jìn)行試拼和編號(hào)。模板安裝時(shí)底部用砂漿塞縫和找平，防止出現(xiàn)漏漿爛根，模板與模板之間用建筑雙面膠帶堵塞板縫，保證澆筑混凝土?xí)r無漏漿。

6)混凝土澆筑。澆筑混凝土前，應(yīng)檢查支架、模板、鋼筋和預(yù)埋件并做好記錄，符合設(shè)計(jì)要求后方可澆筑。清理干凈模板內(nèi)的雜物、積水和鋼筋上的污垢。模板如有縫隙應(yīng)填塞嚴(yán)密，模板內(nèi)面應(yīng)涂刷脫模劑。澆筑混凝土前檢查混凝土的均勻性和坍落度。

4 結(jié)束語

83橋位于馬來西亞登嘉樓州龍運(yùn)縣，跨越龍運(yùn)河，經(jīng)過對(duì)施工方案的緊急反復(fù)討論，制定了水中墩施工方案，不僅詳細(xì)闡述了施工過程中的技術(shù)要點(diǎn)，而且在施工期間采取了各項(xiàng)防護(hù)、止水措施，既保證了橋梁施工的安全和質(zhì)量，又起到了積累經(jīng)驗(yàn)的重要作用，能夠?yàn)橥愋褪┕ぬ峁﹨⒖肌?/p>

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