水中系梁综合项目施工专项方案.doc

水中系梁施工方案

【摘要】：介绍了水中系梁采取部分预制结合分离式套箱施工方法，并对关键部位进行了验算。
关键词：水下系梁、分离式套箱、系梁预制、结构验算
1 选定方案
我企业承建连盐高速公路桥—海河大桥在连盐高速公路K113+627处，河道系天然港道、主航道，河道宽60m左右；2#、3#墩在河床中间，并设置横系梁，系梁顶标高为0.40，底标高-0.80。河流通航水位1.62，系梁在水下。
本桥设计系梁净长840cm，截面尺寸为120cm×120cm。系梁底部和桩顶齐平，距水面高度约1.20m左右。另外，6~7月份施工系梁时，正值水位高峰季节，更不易施工。系梁砼方量12.1m3，适适用于采取有底钢套箱施工。但有底钢套箱是利用基础顶部做为承力点，必需先浇筑封底砼，施工难度较大，浪费较多。所以依据本桥结构特点，并多方考证，拟采取部分系梁预制结合分离式套箱方案进行水中系梁施工。
2 水中系梁施工工艺
2.1 系梁预制
依据桩距及套箱外径大小，确定预制系梁长度6m，系梁总重21.6T，吊装需采取大吨位吊车安装。系梁离河岸较远，对吊装不利。为此我们采取系梁直接在水上钻孔平台上预制，以后吊装方案。
预制前，首先对水中排架进行加固，且同时对排架桩承载力进行验算，满足要求后实施预制。排架加固后，铺设型钢和底板使之形成平台，以后在平台上铺设系梁底模、绑扎钢筋，安装侧模并浇筑砼。强度达成75%后，拆除模板，并对端部实施凿毛处理。预制系梁时，纵向主筋长度按6.4m和7.4m控制。
2.2 钢套箱结构形式
钢套箱按底标高-1.30、顶标高2.20控制，即套箱竖向长度3.50m，内径300cm。钢套箱采取δ=10mmA3钢板加工而成，为确保环向刚度，在套箱内壁采取[10型钢进行环向加固，加固位置分别在套箱底部、距顶部1.20m处。套箱底板也采取δ=10mmA3钢板，并依据测量护筒位置在底板上开孔，孔洞直径较护筒直径大10cm。为确保底板刚度，在套箱底部用型钢加强。套箱壁上依据计算好系梁位置进行开孔，孔洞大小和系梁截面尺寸相吻合。套箱和系梁连接是经过∏型钢抱箍和套箱焊接而成,抱箍之间用螺栓连接，抱箍和系梁之间用橡胶垫，并同时涂上早强型玻璃胶。对于洞口处四面用钢板及型钢进行加强。
2.3 系梁、套箱安装和准备
吊装安装
将预埋于同一桩顶两根竖向型钢进行加固连成整体形成支墩，横梁采取箱型钢梁，形成吊装。
套箱和系梁加固
套箱和系梁拼装后，为确保套箱和系梁相对稳固，将套箱上、下部和系梁之间用型钢做拉杆进行固定。
2.4 系梁、套箱安装和拆除
起吊系梁及套箱：将连接好套箱和系梁由两个20t手拉葫芦起吊悬挂于吊架上。
拆除平台：将系梁底部在系梁范围内平台拆除。
系梁及套箱就位：平稳下放系梁及钢套箱至设计标高。
套箱封底：用砂袋塞封底套箱底板和护筒缝隙，然后在套箱内钢护筒外侧浇筑水下砼，进行套箱底部砼封底。封底厚度由计算所得。
系梁浇筑：待封底砼达成一定强度后，抽于套箱及护筒内水，清理桩头，切割部分钢护筒，根据设计要求调整桩头钢筋，并按设计长度接长系梁纵向主钢筋，绑扎箍筋及桩头钢筋，支立系梁接长段模板，浇筑桩头及系梁部分砼，切割桩头以上钢护筒。钢套箱待立柱完成以后进行水下切割拆除。
3 验算
3.1 地基承载力计算
搭建钻孔及系梁预制平台木排桩如右图所表示：
依据勘测地质汇报所表示，2#、3#墩所在1~2层地质参数以下：
地质层：0~-0.90层为亚粘土；-0.90~-5.0层为亚粘土。亚粘土层内摩擦角ψ=15.3°；土容重： r1=19.9kN/m3， r2=19.3 kN/m3。天然孔隙比：e1=0.653，e2=0.792。亚粘层土[б0]=150 kPa。
圆木桩为落叶松,桩长按6m设计，木桩进入第一层土h1=0.9 m，进入第二层土h2=3.1 m。
因为b>2 m，h >3 m，且h/ b<4，故修正后地基许可承载力按下式计算：
[б]= [б0]+k1r1(b-2)+ k2r2(h-3)=169.4kPa
其中，由验算手册可知，亚粘土层宽度修正系梁取k1=0、深度修正系数值取k2=1.5，r2=∑rihi/∑hi=19.4 kN/m3。
3.2 排架桩承载力计算
考虑群桩作为整体基础，桩基础可视为如右图所表示ABCD范围内假想实体：
则： a=a0+2htg(ψ/4)=10.53m
b= b0+htg(ψ/4)=3.77m
其中，a0=10m，b0=3.5m，h=4.0m，ψ=15.3°
作用在桩基础上竖向荷载：系梁重量G1 、木桩重量G2、浇捣过程中砼倾倒荷载（4.0 kPa）及砼振捣产生荷载（2.0 kPa），模板重量可忽略不计。
N=216+45.2+6.0x10x3.5=471.2 kN
由公式：бmax=rl+N/A=19.4x4.0+471.2/(10.53x3.77)
=89.4<[б] = 169.4kPa 合符要求
其中，系梁砼重量:G1=1.2x1.2x 6x 25=216 kN;
木桩：G2=40x(πx0.202/4x6.0x6)=45.2 kN;
3.3 系梁吊装系统计算
竖向支撑杆件采取型号为I12.6工字钢A3钢材，查手册所得:A=18.10cm2，ix=5.19cm，杆件长度L0=5.5m。轴向应力[б]=140 MPa
横向杆件采取箱型钢梁，截面如右图所表示：
查得W=4026cm3，构件长L=10m，型钢重G3=33.91kN（型钢每延米重3.391 kN），弯曲应力[бw]=145 MPa。
单个套箱重G4=πx1.502x3.5x78.5=25.9 kN
1）竖向支撑构件稳定性计算
由λ= L0/ ix=106，得φ=0.548。
由б=N/A=（G1 +G3 +2G4）/（4A）
=41.5MPa<0.548[б]= 76.7MPa 符合要求
2）横向构件稳定性计算
依据横梁承重形式，横梁受力如右图所表示：
由N1=N2=（G1+2G4）/2=133.9 kN
Ra= Rb= （N1+N2+ G3）/2=150.85 kN
Mmax=ql2/8+ Rax5- N1x2.5=461.76 kN•m
由λ=αx (L/ h) x (rx/ry)=50，得φ=0.828。其中，焊接件系数α取值为1.8，正方形截面回转半径rx 、ry相同。
由бmax= Mmax/W=461.76x1000/4026
=114.7 MPa <0.828[бw]=120 MPa 符合要求
3.4 封底砼厚度计算
套箱底端封底砼厚度必需满足：
F-（G4+W1/2）≤πD[τ]h
计算所得：封底砼厚度h≥0.41m；
F—单个套箱所受浮力。
F=KrwV=2.0x10xπx1.52x2.92=412.8 kN
D—内护筒直径,2.0m；
[τ] —钢护筒和封底砼之间许可摩擦力，取100 kN/ m2；
rw—水容重，10 kN/ m2；
V—套箱体积,1.2x1.2x6.0；
K—安全系数，取2.0；
W1—预制系梁水中重量
W1=G1-ρg V =216-10x1.2x1.2x6=129.6 kN。
4 结语
4.1 系梁预制和分围堰施工节省了大量材料，同时加紧了施工进度。
4.2 对于桩基面三桩式水中系梁施工，依据实际情况确定施工方案。如一样正在承建运棉河大桥水中系梁，因系梁较短，无法预制，则采取钢板围堰施工。