长江隧桥工程高桩承台混凝土底板钢吊箱施工.pdf

3 0 铁道建筑 Ra i l wa y En g i n e e r i n g 文章 编号 ： 1 0 0 3 - 1 9 9 5 ( 2 0 1 0 ) 0 8 - 0 0 3 0 4 长江隧桥工程高桩承台混凝土底板钢 吊箱施工 向 科 ( 中铁二十四局集团有 限公 司， 上海2 0 0 0 7 0 ) 摘 要 ： 针 对长 江隧桥 工程 高桩 承 台施 工 ， 解决在 河床 变化 明显 、 流 水压 力大 、 受 台风影 响等 水文地质 条件 下 ， 高桩承 台基 础的施 工 问题 ， 旨在 为 以后 同类承 台施 工提供 借 鉴 。介 绍 了混凝 土底 板 钢 吊箱 的 组成 、 特 点及各 结构 构件 的构造 ， 详 细阐述 了钢 吊箱 围堰 的制 作与拼 装 ， 沉放 与精 度控 制 ， 封底 混 凝 土浇 筑 的 方法、 施X - 组织和施工过程 中的控制要点。实践表明， 混凝土底板钢吊箱是适合 于深水高桩承台的施工 工艺， 具有施工周期短 、 周转材料投入少和施工风险低 的显著特点， 可在长江隧桥 工程同类承台上普遍 推 广运 用。 关 键词 ： 混凝 土底板 钢 吊箱 高桩 承 台 施 X - 工 艺 隧桥 X - 程 中图分类 号 ： U 4 4 3 2 5 文献标 识码 ： B 1 工 程概 况 长 江隧桥 B l 标 段 位 于 长兴 岛北 侧 ， 其 中水 中 墩 共 2 8座 ， 各墩 均 设 左 右 两 幅 承 台 。承 台 尺 寸 1 1 7 i n 7 8 m 2 5 m， 承 台顶 高程 +4 0 m， 承 台底 高程 + 1 5 m， 均为高桩承台。基础采用 4根 1 8 m钻孔灌 注桩 ， 桩 长 7 7 8 7 m， 见 图 1 。墩 身位 置处 水 深 41 2 m， 河床变化非常明显 ， 涨潮和退潮时流水压力作用显 著 。工 程地处 长 江 口， 为 中等 强度 潮 汐 河 口。长 江 口 季节性 台风 主要分 布在 8月 和 9月 的施 工 旺季 。 图 1 典型桩基础布置图( 单位 ： c m) 施工中针对滩海环境下 高桩承台的特点 ， 并根据 施工难度大、 环境复杂、 工期 紧张等施工特点 ， 在充分 借鉴国内外施工经验 的基础上， 首次设计和应用 了混 凝土底板钢侧板组合 吊箱围堰， 在确保安全和质量的 收稿 日期 ： 2 0 1 0 - 0 4 - 2 5； 修回 日期 ： 2 0 1 0 -05 - 2 0 作者简介 ： 向科 ( 1 9 7 8 一 ) ， 男 ， 重庆人 ， 工程 师。 前提 下 ， 大 大节约 了施 工 成本 、 缩 短 了施 工周 期 ， 在 高 桩承 台的施 工技术 上取得 了突破 。 2 混凝土底板钢 吊箱 围堰特点及组成 与钢结构底板钢 吊箱 、 双壁钢 围堰 和大型钢套箱 等相 比， 混凝土底板钢吊箱具有以下特点 ： 混凝土底 板加工简便， 造价低 ； 无需 回收， 无需水下作业。现 场加工方便， 总重量小 ， 易于 吊装移位； 结构简洁， 施工 周期 短 。充分 利用 了钻孔 桩 的 4个 钢 护 筒 ， 便 于设 置 吊挂系统； 不需船舶， 节省航道审批时间和船舶租 赁 费用 。 围堰 主要 由混凝 土底板 ( 封 底 混凝 土 ) 、 钢 吊箱 壁 板 及 内支 撑 、 吊挂系统 ( 下沉 系 统 ) 4部分 组 成 ， 如 图 2 所 示 。壁 板和底 板是 围堰 的主要 阻水结 构并兼 作承 台 模 板 。为了浇筑 混凝 土 底板 ， 在 其下 安装 预制 混凝 土 板 作 为 钢 吊箱 底 篮 ， 底 篮 支 撑 在 钢 护 筒 上 的 临 时 牛 腿 上 。 2 1 钢 吊箱壁 板及 内支撑 钢 吊箱 由壁板 、 面 板 竖 向背肋 、 面板 横 向背肋 、 水 平环向型钢 、 内支撑等结构物组成 。 1 ) 钢 吊箱 主尺寸 。考 虑 施 工 1 0 c m 的误 差 ， 钢 吊 箱 平 面尺 寸 取 1 2 8 8 6 e m x 8 4 9 2 c m， 壁厚 0 2 4 6 m。 钢 吊箱 总高 3 7 m， 钢 吊箱 顶 高 程 为 +4 5 m， 钢 吊箱 底高程为 + 0 8 I n 。 2 ) 钢吊箱 结构布置。钢 吊箱平面每节划分 为 6 块 ， 竖向共一节 ， 共 6块 ， 最大块质量 2 6 6 t ， 平均质量 为 2 6 2 t 。壁 板厚 8= 6 mm的 钢板 。 2 0 1 0年第 8期 长江隧桥工程高桩承台混凝土底板钢 吊箱施工 3 1 ( a ) 平面 图 ( b ) 总剖 面图 图 2 钢 吊箱 围堰设计 图( 单位 ： c m) 3 ) 钢 吊箱壁板。单壁结构壁板经计算确定 面板 采 用 6 m m 钢板 。面 板 竖 向 背肋 ： 根 据钢 围堰 所 受荷 载大小 ， 使用型钢 ， 平面数量不等 ， 竖 向背肋标准间 距 为 4 0 c m。面 板 横 向 背 肋 根 据 钢 围堰 所 受 荷 载 大 小 ， 使用厚 8 mm的钢板 ， 平 面数量不等 ， 横 向背肋标 准 间距为 5 0 e m。 4 ) 水平 环 向 型钢 。水 平 环 向型 钢 是 钢 吊箱 主要 承重部位 ， 采用 型钢， 主要承受壁板传递 的荷载 ， 通过 内支撑 达到 钢 围堰 受 力平 衡 ， 水 平 环 向型 钢沿 竖 向布置间距 为 3 0 0 、1 0 0 0 、 1 0 0 0、 1 2 2 5 、 1 7 5 0 e m。 5 ) 内支撑 。内支 撑 为 4, 2 7 38 m m 的钢 管 ， 按 受 力及施工空间要求设为 1 层 ， 高程为 + 4 3 2 5 m， 交叉 形布置。内支撑对应的位置采用钢板进行受力分配。 2 2钢 吊箱底 篮 钢 吊箱底 篮采 用 预 制 混 凝 土 板 ， 厚 度 d=3 0 e n l 。 采 用“ 底 包 侧 ” 的 方 案 ， 底 板 各 边 比 吊箱 各 边 大 1 1 4 c m。底 篮 共 分 为 4块 ， 分 缝 处 包 3 o a 槽 钢 ， 中 间 预 留 4 , 2 2 m圆孔穿过钻孔桩钢护筒 。拼装到位后 ， 再将接 缝处 的型 钢用钢 板满 焊使 其成 为整 体 。外 边缘设 置 预 埋铁 件与钢 吊箱 壁板焊 接 。如 图 3所示 。 2 3吊挂 系统 考虑施工方便 ， 钢 吊箱下沉采用 1 0 t 手拉葫芦进 行 ， 要求手拉葫芦垂直受力。吊点用 4, 3 2制作 ， 设在 底 篮预制 混凝 土板上 。吊点共 1 6个 ， 每块 设置 4个 吊 图 3 底 篮设 计 图 ( 单 位 ： c m) 点 ， 手 拉葫芦 安装 在 护 筒 上 的 型钢 上 。底 篮 带 着 吊箱 下 沉 ， 吊箱 自重 ( 1 5 7 3 k N)+底 篮 自重 ( 5 7 0 k N)= 7 2 7 3 k N， 每个 吊点受力 4 5 5 k N1 0 0 k N， 满足要求。 孔 口周边及 吊点处用钢筋网片进行加强。 2 4混 凝土底 板 考 虑 围堰 内抽 完 水 时 ， 底 板 在 吊箱 内外 水 头差 产 生 的浮 托力作 用 下不 被 顶 裂 ， 以及 吊箱 与 封 底混 凝 土 自重 之 和 大 于 浮 力 ( 避 免 上 浮 ) ， 并 考 虑 一 定 安 全 系 数 ， 确定封底混凝土采用 C 2 0混凝土 ， 厚度为 7 0 c m。 3 吊箱制作与拼装 围堰 施工 步骤 如 图 4所示 。首先在 陆上进 行预 制 和试 拼 。然后 钻孔 桩钢 护 筒 上 焊 接 牛腿 ， 搭 设 临 时 拼 装平 台 。再利 用 临时拼装 平 台 吊装 和组 拼预 制好 的混 凝土底篮和钢箱 ， 并安装 内支撑及吊挂 系统。系统安 装 完 成之后 ， 割 除 临时 牛 腿 ， 吊箱 在 自重 作 用 下 下 沉 。 下沉 到位后 ， 浇 筑 封底 混 凝 土 。待 封 底 混凝 土 达 到 强 度后 ， 抽除围堰 内积水， 进行承台施工。承台施工完毕 后 ， 拆除钢 吊箱 ， 进行墩身施工。 3 1 钢 吊箱 加 工与试 拼 分块加 工钢 吊箱 壁板 ， 按有 关规 范 、 工 艺要 求编 写 钢板与 钢板 间 、 钢板 与型 钢间 及 型 钢 与 型钢 间 焊 接工 艺 和施 焊原则 ， 以防 止焊 接 变 形 过 大使 局 部 或 整 体尺 寸超 出图纸允 许误 差要 求 。钢 吊箱壁板 上 的所有 焊缝 使用煤油 1 0 0 检查有无 漏 焊孔洞。钢 吊箱加 工完 成 ， 进行 钢 吊箱陆地 试 拼 。 3 2 钢 吊箱底 篮加 工 底篮在陆上进行整 体预制 ， 预制时将整个混凝土 底模 对称分 成 四块 ， 根 据设 计 尺 寸 先 安装 混 凝 土 底 模 钢筋 ， 每块 根据 钢护 筒 位 置设 置 预 留孔 以及 进 行 吊环 等预埋件安装 ， 如 图 5所示。模板检查合格后灌注混 凝土 ， 并及时做好各分块的标识。混凝土达到设计强 3 2 铁道建筑 图 4围堰 施 工 步 骤 图 5 钢吊箱底篮整体预制 度 9 0 时 ， 用平 板 车将其 运至现 场栈 桥平 台上 。 3 3安装 钢 吊箱 底篮 首先在常水位以上 的钢护筒上焊接牛腿 ， 作为I临 时 支撑 。临时 牛腿 采 用 6=1 0 mm 钢板 加 工成 梯 形 ， 沿 钢护筒 圆周方 向布 置 4组 ， 每组 由 3块梯 形 钢 板组 成。为方便施工 ， 采用倒挂牛腿的形式 ， 安装时必须保 证 4组牛腿 顶 面在 同一 水平 面上 。 混凝 土底篮 运至 现场后 ， 利用 5 0 t 履 带 吊起 吊、 安 装 。安装 时利用 钢护 筒 作 为导 向系 统 ， 将其 安 放 在钢 护 筒 的临时支撑 上 ， 用 钢筋 焊接 固定 ， 然 后根据 桩 中心 位置调整每块混凝土底模的中心位置。采用同样的工 艺 安装另一 块混凝 土底 模 ， 当 4块都 安装 完毕后 ， 根据 承 台 中心位 置精 确调 整 混凝 土 底 模 的 中心 位 置 ， 确保 两者在误差允许范围内。 3 4拼装钢 吊箱 壁板 首先在钢护筒上焊接支撑牛腿 ， 牛腿顶 面高程为 + 0 5 m， 作为钢吊箱下沉到位 的临时施工平 台支撑。 牛 腿构造 同临 时牛腿 。 将 陆地试 拼平 台上 的分 块钢 吊箱按 编号顺 序运输 至栈桥上 ， 采用 5 0 t 履 带 吊机进行 拼接 吊装 ， 5 0 t 履带 吊机 采用 H ， 。 型 钢作 为行 走 轨 道 ， 随 吊装 顺 序 移 动 而 移动 。水平 移位 至组 拼平 台放样 位 置 ， 下 放 至平 台上 后调 整垂直 度 ， 并 用 型钢 将该 块 钢 吊箱 固定在 导 向架 和护 筒上 。各块位 置 固定后将 各块 间焊接 。钢 吊箱 全 部分 块拼完 合龙 ， 重新调 整位置 符合设 计要求 后 ， 方 可 进行焊接 ， 即焊接相邻分块竖 向拼接缝 ( 挂梯焊接或 用单 人 吊篮 ) ， 将 整 条 竖 缝 焊 接 完 毕 后 ， 再 在 其 上 贴 0 6 c m1 0 0 e m 的 钢板 带 并 进 行 两 条 焊 缝 的 焊接 ， 焊缝 的厚度要 求 必须满 足设计 图纸 的要求 。 3 5 吊挂 系统和 沉放 系统 吊挂 系统设 于既 有钻 孑 L 桩 的钢 护 筒 上 ， 可充 分 利 用永久结构 ， 方便承台施工。钢 吊箱主承重梁 为双拼 I 5 工 字钢 ， 沿桥 横 向 护筒 上 平 行 布 置 2条 ， 单 根 主 梁 长 1 1 5 m， 主梁在 钢 护筒 两 侧 对称 预 留 2个 + 4 0 m m 吊杆 穿孑 L ， 穿 孔 间距 为 2 4 m。主梁 吊挂采用 t h 3 2 m m 精轧 螺 纹 钢 筋 ， 扁 担 梁 采 用 双 拼 I z s 工 字 钢 ， 如 图 6 所示 。 图 6钢吊箱 吊挂与沉放系统 在施工过 程 中采用 8根 6 m 长 的 3 2精 轧 螺 纹 钢 、 扁 担梁 以及 8个 3 2 t 螺 旋 千斤 顶作 为整 个钢 吊箱 的下沉 系统 。钢 吊箱 的下 沉系统 采用钢 护筒搭 设扁担 梁 吊装 钢 吊箱 。 4 吊箱沉放 4 1利 用低 潮位沉 放钢 吊箱 由于钢 吊箱结 构本 身 比较轻 ， 下落 到 位前 抗 浮性 能和抗 风浪 的平衡 性能 较 差 ， 所 以 对下 放 时 间要 求较 高 。为最大 限度 降低施 工 难 度并 减 小 结构 受 力 ， 选择 在 低潮位 进行 钢 吊箱 沉 放 。长兴 岛北 岸处 于 长 江 口， 属 于非 正规半 日潮 ， 在 无 大风 浪 的情 况 下 实 际潮 位 比 潮 汐 表所示潮 位 晚 0 5 h ， 且其 落潮 比涨 潮速 度要慢得 多。为准确掌握潮位变化情况 ， 利用原有栈桥钢管桩 对潮位进行观测 ， 咨询 了当地居民并结合( 2 0 0 7年上 海潮汐表 确定 最低潮位前 1 h与后 0 5 h为最佳施 工时 间 ， 即 7 ： O 08 ： 3 0和 1 9 ： O 0 2 0 ： 3 0， 参 见 图 7 。 2 0 1 0年第 8期 长江隧桥 工程 高桩 承台混凝 土底板钢 吊箱施工 3 3 吕 疑 、 、 ， 厂 一 潮 时 图 7实测潮位表 4 2钢 吊箱 的下沉 及精度 控 制 由于本工 程设计 的钢 吊箱 为单 壁 结 构 ， 既 充 当下 沉结构载体又作为承台施工钢模 ， 因而钢 吊箱的轴线 准 确性 直接 影 响后 期 承 台 的轴 线 位 置 。沉 放 钢 吊箱 时 ， 先利 用 吊挂 系统 均匀上 提 围堰 1 0 c m， 割 除 临 时 牛 腿 并拆 除底 平 台 ， 然 后 下 沉 直 至钢 吊箱 设 计 高 程 处 。 在 下沉过 程 中每 2个 千 斤 顶 为一 组 ， 操 作 人 员 也 每两 人一组。在下沉过程 中， 设专人指挥 ， 统一指令 ， 确保 同步下沉 。实 际施 工 过 程 中 ， 钢 吊箱 的轴 线 偏差 控 制 在 1 0 m m 以内。 以 P M 2 2一P M2 5为 例 ， 轴线 理 论 与实 测 数值偏差 对 比见表 1 。 表 1轴线理论与实测数值偏 差对 比表 左侧 K1 l + 1 9 3 1 4 1 2 6 2 4 4 3 9 9 9 0 1 9 3 1 4 1 3 1 2 4 4 3 1 9 9 0 5 8 PM2 2 右侧8 9 8 1 9 3 5 0 0 0 0 2 4 4 5 5 6 7 8 1 9 3 5 0 0 0 6 2 4 4 5 8 6 7 8 6 3 左侧 Kl 1 + 1 9 3 5 7 3 4 6 2 4 4 6 5 1 3 1 1 9 3 5 7 3 4 4 2 4 4 7 0 1 3 12 5 PM2 3 右侧9 4 8 1 9 3 4 8 2 1 9 24 4 8 0 8 2 1 9 3 4 8 2 2 6 24 4 8 7 8 2 0 7 7 左侧 K l l+ 1 9 4 O 0 5 6 5 24 4 9 0 2 7 3 1 9 4 0 0 5 5 6 2 4 4 9 5 2 7 3 9 5 P M2 4 右侧9 9 8 1 9 3 9 1 4 3 8 24 5 0 5 9 6 1 1 9 3 9 1 4 4 6 24 5 0 0 9 6 1 85 左侧 K 1 2+ 1 9 4 4 3 7 8 4 24 5 1 5 4 1 4 1 9 4 4 3 7 8 8 24 5 0 6 4 1 4 4 9 P M2 5 右侧0 9 8 1 9 4 3 4 6 5 8 24 5 3 1 1 0 3 1 9 4 3 4 6 6 6 24 5 3 7 1 0 3 8 6 5 封底混凝 土浇筑控制措施 钢 吊箱下 沉到位 后 ， 首先 用 土 工 布封 堵 护 筒 和混 凝 土底板 之 间的缝 隙 ， 选 择 当 日的最低 潮 位 时 浇 筑混 凝 土 ， 浇 筑时采 取 了以下控 制措 施 。 5 1设置 泄压 平衡 阀 根据 混凝 土承压 不承 “ 冲” ( 底 板从 下 至上 的负水 压对混凝土是一个致命 的冲击) 的特点及箱体稳定的 需要 ， 在 承 台底 高 程 上 2 0 e m 处设 平 衡 阀 。尽 量 安排 潮位 在平 衡 阀门 以下时进 行封底 ， 如 潮位增 势过 猛 ， 可 及时 开启该 平衡 阀 ， 让 围堰 外江水 缓慢 流人 ， 平衡 内外 水差 ， 保证 混凝 土上下 压力 平衡 ， 确保 封底 成功 。在承 台混凝 土 浇筑前 ， 如 遇 较 大 的风 浪 ， 可 以开启 平 衡 阀 ， 使江水 流 入钢 吊箱 围堰 内 ， 平衡 内外水 压 ， 以减轻 波浪 对钢 吊箱 的冲击 力 ， 并 减小 钢模板 变形 。 5 2临 时加 固措 施 在 钢 吊箱拼 装 过 程 中 ， 加设 临时 加 固钢 筋 。每 块 模 板利 用 2根 西1 6钢筋 与 钢护 筒相 连接 ， 减少 拼装 过 程 中可能 引起 的结构 变 形 ， 保 证模 板 与 底 板 良好 的接 触。在钢吊箱下沉到位时 ， 在钢 吊箱顶部纵向中心轴 线 处加 设双 拼 I 。 工 字钢 ， 并在 封 底混 凝 土范 围内加 设 两对对 拉钢 筋 ， 将 顺桥 向两 块钢模 板对 拉 ， 有 效控 制浇 注 混凝 土过程 中混 凝 土对 侧 向模 板 的 压力 ， 减 小 了模 板 的变 形 程 度 ， 增 强 了钢 模 板 与 封 底 混 凝 土 的 密 接 性 能 6 结语 本次高桩承台的围堰方案充分考虑了施工环境的 复杂 性及 承 台结构 的特 点 ， 首次 采 用 了混 凝 土 底 板单 壁钢 吊箱 围堰 方案 ， 该方 案具有 成本 低 、 速 度快 和风 险 低的显著特点。通过有效 的控制措施 、 有效利用低潮 位 和合理 的施 工组织 ， 钢 吊箱 的制作 和施 工效率 高 、 质 量好且施工精度高。该方案不仅在我标段获得成功应 用 ， 而且在 全桥 同类承 台上 普遍 推广运 用 ， 为桥梁 深水 高桩 承 台施 工积 累 了宝贵 经验 。 参 考 文 献 1 刘 白明 桥梁深水基础 M 北京 ： 人 民交通 出版社 ， 2 0 0 3 2 范立 础 桥梁工程 M 北京 ： 人 民交通 出版社 ， 1 9 9 3 3 陈宁贤， 吕贤 良 大型钢 吊箱 围堰 的带荷载提升和下放施工 技术 J 铁道建筑 ， 2 0 0 7 ( 1 ) ： 4 - 6 4 庞建军 ， 肖建平 高桩 承 台钢 吊箱 围堰 施工 工艺 J 铁 道 建筑 ， 2 0 0 6 ( 5 ) ： 2 7 3 0 5 程海琴 ， 兰其平 ， 邓少 峰 天兴 洲大桥 双壁钢 吊箱围堰定 位 精度的分析与测量控制 J 铁 道建筑 ， 2 0 0 8 ( 1 O ) ： 1 2 一 l 5 ( 责任 审编 王红)