宕石大桥钢套箱制造拼装起吊运输下沉施工工艺.docx

宕石大桥钢套箱制造、拼装、起吊、运输、下沉施工工艺

一、 钢套箱结构情况
南主墩承台钢套箱由二个甲套箱、一个乙套箱组成。
A、 甲套箱
平面尺寸：10.4×20.8m，四角圆半径R=2.6m；
顶面标高：△+2m，
底面标高：△-29.0m，
甲套箱总高：31.0m，
其中：设计分七节
第一节高2.5m
重27.42t；
第二节高4.0m
重58.36t；
第三节高5.2m
重67.48t；
第四节高4.3m
重4.81t ；
第五节高6.0m
重0.42t ；
第六节高6.5t
重78.98t；
第七节高2.5t
重27.89t；
滑槽
重72t ；
杆件螺栓
约重39.0t
甲套箱钢料总重：
426.55t
刃脚灌水泥砂浆15.6m3
36.0t
甲套箱总重量
462.55t
B、 乙套箱：
平面尺寸：10.4×10.02m
顶面标高：▽+2m，
底面标高：▽-14m，
总高度：16m
其中：设计分四节
第四节高2.5m
重10.45t；
第三高6.5m
重28.37t；
第二节高4m
重14.52t；
第一节高3m
重15.61t ；
杆件螺栓12308套
重6.15t
乙套箱钢料总重量
75.1t
脚灌水泥砂浆5.4m3
重12.4t
乙套箱总重量
87.5t
钢套箱运输及下沉正遇季风季节，根据出厂及吊装机械设备的能力，为确保安全，套箱分节如下：
甲套箱出厂分底节、中节和顶节：底节为设计图中的第一节、第二节和第三节，其高11.7m；中节为设计图中的第四节和第五节，其高10.3m；顶节为第六节和第七节，其高9.0m，分节高度如图1所示。
甲箱吊装重量各为：底节239.0t，中节106.0t，顶节124.0t。
乙箱出厂全高为16米，吊装重量为87.5t。
为确保工期，出厂和吊装租用300吨升阳号吊船，600吨铁驳运输。
二、 钢套箱制造、拼装、起吊、运输
吊装、下沉工序流程图
三、 钢套箱的制造与拼装
南主墩钢套箱按修改后的设计图制造，详见图9130一04（套箱）一103的目录表。
平面：分甲箱、乙箱和甲箱三个单元。
甲箱：10.4×20.8m，四角圆弧半径R=2.6m；
乙箱：10.4×10.2m。
立面：
分两节出厂：
甲箱
乙箱
底节出厂高度：
h1=11.7m
h1=16.00m
中节出厂高度：
h2=10.3m
（无）
底节出厂高度：
h2=9.00m
（无）
总高度：
H=31.0m
H=16.00m
注明：底节出厂指设计图中的甲箱第一节、第二节和第三节。
中节出厂指设计图中的甲箱第四节和第五节。
顶节出厂指设计图中的甲箱第六节和第七节。
乙箱按全高出厂。制造出厂顺序：
① 下游甲箱底节、中节、顶节；
② 上游甲箱底节、中节、顶节；
③ 乙箱全部。
下沉措施设施的厂内制安
1、 按“三处宕指的通知和图纸”于底节设水平竖向射风通风管路，底节的两层风管路在水平龙骨内应以水泥砂浆埋设。
2、 按“三处宕指的图纸”制安下沉导向结构。
3、 按“三处宕指的图纸”制安底节、中节出厂吊点。
4、 第一节的水泥砂浆在厂内灌注。
5、 甲和乙箱连接件按设计图制造。
材料：
1、 本钢套箱的原材料全部符合国标及设计要求，手工焊时焊条用结422焊条。
2、 施工中由于各种原因须变更材料规格型号时，须经设计单位同意。
3、 联结形式按设计图要求，分别采用焊接和普通栓接。
4、 变形的杆件材料，必须校正后方可采用。
制造总体要求：
1、 严格按设计图纸和要求制造；
2、 侧面板焊缝要焊透，不漏水；
3、 节点板连接焊缝要按图纸要求焊牢焊透，无裂纹；
4、 内支撑杆件、规格要按设计要求配齐，不得错、乱、漏，不得以小代大；
5、 杆件连接螺栓按设计要求配齐，钉孔偏差1mm，且不得烧孔；
6、 制造误差：
平面长和宽
±5mm；
平面对角线
6mm；
侧面板平整度
5mm/1m；
节段高度
±20mm；
节段倾斜度
1%H
水平、竖向加劲肋间距
±10mm；
内支撑桁架水平、竖向中心距
±20mm；
桁架节点间距
±5mm；
四、 钢套箱起吊、运输
出厂吊装：采用“升阳号”300t吊船，各箱平面重心距岸边缘10m以内。在厂内设相应锚地、锚柱。
运输：采用大桥32#拖轮及600t(33×12m)铁驳分别运送。拖运期间，由汕头港监清理航道 船只并实施封航。
1、 具体操作步骤
① 对钢套箱吊点、吊具导向结构、风管路进行一次全面检查、验收，并在现场办理有关出厂检验签证手续。
② 在600t铁驳上按设计要求进行压重布置，铺放垫木并抄平，拉紧锚栓绳。
吊点的布置：
根据本套箱的施工措施，甲套箱底节四个吊点不变，每个吊点的起重量为70t，中节的四个吊点设值在原设的第五节桁架顶部，因底节和中节拼接完成后才能落入河床，所以该吊起重量为底节和中节的共重，即345.0t。
③ 拆除套箱内、外支撑、工作脚手架。
④ 300t吊船、拖轮及600t铁驳在汕头船厂的下海码头就位。
⑤ 安装甲套箱底节的吊点、吊具等起吊设备。300t吊船抛锚定位，其吊钩对中后慢慢收紧起重钢丝绳试吊起吊，不得斜拉。起吊时要有专人负责每个吊点的监控。
⑥ 起吊套箱放置于600t铁驳上，为了防止套箱在运输过程中发生倾覆，按设计布置图并拉缆。铁驳底面应平整，套箱的短方向中心线应基本位于铁驳的短方向中心线位置。
⑦ 在套箱的外侧四个角及长方向的中间共设置6根缆风绳，然后松钩。
⑧ 套箱装船后停留的时间不得太长，要避免大风。
⑨ 将套箱运至南主墩平台旁边。套箱及300t吊船运输时，由汕头港监警戒船开道、护航，并由汕拖03拖轮在前主拖，大桥32#轮在右舷扶舵、控制方向。
⑩ 到位后应立即吊装入水。在主墩处要设置15t锚桩备用。
⑪ 2、钢套箱运输稳定计算见表一。
⑫ 3、注意事项
⑬ ①套箱在运输过程中，应严格控制拖轮的速度，随时观察周围的船只，以防止意外事故发生。
⑭ ②运输前应与气象部门取得联系，遇大雨天或5级以上大风应停止工作。
⑮ ③拖运过程中，严禁驳船搁浅、碰撞、打旋、放漂。
⑯ 五、钢套箱下沉
⑰ 1.下沉前的准备工作
⑱ ①首先拆除主墩的桩基施工平台，根据实际需要搭设临时施工平台。测量检查原平台桩平面位置，若影响套箱下沉，则须拔除或处理。
⑲ ②35t吊船就位，准备好吸泥、抓泥及射水、补水设备。铺设好压风管路。
⑳ ③整平河床，使河床面标高达到-8m，潜水清理河床物件，若有型钢及钢板则必须清除。
2、地质构造及套箱下沉过程中的侧面阻力计算：
南主墩基础地质覆盖层主要是淤泥层和沙层，在套箱下沉之前，套箱周围处的泥土面标高为▽-8m。现甲套箱下沉至▽-29.0m，套箱入土深度为21m；一个甲套箱的外侧表面周长57.94m，摩阻面积1216.74m2。乙套箱下沉至▽-14m，入土深度为6m，外侧表面积为124.8m2。当套箱下沉时，套箱内抓泥，仅套箱外侧表面受土摩阻力，如该基础处的砂层及淤泥层的平均摩阻力设定为6KN/ m2，那么甲套箱的侧面摩阻力为F=7300.44KN，乙套箱的侧面摩阻力为748.8KN。

甲箱
乙箱
自重
4625KN
875KN
摩阻力
7300.44KN
748.8KN
沉降系数
0.634
1.17
甲、 乙套箱沉降系数均小于1.3的规范要求，因此要采取特殊措施强制下沉。
钢套箱采取不排水下沉，在下沉过程中采用吸泥、射水等办法来清除箱内砂石，减 少阻力，此外需要采用空气幕、压重。压重的办法有两种：一是正面加载法，二是反顶加载法。
基于钢套箱下沉比较深，下沉过程中平面位置及竖向倾斜难以控制的原因，以四个角桩作为套箱下沉的定位及导向桩，并分别在四个角桩处的套箱支架上设四个双层导向架，使得套箱能沿定位桩准确下沉。每层导向架的高度为2.5m，分别设置在第二节和第三节，，具体布置详见“宕石一061”图。
通过对钢套箱侧摩阻力的估算，仅靠钢套箱自身的自重及压重很难克服土的摩阻力使之顺利下沉。为了减少套箱下沉过程中的侧面阻力，在采取套箱内取土、射水、吸泥及压重的同时，还需设置压风管路，并在下沉前进行通风测试，管路漏风处应及时补焊。射风管路的布置详见图“宕石一064”。
3、 甲套箱下沉
⑴套箱下沉前对各桩的实际位置及倾斜进行准确统计，以调整套箱导向结构尺寸。导向木控制尺寸按施工规范偏差调整。
⑵载箱铁驳在主墩旁定位，300t吊船吊转套箱并绞锚到桩群中心定位，调整套箱方向，对准各桩位置，徐徐下降，使得套箱导向沿钢护筒下滑入水。若有偏位，即刻调整套箱。
⑶底节钢套箱下沉入水并溜梢锁定，然后建立活动工作平台，准备中节与底节对接。
⑷底节与中节精确对位，并在套箱壁的外侧进行点焊。如局部对接困难，则采用千斤顶进行调整。测量人员必须参与套箱接高工作，使用水平仪控制两截套箱的顺直度。
⑸点焊后则全面施焊，并在底节和中节对接处外壳焊200mm×4mm×57.96m加强钣。施焊过程中严格控制板面变形。
⑹施焊完成后进行一次全面检查，并进行油泌试验，不合格的焊缝重新补焊。
⑺拆除工作平台，解除锁定系统，慢慢溜放下沉。在套箱刃脚接触河床后，应测量套箱外河床的冲刷情况，决定是否抛沙包加以防护。
⑻首先通过自重下沉至钢套箱处于稳定并不能下沉为止。
⑼安装吸泥设备，在井壁内对称均匀地吸泥，并随时观测套箱的倾斜情况。因桁架平面空间较小，吸泥须用φ150mm无风头直管式吸泥机。
⑽在吸泥过程中，应向套箱内补足水。任何时候套箱内水位都要高于套箱外水位，以防止翻砂。
⑾首先采用在箱内对称吸泥、射水下沉。如下沉比较困难，则首先采取压重措施，即在内支架顶面对称加三个浮箱并灌满水，压重120T。图2。
⑿通过压重、射风、射水、吸泥使套箱均匀下沉，当刃脚标高达到-19m时，即停止下沉设备，准备接高顶节，接高要求同上。
⒀顶节仅施反顶：在套箱的竖板上设置8个反顶点，每个点的压力为80t。具体布置见图“宕石一066”。以四个角桩做锚桩，在桩顶布置锚杆、桁架支承梁、150t千斤顶及顶梁。八台顶同步加压使套箱逐步下沉。同时箱内吸泥使套箱下沉到达设计标高。见图3。
4、 乙套箱下沉
①两个甲套箱均下沉到位后，开始下沉乙套箱。用300t吊船起吊乙套箱，沿甲套箱的滑槽慢慢准确平衡地下沉至河床面。
②首先采用吸泥下沉燕辅以高压射水。如下沉比较困难，可在四个主节点处加重60t使套臬下沉至设计标高。
③安装甲乙套箱接缝处的堵漏挡板。挡板结构图详见“宕石一067”图。在挡板内吸泥、灌注水下混凝土堵水。
5、 钢套箱下沉注意事项
①钢套箱在下沉过程中发生不正常倾斜时，应探明原因。如刃脚遇有孤石、树干、铁件等，应派潜水工下水挖除、切割，排除障碍后方可下沉。
②钢套箱在射风下沉过程中，压风机应具有设计要求的压风和风量。喷气孔的最大风压不得小于3kg/cm2。
③为稳定风压，在压风机与送气管之间应设置至少2个风包。
④整个下沉过程中，应先在套箱内吸泥取土，接近刃脚后，开始压气下沉。压气时间应根据套箱下沉的情况确定。
⑤停止压气时应缓慢减压，不得将高压空气突然停止，防止造成瞬间负压，使喷气孔内吸入泥沙而被堵塞。
⑥及时完成套箱下沉监测、纠偏，并做好工程日志、下沉记录及有关检验手续。
6、 钢套箱下沉后的允许误差：
① 底面高程：±200mm
② 顶、底面瑟设计平面高差：±100mm
③ 倾斜 ≤H/50
④ 扭转 ＜2°
五、 施工机械（见附表2）
六、 施工安全注意事项
1、 钢套箱在制造中，施工平台、支垫、支撑应搭牢靠；
2、 起吊钢套箱之前应对吊耳、吊具进行认真检查，合格后方可起吊；
3、 在水中对接的施工平台应稳固牢靠；
4、 在内、外井壁进行调整和电焊的工作人员必须带安全带和安全帽；
5、 第一节套箱下水和第二节套箱对接，均应选在天气比较好、风力不大的情况下进行；
6、 钢套箱起吊下水后应在上、下游设置防护措施，防止过往船只碰撞。

附表1 南主墩钢套箱浮运稳定性计算

公式
单位
甲箱底节
甲箱中节
甲箱顶节
乙 箱
高度
h
m
11.7
10.3
9.0
16
重量
W1
t
239.0
106.0
124.0
87.4
船重
W2
t
189
189
189
189
压重
W3
t
100
100
100
100
总重
∑W1=W1+W2+W3
t
528
395
413
376.4
吃水
H0=∑W/BH
t
1.33
1.00
1.04
0.95

h=∑wihi/∑w
m
4.41
2.83
2.85
3.24
重心高度
a=h-h0
m
3.08
1.83
1.81
2.29
惯矩
I=BH3/12
m4
35937
4752
35937
4752
35937
4752
35937
4752
定倾半径
ρ=I/V
m
68.06
9.0
90.98
12.0
87.01
11.51
95.48
12.62

（ρ-α）＞0
m
64.98
5.92
89.15
10.2
85.2
9.7
93.19
10.33
套箱受风面积
A=h×B
m2
121.68
243.96
107.12
210
93.6
187.2
166.4
166.4
风 力
HW=W0A
kN
60.84
121.68
53.56
105
46.8
93.6
83.2
83.2
船体风力
H0
kN
8.22
22.61
10.2
28.1
9.96
27.39
10.5
28.88
风力合计
∑H= HW+H0
kN
69.06
144.29
63.76
133
56.76
120.99
93.7
112.88
力 矩
∑H×Li
kN-m
444.25
892.69
373.38
738
295.06
595.2
818.34
830.84
tgφ
∑M/V（ρ-α）

0.0013
0.02896
0.0011
0.02
0.0084
0.00149
0.00233
0.0214
倾 角
arctg(φ)＜5°
度
0.0074
1.6359
0.061
1.05
0.048
0.851
0.1336
1.2242

附表2：南钢套箱施工机械表
机械名称
单位
数量

300t吊船
艘
1

大桥32#拖轮
艘
1

600t铁驳
艘
1

汕拖03
艘
1

警戒艇
艘
1

压风机
台
1

φ250mm吸泥机
台
2

φ150mm吸泥机
台
2

9级高压泵
台
1

φ250mm水泵
台
1

TN112塔吊
台
1

150t千斤顶
台
12

浮箱40m3
个
3

射水设备
套
1

35t吊船
艘
1

相关工艺
沉浮式钢套箱在哈尔滨松花江公路大桥基础施工中的应用.doc
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