双壁钢围堰施工技术方案概要.doc

水中基础P4#、P5#双壁钢围堰施工方案一、工程概况X嘉陵江大桥主桥结构型式为双塔双索面混凝土斜拉桥，60+135+250+135+60m 5跨连续梁，塔梁固结（如图1所示）。图1.主桥桥型布置主墩P4、P5位于河中段，承台尺寸为24.4m24.4 m6.0 m，承台底标高分别为167.912m，166.412m，封底混凝土厚度均为2m，P4河床底标高为由岸边172.3m过度到水中170.7m,P5河床底标高约为168.5m。图2.基础水位情况项目进场初期（2010年10月中旬），桥位处水位达175m。目前桥位河面宽400m左右，水位173m，河水流速1m/s。P4墩中心距离南岸岸边25m左右，P5距北岸岸边150m左右（如图2所示）。考虑三峡蓄水影响及嘉陵江水情特点（如每年4月左右的桃花汛），决定P4#、P5#基础均采用双壁钢围堰施工。围堰平面尺寸均为边长26.8米的正方形（考虑钢围堰定位精度，围堰内壁尺寸比承台稍大），内外壁间距均为1.0m，围堰顶标高均为176m，其中P4#围堰高10.088m，自重338t（包括两层内支撑和护筒导向架），吃水深度约3.7m，分两节加工，首节高6m，吃水深度约2.2m；P5#围堰高11.588m，自重378t（包括两层内支撑和护筒导向架），吃水深度约4.1m。分两节加工，首节高6m，吃水深度约2.2m。围堰设计见图3、图4。二、施工难点分析1）、围堰体形庞大，施工难度大：围堰平面尺寸为边长26.8米的正方形，内外壁间距1.0m，P5#高11.588m，自重378t。2）、嘉陵江上航道狭窄（目前河面宽400m），两个基础中心距250m，通航条件为不小于160m，且两个围堰同时施工，要在不断航的条件下完成锚碇系统布设、围堰施工等水上作业，难度很大。同时，狭窄的航道也不利于大型设备和大宗材料的运输。3）、施工水位变化幅度大。以往嘉陵江在枯水季节（24月份）水位为167m169m，今年由于受三峡蓄水影响水位较高（最高时达图3.钢围堰设计（总平面图）图4.钢围堰设计（立面图）175m），根据了解三峡在2月下旬到4月份要陆续开始放水，所以水位可能有较大降幅；同时根据嘉陵江水情特点，4月左右会出现桃花汛，届时水位可能出现较大涨幅（根据历年资料显示，可能达到175m），所以整个围堰施工过程中水位变化较大。4）钢围堰直接座落于基岩爆破面上，水下爆破状况直接影响到围堰平面和竖直面的准确性及混凝土封底的效果。三、围堰施工1）、锚碇系统布置锚碇是使围堰在水中悬浮状况时固定其位置的重要设施，其数量和规格应由钢围堰的形状和大小、船舶的种类和数量、流速和风力的作用及钢围堰在悬浮状况过程中各种最不利因素组合的外力而定。其基本布置思路是因地制宜，必须安全强大且能够迅速高效地实施布设。围堰所处的江面为一深谷，且走势弯曲，风力较小，主要受力为水流的冲击力。根据F=KA2/2g,(其中K为截面阻水系数：考虑围堰为矩形，取1.0；A为阻水面积：考虑最不利情况，P5着床前，面积=26.8*（173-168.5）=120.6m2；水的重度，取10KN/m3；水的流速,考虑桃花汛，取2m/s)，计算得246KN。据此采用如图5所示锚定系统。锚碇系统由导向船（1艘800t铁驳）和主锚、尾锚、侧锚、锚链、锚绳及收紧系统等几部分组成。导向船为1 艘800t铁驳，既作为调整钢围堰位置的约束体系，又作为基础施工的辅助工作平台。围堰导向船间设两道兜揽连接。图5.钢围堰锚定系统主锚承担锚碇系统顺水方向的所有外力（风力及水流冲击力）作用。尾锚主要是承受尾部方向的风荷载，适应主锚受力及调节导向船系统和围堰的位置。侧锚作用是调节和控制导向船的横向位置，使导向船在横向风力、水力、船舶撞击下保持稳定。为保证航道通航安全，侧锚采用长锚链尽量压在河床下。主锚采用3个68t霍尔式铁锚（根据其他工程经验，在这种地质情况下，可达到450KN以上的锚力），侧锚为2个3t霍尔式铁锚和2个地锚。尾锚为2个3t霍尔式铁锚，主锚采用36钢丝绳，边锚采用32钢丝绳，滑车组采用22钢丝绳上卷扬机。兜揽和斜缆采用32钢丝绳。导向船与钢围堰的连接方式及各锚的位置情况见图5。2）、抛锚及定位抛锚采用“甩梢”的方法进行抛锚：抛锚时采用拖轮拽带抛锚船浮运至锚位，由全站仪测试位置后，松开挂置铁锚的钢丝绳，铁锚因自重而落入河床。在江边利用浮吊将直径为16mm20mm，长约20m的钢丝绳挂住铁锚，将钢丝绳一端固定在带缆桩上，然后将活头绕成字于带缆桩上，活头的末端用细麻绳扎住。铁锚挂好后，将连于锚上的锚链在船上摆好，盘好钢丝绳，并将锚绳的末端固定在带缆桩上，准备工作完后，将船拖至测量指定的锚位，其他人员站在安全地点，由一技术熟练的工人将活头松开，铁锚靠自重力落入河床，锚链及锚绳随之落入河中。锚绳要随抛随及时校直，以避免锚抛下后锚链和锚绳随锚抛下后发生堆积，锚抛下后需有一定的推力，使铁锚移动一定的距离，在移动的过程中形成的锚固力对锚尾的预拉力一般拉到设计拉力的80%左右。3）、导向船布置、浮运定位导向船是配合围堰下沉、定位以及钻孔桩施工的主要设施。导向船是由1艘800t铁驳，利用钢丝绳和船上制作的限位装置将铁驳和首节钢围堰绑定，采用拖轮将铁驳和钢围堰拉到桥墩位置，然后再系定主锚、边锚及尾锚。考虑整个水上施工系统庞大，对导向船的整体稳定性受到一定的影响，必须对导向船船体进行加固和压重。4）、围堰制造、底节拼装、下水双壁钢围堰在工厂分块制造、通过船只运输至现场进行拼装。为保证工程进度，P4#、P5#围堰首节分别采用两个平台拼装。P4#利用在水中搭设钢结构平台拼装，焊接后通过卷扬整体起吊下水（临时钢结构平台如图6、图7所示）。P5#利用P6#筑岛平台实现岸上拼装，底节焊接后用气囊法下水（详见下页）。其余块件运至墩位后则通过浮吊吊装拼焊、下沉。各节块围堰组拼时应按车间内编号顺序进行。各节围堰先点焊组拼成整体然后对围堰直径、倾斜度及围堰结构等进行测量检查合格后方能全面施焊。围堰焊接完毕，应对焊缝认真检查，对壁板和隔舱板焊缝进行煤油渗透检查，不合格的应予以补焊。图6.水中平台平面布置图7.拼装平台及吊点立面图P4#利用卷扬起吊下水：在墩位上游100m处搭设临时支架用以拼装钢围堰，利用临时胎架上的8个门吊架同时起吊底节围堰，割除底部支撑型钢，将底节围堰下放入水，入水后在原位焊接第一层内支撑和护筒导向架。P5#用气囊法下水：围堰在12个50cm高的坐墩上拼装，焊接完成后（包括第一层内支撑和护筒导向架）在围堰底口临时焊接12根630mm的钢管（主要用以增加气囊和围堰的接触面积同时增强围堰的刚度，防止围堰在下水过程中变形）。气囊选用CL-VI1.8m14m专用高强度尼龙橡胶承载气囊。钢管焊接完成后，将24个气囊分两排平行插入围堰底部（布置见图8），充气顶起围堰，然后抽走坐墩。围堰下水前，在河中抛两口5吨的八字锚，作双壁钢围堰的下水的牵引力，牵引钢围堰在气囊上向江边滚动；同时，钢围堰的后面同样设置上三个能满足80吨拉力的地锚，地锚要求长3米、宽25米、深35米。利用10吨卷扬机、100吨级的滑车组组成制动牵引力，后面的卷扬机慢慢地放松钢丝绳，使双壁钢围堰在卷扬机控的制下慢慢地使入江中。入水稳定后水下割除底口临时钢管。图8.临时钢管及气囊布置图5）、围堰接高、下沉围堰下水后，用牵引船将围堰拖到桩位处，开始注水下沉。围堰的横桥向由导向船的主锚和尾锚调节，围堰的顺桥向定位由导向船上的边锚及岸上的地锚来实现。围堰底节在水中保持稳定后，准备接高第二节围堰，在首节围堰顶向下150cm左右位置制作焊接平台。围堰接高利用浮吊逐块对称安装来实现。在钢围堰拼装第二节的同时进行各锚的抛置，并为钢围堰进行粗定位，第二节围堰拼装完成后，继续向围堰井壁内均匀灌水，使之下沉。随时调节围堰柔性支撑，始终使围堰和导向船处干相对稳定状态。将围堰接高着落河床。接高时必须保证上下节钢围堰的竖直。6）、围堰着床双壁钢围堰精确定位着落河床是围堰施工中重要而关键的工序，围堰定位是一项受较多因素制约的细致工作，与流速、水位、河床岩面高差、气象条件、围堰位置等因素有关。对这些相关因素在围堰着床前和着床中必须随时充分掌握其实测数据，才能做出正确的决策，以使围堰顺利着床到设计位置上。首先在围堰所处位置的水底利用潜水员和标尺进行探查，根据河床底与围堰接触面实际情况，采用袋装水泥和砂的混合干料找平（围堰位置爆破控制平面标高在30cm内）。 在着床前围堰一般定位在设计位置偏下游1015cm处。围堰着床前，必须绞紧锚缆，使导向船和围堰处于稳定状态，其飘移量要求在 10cm内。围堰着床是通过向围堰双壁隔舱内快速大量地灌水压重的办法来实现的，在着床前必须准备好吸泥机、水泵、压风机等设备。围堰着床时先控制灌水下沉，在刃尖距河床较高处0.3米时停止，保持围堰处于悬浮状态，然后同时启动数台水泵均匀对称地向各隔舱内灌水，使围堰刃脚尽快着床。同时要随时测量围堰的位置、状态情况，当需要调整时，应启动水泵从围堰隔舱内向外抽水，使围堰上浮，通过收绞锚绳调整围堰的位置和垂直度，通过几次反复调整，最后使围堰的定位精度满足规范要求。着床后围堰靠岸边侧边锚加到钢围堰上后，将地锚钢丝绳解除（见图5,8号、9号钢丝绳解除，锚到钢围堰上，如图虚线位）。围堰定位调整措施：、围堰横桥向位置调整若围堰偏下游，则慢慢放松尾锚索，同时收紧主锚索，将围堰向上游拉，调整至围堰轴线与墩轴线上下游偏差在5cm以内。在调整时要注意保持各锚索的受力均匀。若围堰偏上游，则按照相反的方向操作。、围堰顺桥向位置调整围堰顺桥向位置主要通过导向船的边锚和岸上的地锚来调整，若围堰偏向南岸，则放松南侧边锚、收紧北侧边锚，将围堰向北岸调整。、围堰的垂直度调整经过以上2步的调整，已将围堰的顶面位置偏差调整在5cm以内，垂直度的调整主要依靠测量及上下节钢围堰焊接保持垂直来控制。通过对隔舱加、减水来调整。四、钢护筒制造、安装钢护筒内径取2.8m，壁厚取14mm。拟定底标高为岩面标高，顶标高为比钻孔平台顶面平行。钢护筒在岸边制造，用船运至现场进行安装，由于钢护筒较长，直径大，重量大，因此每个钢护筒分为2节卷制。钢护筒安装采用双层定位的方法，以保证其平面位置和垂直度。两层护筒导向架分别焊接在两层钢围堰上，护筒导向架采用630钢管及I22a工字钢，与围堰原有内支撑相连成整体，具体见图9。由于没有覆盖层，不用振动锤对钢护筒进行插打，而是通过强大的双层定位系统对其位置进行固定。图9.护筒导向架五、钻孔平台施工钻孔平台采用贝雷梁组拼，支撑在双壁钢围堰及钢护筒上。贝雷梁顶面安装I22工字钢分配梁，工字钢顶平铺设32槽钢形成钻孔作业平台。护筒敷设完成后，在每个护筒两侧设置牛腿，贝雷梁在船上分组组拼，再利用浮吊安装到护筒两侧的牛腿上，焊接限位卡固定，然后通过平联、剪刀撑等将贝雷梁分片连成整体，最后在平台顶面安装分配梁、槽钢（如图10所示）。图10.钻孔平台布置六、清基及封底混凝土施工（1）、清基围堰清基是为水下封底混凝土与基岩面结合避免出现大面积夹层，防止钻进过程中出现漏水现象。采用1台420mm吸泥机吸取较大的石块，配备1个弯头吸泥机辅助吸除刃脚斜面下的泥砂。清基后，要安排潜水工对河床面进行逐段清理和检查，并将围堰刃脚与岩面之间的空隙尽量堵住。并按方格网坐标点逐点量测基岩面的高程，然后绘出等高线，以供封底前布设钢护筒用。（2）、封底封底混凝土厚2.0m，采用C25混凝土，坍落度控制在1822cm，首盘下管的坍落度控制在14cm左右，保证混凝土的锥堆效果，从而确保导管埋深。封底混凝土灌注采用中心集料斗、垂直导管多点水下灌注，南、北岸各搭设简易浮桥一座，主要用于泵管的铺设，利用混凝土供应由商品混凝土工厂搅拌车运至栈桥桥头，P4墩采用渡轮将混凝土罐车运到南岸岸边,利用高压输送泵通过布置在栈桥上泵管输送至墩位集料斗内。封底混凝土浇筑的顺序应兼顾先四周后中间、对称均衡原则，为保证封底效果，施工时，根据混凝土流动度和分隔仓大小布置混凝土灌注导管，按事先编好顺序灌注（如图11所示）。图11.导管分批布置位置及灌注顺序围堰外侧基底浇筑1m厚混凝土，并回填卵石，防止围堰内混凝土翻浆，钢护筒的底面线要尽量与基岩面相吻合，护筒与基岩面的缝隙由潜水工尽量堵住，再回填一定高度的碎石将其封死，防止封底混凝土进入护筒内。为防止护筒在浇注混凝土时变形，在护筒距底部2m的位置加一道支撑，在封底砼达到10Mpa时抽水拆除。灌注采用垂直导管法：导管直径采用300mm，按流动半径4m布置，事先排好各导管开灌顺序和灌注数量的分配表，尽可能减少同时灌注的导管数量，以保证混凝土的上升速度大于0.25米/小时。导管离底板距离控制在20cm左右，首批混凝土灌注料斗不小于20m3，以防导管埋深不够混凝土洗澡。灌注混凝土过程中，应加强测量，按封底面积每约10m2选择一个测点，正常灌注时每15分钟测一次，接近封底混凝土顶面标高时每分钟测量一次。封底混凝土顶面标高超封不宜大于0.1m。在灌注封底混凝土的同时，围堰内外水头差100mm，应随时测量，并及时向外排水，使围堰内外水位基本保持一致。七、注意事项1、由于嘉陵江水位变化大，所以必须在水位下降前将钢围堰下沉就位，当水位下降后，调整围堰内水头，减轻钢围堰内、外压力。2、围堰阻水面积大，在托运过程中所用材料必须安全可靠，防止出现钢围堰脱离驳船情况。3、本工程抛锚采用“甩梢”的方法进行抛锚，定位及下沉利用驳船和卷扬机等设备，具有一定技术性和危险性，因此必须安排熟练工人进行操作，操作时现场工长必须认真负责指挥。 4、抛锚后露出水面的钢丝绳设置警示标志，防止过往船只碰撞。