蕪湖長江大橋主塔墩雙壁鋼圍堰施工技術(shù).doc

蕪湖長江大橋主塔墩雙壁鋼圍堰施工技術(shù)蕪湖長江大橋主塔墩雙壁鋼圍堰施工技術(shù)- 6 -1概述蕪湖長江大橋是一座公、鐵兩用的特大型鋼桁結(jié)合梁橋。公路在上層，設(shè)四車道，橋面寬21.5m；鐵路在下層，設(shè)雙線，桁寬12.5m。橋位處主航道靠蕪湖側(cè)，布置180 +312+180 m 3跨斜拉索加勁連續(xù)鋼桁粱。10#、11#墩為斜拉橋主塔墩。1.1工程概況10#、11#墩基礎(chǔ)采用3.0m鉆孔樁30.5m/27.7m雙壁鋼圍堰低樁承臺型式。10#墩雙壁鋼圍堰總高52m，共分10節(jié)，總重896.6t（含4%焊縫重）。第一節(jié)（底節(jié)）高6m，第二至第六節(jié)各高5.6m，第七、第八節(jié)各高4 m，第九節(jié)4.8m，第十節(jié)高5.2m。11#墩雙壁鋼圍堰總高43.2m，共分9節(jié)，總重762.3t（含4%焊縫重）。第一至第五節(jié)各高5.2m，第六、第七節(jié)各高4 m，第八節(jié)5m，第九節(jié)高4.2m。1.2地質(zhì)情況：10#墩河床面標高為-16.90m (黃海高程，下同)，巖面標高為-42.40m，覆蓋層為粗砂、中砂、粉細砂，巖層為角巖。粗砂層：灰黃及黃色、飽和、松散，成份以石英、長石為主，透鏡體狀，厚約2m。 中砂層：灰黃色、飽和、松散，成份以石英、長石為主，層狀或透鏡體狀，厚約4m。 細砂層：灰色為主，少量黃色、飽和、中密，成份以石英、長石、云母為主，粒較勻，局部含腐植物，層狀分布，厚約20m。 角巖：灰黑色，角巖結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖質(zhì)堅硬。11#墩河床面標高為-20.1-25.3m (黃海高程，下同)，覆蓋層為礫砂、中砂，巖層為角巖。礫砂層：灰黃色為主，少部分灰色，飽和、松散，分選性較差，成份以石英、長石為主，厚約4.59.6m。中砂層：灰黃色、飽和、松散，分選性中等， 成份以石英、長石為主，厚約2.14.7m。角巖：灰黑色，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，巖質(zhì)堅硬，普遍較破碎。1.3水文情況510月間施工設(shè)防水位+10.50m，相當于1983年實測最高水位，相應流量為77200m3/s，流速為2.5m/s。114月間施工設(shè)防水位+6.0m，相應流量為30000m3/s，流速為1.6m/s。沖刷：一般沖刷線10#墩按沖刷至標高-24.4m考慮，11#墩按沖刷至標高-29.3m考慮；局部沖刷10#墩按標高-42.4m考慮，11#墩按標高-33.0m考慮。2主要施工方法2.1鋼圍堰定位鋼圍堰定位采用錨碇系統(tǒng)+導向船方案2.1.1錨碇的主要組成根據(jù)橋址區(qū)域流向圖，橋址處呈單向流態(tài)，總流向偏角64924.5。擬定雙壁鋼圍堰錨碇系統(tǒng)由導向船及拉纜、邊錨；前后定位船及其主錨、尾錨、邊錨和下兜纜組成。10#墩錨碇系統(tǒng)布置示意圖見圖1。2.1.2錨碇系統(tǒng)計算 （1）計算原則按鋼圍堰下沉至即將著床狀態(tài)（仍為懸浮體系）錨碇系統(tǒng)受力最大進行計算。邊錨、尾錨按主錨受力的50%進行計算。（2） 計算結(jié)果表1 主錨總拉力計算數(shù)據(jù)匯總表序號項 目10#11#1鋼圍堰水阻力R11444.61164.042鋼圍堰風阻力R282.9678.083導向船組水阻力R316.6416.644導向船組風阻力R4218.31218.315定位船水阻力R510.8310.836定位船風阻力R630.2630.267臨時工作船水、風阻力R7227.30227.308主錨總拉力R2030.91745.462.1.3錨碇系統(tǒng)施工主要施工步驟(1)前定位船拋錨定位。(2)后定位船臨時定位。用拖輪將后定位船頂推至前定位船尾部并與其臨時系結(jié)，過拉纜到后定位船與臨時滑車組系結(jié)，然后用拖輪協(xié)助將后定位船溜放到墩位處，拋設(shè)邊錨、尾錨。(3)導向船組及圍堰由江邊起重碼頭浮運到墩位處，過纜、錨碇好導向船組，后定位船溜放到下游設(shè)計位置。(4)拋設(shè)剩余錨，調(diào)整收緊各錨繩、拉纜，使錨碇系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。2.2鋼圍堰制造、浮運10#墩鋼圍堰設(shè)計高度52m，圍堰外徑30.5m，內(nèi)徑27.7m。圍堰平面均分為12個隔艙。2.2.1鋼圍堰制造鋼圍堰的制造是在工廠用臥式胎架分節(jié)分塊制造的，能保證各分塊的加工精度，組拼方便，減少仰焊加快施工進度。組拼工序：外壁板加勁角鋼水平撐橫隔板內(nèi)壁加勁角鋼內(nèi)壁板脫模翻身焊接。2.2.2底節(jié)鋼圍堰下河根據(jù)蕪湖橋所處的地理位置及工期情況，利用附近造船廠鋼結(jié)構(gòu)加工能力強和具有船舶下水滑道的優(yōu)勢與造船廠合作。10#、11#墩鋼圍堰底節(jié)分別2個船廠制造，每個船廠根據(jù)各自的機械設(shè)備情況，對底節(jié)鋼圍堰采用了2種不同的下水方法。由于制造10#墩雙壁鋼圍堰的船廠下水滑道寬度只有28m，而該墩圍堰外徑為305m，為使滑道不必拓寬，確定采用水下合龍技術(shù)。具體方法是：在船臺上先將圍堰拼裝成兩個半圓分二次從滑道下水。兩個半圓圍堰下水后，在滑道水口附近，用預先焊好的定位栓將兩個半圓合龍。合龍后，首先焊接水面以上的兩條合龍焊縫之后滑道小平車下水，將圍堰擱在平車上，向上拉小平車，使水下的焊縫露出水面焊好水下合龍焊縫后，再溜放小平車使圍堰下水。為使圍堰刃腳與巖面吻合，將11#墩圍堰設(shè)計成高低刃腳，最大高差3m。為使其整體下水，特別改建一座寬32m的簡易滑道改建的滑道為一表面較為平整的坡道(坡度為1:14)。用升降平車平移圍堰至滑道頂端，將圍堰落在下設(shè)有滾動氣囊的浮箱上。共設(shè)14個氣囊(上、下游各7個)，氣囊為41.7m7m工作高度0.5m，工作壓力0.021.15MPa，每只氣囊容許承重1500KN，在前端用卷揚機牽引圍堰向下移動，同時不斷向前挪移氣囊，利用圍堰后側(cè)的地垅控制圍堰下移速度。當圍堰接近水邊時，改用拖輪牽引，入水后圍堰靠浮箱的浮力浮于水面上，繼續(xù)用拖輪將圍堰向江中心牽引，至水深約7m處水域向浮箱內(nèi)注水，使之沉沒，于是圍堰自浮于水上。2.2.3底節(jié)鋼圍堰浮運底節(jié)鋼圍堰從船廠滑道下水自浮后，利用拖輪順水拖至起重碼頭，此處導向船組已預先布置完畢，兩組聯(lián)結(jié)梁拼裝好，只留上游側(cè)平聯(lián)不拼。通過導向船上絞關(guān)的牽引和拖輪的輔助，將底節(jié)鋼圍堰喂入導向船組。然后安裝柔性連接和上游側(cè)平聯(lián)。(見圖2)浮運動力配備：采用一艘500hp主拖、兩艘300hp幫拖聯(lián)合作業(yè)，總動力約1100hp。在墩位處，前后定位船已分別拋錨定位，前定位船設(shè)在墩中心上游200 m處，后定位船臨時設(shè)在墩中心偏下游3m處前后定位船之間通過拉纜連接。浮運步驟：(1)主拖及幫拖就位，解除導向船臨時錨碇； (2)在港監(jiān)和河道部門的維護下，由拖輪拖曳導向船組和鋼圍堰沿預定航線開始浮運；(3)當導向船頭接近前定位船尾，撤走一艘?guī)屯希瑥那岸ㄎ淮线^拉纜至導向船；(見圖3) 圖3.(4)在拖輪的輔助下緩慢溜放導向船組，使之靠至后定位船，過拉纜，并逐根收緊；(5)將其它錨繩過至相應位置，用拖輪控制溜放后定位船至設(shè)計位置。 (6)拋設(shè)剩余邊錨、尾錨。 (7)調(diào)整收緊各錨繩，使導向船組在橋中線上游3m處的橋墩中線上泊定（見圖4）。圖4.2.3鋼圍堰下沉2.3.1鋼圍堰下沉計算表2.10#墩鋼圍堰下沉沉降系數(shù)表項 目圍堰高度（m）圍堰重量（m）吃水深度（m）入土深度（m）井壁砼（t）井箱壓重水（t）體系總重（t）沉降系數(shù)第13節(jié)定位下沉17.2280.612.20094.910581433.50第4節(jié)接高下沉22.8363.817.80094.916922150.30第5節(jié)接高下沉28.4447.023.40094.923252867.10第6節(jié)接高下沉34.0530.229.00094.929593583.90第7節(jié)接高下沉38.0627.232.23094.932753997.00第8節(jié)接高灌注井壁砼下沉42.0720.5-4.03379.032597433.01.31第9節(jié)接高灌注井壁砼下沉46.8818.1-9.07065.2287510832.91.20第10節(jié)接高灌注井壁砼下沉52.0896.6-14.310756.8204813776.11.032.3.2鋼圍堰在水中下沉 圍堰在著床之前，呈懸浮狀態(tài)，此階段的圍堰下沉較容易，圍堰接高檢查合格后，只要向井壁內(nèi)灌水，克服水的浮力，并調(diào)整好拉纜受力，圍堰即可平衡下沉。在向井壁內(nèi)灌水時，應遵循對稱加載的原則，對稱的隔艙，同時灌水，且流量一致，以防沉井傾斜。在向隔艙灌水時相鄰隔艙的水頭差不大于6.5m。 2.3.3鋼圍堰精確定位、著床鋼圍堰精確定位和著床工作是一項受諸多項因素影響和制約的細致工作，如水位、流速的變化、河床沖刷的范圍和深度以及沖刷后形成的河床面的高差狀況，還有氣象條件以及圍堰的位置，刃尖標高的變化等。對這些相關(guān)因素，在鋼圍堰著落河床前必須充分掌握其實測數(shù)據(jù)，經(jīng)綜合分析后拿出相應對策，使圍堰順利著落到設(shè)計位置。(1)圍堰的精確定位的方法在鋼圍堰刃腳距河床面0.5m左右即可進行精確定位和著床準備。根據(jù)水位變化情況逐步對稱調(diào)整主錨、尾錨、邊錨錨繩和前后定位船與導向船間拉纜，將導向船組平面位置定位于墩位中線偏下游20cm處。調(diào)整導向船與鋼圍堰間柔性連接，并予以收緊，保證導向船組與鋼圍堰間位置相對固定。調(diào)整井箱各隔艙內(nèi)水位及鋼圍堰與前后定位船的兜纜，使圍堰水平。根據(jù)測量的河床最新資料，確定最佳著床時間和著床對策，如上、下游高差過大，可在圍堰上游一定范圍內(nèi)拋投50120 mm 的卵石，填高上游側(cè)河床，以利于圍堰著床平穩(wěn)，必要時局部吸泥或射水。利用三臺經(jīng)緯儀精確交會出圍堰中心，并微調(diào)鋼圍堰。(2)圍堰精確定位標準：圍堰傾斜度不大于1/100。按圍堰頂、底面中心與設(shè)計中心在平面縱橫向的位移（包括因傾斜而產(chǎn)生的位移），均不得大于圍堰高度的1/100。著床定位時以偏下游的位置為準。(3)圍堰著床圍堰精確定位后即可實施著床。由于圍堰在著床過程中須迅速使之下沉并嵌入河床約5m后達到穩(wěn)定深度，再行接高下一節(jié)，所以此時圍堰出水高度大于9m .圍堰采用在井箱內(nèi)迅速注水加重的方法下沉，每個隔艙布置一臺水泵，同步均勻注水，使圍堰刃腳盡快落到河床上。圍堰刃腳局部著床后，暫停向井箱內(nèi)注水，開動12臺吸泥機局部吸泥，將刃腳處河床大致掃平。之后，圍堰內(nèi)注水至江面以上5.7m。吸泥時，首先使用吸泥機在泥面高的一側(cè)吸泥，并逐步調(diào)平圍堰頂面，邊下沉邊測量，待圍堰調(diào)平，傾斜率小于1%后，在井孔內(nèi)再均衡吸泥，降低圍堰內(nèi)泥面高程，使之下沉。圍堰下沉過程中，應不斷調(diào)整前后兜纜和柔性拉纜，以保證傾斜度和下沉順利。圍堰進入覆蓋層4m 后，刃腳處泥面不再深吸，使泥面稍高于刃尖，圍堰中心可用420吸泥機深吸23m。2.3.4圍堰在覆蓋層中下沉圍堰在覆蓋層中下沉采取吸泥下沉的方法。 圍堰在覆蓋層中下沉的阻力來自兩個方面，一是刃尖下土的正面阻力，二是圍堰外壁與土層間的摩阻力。圍堰在覆蓋層中下沉就是消除或減少刃尖下的正面阻力，靠圍堰的自重克服外壁的摩阻力而下沉。圍堰著床后，結(jié)束了懸浮狀態(tài)，進入覆蓋層下沉施工，初期易產(chǎn)生傾斜和位移，以調(diào)平、糾偏為主，根據(jù)圍堰內(nèi)實測河床面的情況進行吸泥。邊測量邊吸泥、調(diào)平、下沉。當圍堰傾斜率小于1%時，可在鋼圍堰內(nèi)用兩臺吸泥機均衡吸泥，降低河床面高程，這時圍堰中心處泥面可低于刃尖3m，刃尖處泥面應與刃尖基本持平。在下沉過程中，要不斷調(diào)整圍堰的傾斜和位移。在糾正傾斜和位移前，應先摸清情況，分析原因，然后采取相應的措施。當圍堰傾斜達到2%時要以調(diào)整傾斜為主，不能以下沉為主。在圍堰著床初期尤為重要。當圍堰入土超過10m，圍堰傾斜率超過1%時，要以糾正傾斜為主，糾偏時要研究對平面位移可能產(chǎn)生的影響。為了避免沉井產(chǎn)生傾斜和位移，圍堰外四周河床高差不宜過大。如發(fā)現(xiàn)此種情況應立即采取拋石防護及整平河床等措施，并應將吸泥機向河床較低處出泥。保證對圍堰內(nèi)的補水，保持圍堰內(nèi)外水頭平衡或圍堰內(nèi)水頭高于圍堰外。2.4鋼圍堰的清基與封底當鋼圍堰刃腳距巖面最近點約1米左右時即進入清基階段，清基采用2臺吸泥機按方格網(wǎng)座標劃分的區(qū)域逐塊進行吸泥，并輔助以高壓射水，直至將基巖面以上的泥砂清理干凈，然后由潛水員下水逐塊逐片檢查基巖面以上泥砂情況及圍堰刃腳斜面外露的高度是否達到清基標準，最后在方格網(wǎng)座標點測出基巖面各點標高，繪出等高線圖。清基合格后，即可進行圍堰封底前的淮備工作。安裝護筒固定架、鉆孔鋼護簡、施工平臺等。圍堰內(nèi)鋼護筒群是按設(shè)計位置整體吊裝就位的。為防止在灌注封底混凝土時護簡變形或位移，護筒間及護筒固定架與圍堰間均設(shè)置了支撐，并采取措施將護筒與基巖間縫隙盡量堵住，以防混凝土進入護筒內(nèi)。因封底面積較大：10#墩刃腳處528.6 m2，刃腳以上400.6 m2；11#墩刃腳處550 m2，刃腳以上422 m2?；炷亮浚?0#墩為3332.7m3，11#墩為4912m3。如果采用全面積一次灌注，則混凝土實際產(chǎn)量不能小于120m3h。根據(jù)現(xiàn)有的混凝上生產(chǎn)及輸送能力，無法滿足要求，因此采用在圍堰內(nèi)設(shè)隔墻的辦法，將封底分成內(nèi)、外圈分別連續(xù)灌注。實踐證明，此措施能完全滿足圍堰封底的技術(shù)要求。封底混凝土采用垂直導管法灌注。3結(jié)語10#墩鋼圍堰于1997年1月浮運， 8月封底，歷時8個月；11