双壁钢围堰双顶起落架法入水定位技术

2016-11-25吴宏敏

城市道桥与防洪 2016年2期

关键词：双壁牛腿起落架

吴宏敏

（中铁十五局集团有限公司，江苏南京 210000）

双壁钢围堰双顶起落架法入水定位技术

吴宏敏

（中铁十五局集团有限公司，江苏南京 210000）

钢围堰采用双顶起落架法下沉施工技术。起落架法以钢管桩为支柱，以型钢为承重梁，以精轧螺纹钢筋为吊杆，以千斤顶为动力构成起落架，利用钢管桩和钢护筒定位，可精确下放钢围堰入水，精度高，施工安全可靠，无需大型设备及船支，全站仪、水准仪适时跟踪监控，纠偏处理。

双壁钢围堰；双顶起落架；定位

0　引言

双壁钢围堰就位下水施工有许多种方法，常用的有两大类：第一类是在岸上制作拼装，整体滑动或滚动入水，且浮在水面由船支拖运至墩位再经定位锚定，然后下沉；第二类是在岸上分块制作，船运至墩位后再拼装下沉。第一类方法必须有平缓的河岸和空旷的加工场地，使用受到限制；第二类方法需要大型浮水拼装平台和大型起吊设备，并且这两类方法一般都需要多艘大中型船只为围堰定位导向与锚定。然而，双壁钢围堰下放入水，采用双顶起落架法，则在很大程度上避免了上述两类方法的弊端。起落架法以钢管桩为支柱，以型钢为承重梁及起落梁，以精轧螺纹钢筋为吊杆，以千斤顶为动力构成起落架，利用钢管桩及钢护筒定位，精确可靠的下放入水，不但精度高，施工安全可靠，并且无需大型设备及船只。

1　工程概况

以芒稻河特大桥主桥主墩为例，论述围堰下沉定位控制技术。芒稻河特大桥主桥主墩，位于淮河入江的重要水道中，为了保证航道的正常通行，根据承台结构（12.5 m×12.5 m×4 m）及主墩间的距离，设计钢围堰为正方形，内径12.8 m×12.8 m。围堰分成五节，每节平面分8块，每块最大重量均在15 t以内。围堰外壁长：15.7 m。钢围堰高：21.6 m。

2　施工方法[1-4]

2.1底节围堰下放平台施工

根据围堰设计图纸打设25根Φ630 mm钢管桩，中间插打一根管桩并在上面铺设一块钢板作为测量平台，兼作围堰缆绳调整固定支墩，在钢管桩上设置I36a牛腿，牛腿比现场施工水位高50 cm处设置。在牛腿上搭设I36a横垫梁，为了方便拼装和焊接钢围堰，在拼装工作平台承重梁上可铺放木板搭设焊接作业平台，现场施工可根据实际情况调节。在墩位处搭建钢围堰拼装平台，插打若干根Φ630钢管桩(尽量利用已有钢管桩)做立柱，用I36工字钢做牛腿及纵横梁，在横梁上铺上木板形成正方形的环状条形拼装平台，见图1、图2。

图1　底节下放平台

图2　割除垫梁

2.2双壁钢围堰主要施工工序

根据大桥桥址处的地质水文条件和承台底标高情况,结合水上浮吊吊装设备、浮运船、机动船等实际情况，通过综合技术经济分析，结合跨汛期施工工期要求，钢围堰采用先桩后堰法施工，其主要工序：钢围堰岸上加工场分块分节加工→搭设围堰拼装平台→底节钢围堰运输拼装→吊挂系统设置→底节钢围堰下水→接第二节钢围堰→接第三节钢围堰→接第四节钢围堰→接第五节钢围堰、吸泥、下沉到位→封底混凝土施工。

2.3双顶起落架法下放入水

（1）底节围堰就位

底节钢围堰分8块，最大块重15 t以内，舟运至墩位，在拼装平台上组装焊接底节钢围堰的8个分块件。

（2）吊装点设置

在围堰四边的中央，设四组吊点且相应的设4套起落架，每组吊点有2个分吊点，分别设在钢围堰对应的内、外壁上。在吊点的内、外壁钢板上焊接组装钢板吊耳，吊耳悬吊于旋紧在Φ32精轧螺纹钢筋的底螺母上。

（3）起落架的构成

每一组吊点设置一套双顶起落架。一套双顶起落架由4根Φ630钢管桩做立柱，在立柱顶部按槽口置放纵向承重梁(2I50)，承重梁上置放2I50下横梁、底托梁，下横梁上置放2台50 t机械式千斤顶，千斤顶上再置放起落横梁(2I50)，精轧螺纹吊杆从上、下横梁双拼缝中穿过与尾端的吊耳相连，上下横梁的上方螺纹吊杆上均各套有两枚起落换位螺母，见图3、图4。实质上，起落架的工作机构就是由二根横梁、二台千斤顶、二根螺纹吊杆和四枚配重螺母构成。

图3　围堰起顶下放平面图（单位：mm）

图4　围堰起顶下放立面图

（4）设置围堰定位装置

利用既有的各种钢管桩及钢护筒安装好定位的支顶定位装置，且便于操作，确保定位精度。双壁钢围堰就位允许偏差和检验方法应符合表1的规定。

表1　双壁钢围堰就位允许偏差和检验方法

本围堰下沉平面偏差为13.3 cm，达到较高的精度。

（5）双顶起落架平台受力计算

因围堰拼装起吊下沉过程中受力各点不均匀，底节钢围堰总重按120 t考虑，设置四个吊点。

a.提升系统的计算：

拉杆的计算：

Φ32精轧螺纹钢的容许拉力为[σ]=300 MPa，[P]=24.12 t，

实际每根精轧螺纹钢的受力为：P=120/8=15 t，

∴P<[P]拉杆满足受力条件。

承重梁的受力计算，

承重梁为2I50a，

参数为:W=1 500 cm3，

M=120/4×3.5/4=26.25 t·m，

σ=M/2W=87.5 MPa<[σ]=170 MPa，

承重梁满足受力条件。

扁担梁的受力计算：

扁担梁为2I40a，

参数为:W=1 090 cm3

σ=120/4×2/4/2/1090×104=69MPa<[σ]=170 MPa

b.承重牛腿的受力检算:

为安全考虑，牛腿吊装过程中可能单独受力，每个牛腿按15 t受力检算,共有16个牛腿，采用I36a或I25a工字钢加工焊接。

采用I36a工字钢做承重牛腿，检算如下：

I36a的参数:

W=875 cm3，

M=11.25 t·m，

σ=M/2W=64.3 MPa<[σ]=170 MPa，

承重梁满足受力条件。

采用I25a作承重牛腿，检算如下：

I25a的参数:

W=402 cm3，

M=11.25 t·m，

σ=M/2W=140 MPa<[σ]=170 MPa，

承重梁满足受力条件。

考虑到I25a的富余较小,在I25a的中间加两个加劲肋加强（最好采用I36工字钢），同时为保证焊接牢固，在管桩上加焊加强三角板反牛腿加固I25工字钢。

c.基础管桩的受力检算：

每个提升系统的受力主要靠2根Φ630 mm的钢管桩和一个Φ2 200 mm的钢护筒,考虑到不均匀受力，每个提升系统受力按30 t验算,钢管桩的受力按40 t检算,则每根受力P=10.0 t,每根钢管桩入土按10 m考虑,因无地质117时根据地质报告中提供的数据进行验算来最终确定钢管桩长度。

∴钢管桩满足受压条件。

为了加强钢管桩的稳定性，将钢管桩之间可用型钢连接起来以加强其稳定性。

（6）底节围堰下放入水

底节钢围堰在拼装平台上拼装焊接完毕，经过水密试验合格以后，安装好起落架吊装系统装置，拧紧两板上换位螺母，四座起落架同时、均衡的用千斤顶顶起上横梁，吊起钢围堰，并尽快拆除拼装及其横梁。然后千斤顶回缸，使钢围堰小量下放。千斤顶回缸到位后，拧紧下换位螺母，然后再松开上换位螺母使千斤顶充油升缸，到位后再拧紧上换位螺母，然后再松开下螺母，再让千斤顶回缸，并使钢围堰再下落一个顶程，照以上程序，多次反覆下放，逐步把钢围堰下放入水，直至预定高程，见图5、图6。

图5　双顶起落架构造

2.4过程适时监控

每节钢围堰下沉前，在顶部四周均布8个坐标点，由测量人员测定坐标和标高。自围堰接触河床时开始测定，每下沉50 cm测定一次坐标、标高数据，将坐标数据输入Auto CAD制图软件，对比分析围堰四边下沉情况。同时根据标高偏差，由指挥人员统一协调各方向千斤顶起落速度、刃脚部位吸泥速度等，及时纠偏，使围堰均衡、精准下落，见图7。