深水承台有底钢套箱围堰施工设备与方法

2020-05-08陈连刚

设备管理与维修 2020年7期

陈连刚

（中铁十九局集团第六工程有限公司，江苏无锡 214000）

1 工程概况

陶乐黄河特大桥全长1776 m，桥宽14 m。桥孔布置为3530 m+60 m+590 m+60 m+530 m，全桥47 跨，主桥为7 孔60 m +590 m +60 m 预应力混凝土连续箱梁，挂篮悬灌施工；引桥为30 m 预应力混凝土T 梁，5 孔一联，先简支后连续。桥梁地基的岩土体以细砂、粉砂、亚粘土为主。细砂：分布于桥区上部，厚085.0 m，饱和，08.0 m 松散—稍密，[0]=120 kPa，i=35 kPa，813 m 中密，[0]=190 kPa，i=40 kPa，1385 m 中密—密实，[0]=250 kPa，i=50 kPa；粉砂：分布于细砂层之中，呈透镜体状，以夹层出现，厚1.525.5 m，中密，[0]=200 kPa，i=50 kPa；亚粘土：分布于细砂层之中，部分以夹层出现厚1.04.4 m，[0]=300 kPa，i=55 kPa。考虑到陶乐黄河特大桥39#墩水流较急且较深，采用常规钢套箱围堰会因水流冲刷下游沉至河床，上游套箱侧会出现46 m 的悬空，提出采用有底钢套箱围堰施工，即在双壁钢套箱围堰安装完成后，采用泥浆泵与抓斗相结合的方式将侵占封底混凝土的泥土清除，然后安装吊底、在围堰内灌注水下封底混凝土，抽水后施工承台和墩身。

2 深水承台有底钢套箱围堰施工设备

深水承台有底钢套箱围堰施工采用设备见表1。

3 深水承台有底钢套箱围堰施工方法

（1）双壁钢套箱施工。钢套箱为圆形、双壁，外径22.6 m，内径20.2 m，高8.4 m 。双壁钢套箱采取先分块、分节预制，然后运送到现场进行分节组装，靠套箱自重和刃脚依次下沉。为缩短工期，施工中增加钢吊底。按照运输和起吊要求，施工中钢套箱平面分成8 块，各块圆心角45，外弧长8.875 m，内弧长7.933 m。竖向分为3 节，每节长2.4 m。竖向设加劲肋蚁63635 mm，间距为296 mm（外壁板上）、264 mm（内壁板上），钢套箱内外壁板间设竖向桁架，弦杆蚁75756 mm，腹杆为蚁63635 mm。平面分块采用焊接，施焊时制定焊接顺序及采取控制焊接变形措施，各块允许制造误差为：弧长0+10 mm；高度2400依10 mm；半径依5 mm。钢套箱每节制作完后，采用平板拖车和25 t 汽车吊运送到河边，用船浮运至桥墩位置后，通过浮吊放置到钻孔平台上进行组装。

（2）下沉钢套箱。将4 个门式吊架焊接到钻孔平台上，4 个门式吊架均设置20 t 倒链2 台。焊接完第一节套箱与刃脚后检验水密性，保证水密性合格。为使下沉钢套箱不受水流冲击的影响，在钢护筒侧壁迎水面焊接牛腿。准备工作完成后，用倒链悬吊起钢套箱进行位置测量，合格后拆除钢套箱放置平台，同时操作4 组倒链进行首节钢套箱下沉施工，保证钢套箱同步下沉。首节平台下沉到规定位置后，按首节钢套箱同样的方法进行第二节和第三节钢套箱的下沉施工。下沉套箱时使用2 个20 t 倒链，一个主操作，另一个备用，以防倒链出现机械故障导致钢套箱下沉不均匀。施工全过程设专人用口哨指挥，禁止盲目操作。下沉施工过程中，应设专人负责钢套箱的监测工作，保证钢套箱的垂直度和平面位置满足规定要求。

（3）施工钢吊底。有底钢套箱钢吊底由上、下承系统构成（图1）。下承系统由10 mm 厚钢板、2I36、I20、[8 构成，上承系统由2I45、2I36 构成，两者之间用32 mm 精扎螺纹钢连接。有底钢套箱钢平面分块见图2。钢吊底部件在工厂预制，然后运送到现场进行焊接组装。先施工由11 块设2 个吊钩的的弧形封板和主底板构成的底板，底板外边缘距套箱和护筒壁10 cm，采用现场组焊。底板制作完后，采用平板拖车和25 t 汽车吊运送到河边，用船浮运至桥墩位置后通过浮吊组装各部件。步骤：先将2I36 底横梁端部直接焊接在钢套箱内壁上（底横梁标高以适合组拼下承系统操作的位置为准），然后在2I36 上安装I20（二者交角90），再在I20 上组装10 mm 厚钢底板（钢底板与I20 间点焊连结），最后在底板上纵横向设[8 肋并以点焊形式连接（纵横间距为6060 cm）；在钢护筒上安装2I45，然后在2I45 上安装2I36（二者交角90），2I45 与2I36 间采用点焊连接；在上、下承系统安装完成后，两系统间采用32 mm 精扎螺纹钢连接，为了施工后拆除精扎螺纹钢，将50 mm 无缝套设在钢管在精扎螺纹钢外侧。钢吊底完成组装后，选取4 个位置安装竖向标志杆，准备进行施工监测。然后割掉套箱内壁与底横梁的连接，通过倒链和精扎螺纹钢悬吊吊底于2I45 上承系统的下面，然后利用精扎螺纹钢进行钢吊底下沉施工，保证各区域同步同时下沉，再沿套箱内壁利用倒链进行封板下沉，满足规定要求后，将精扎螺纹钢吊带锁紧，拆除倒链。

表1 有底钢套箱围堰施工主要机具设备

（4）钢套箱下部封堵。钢套箱施工到规定位置后，对钢套箱、钢吊底、钢护筒的缝隙进行封堵。封堵材料采用灰颐中砂=1颐3 的干砂灰，由潜水员水下施工。

（5）施工水下封底混凝土。先设置4 个导管架，将导管架点焊固定在钢吊底的上承系统上，然后用浮吊悬吊储料斗，泵送混凝土至储料斗进行水下混凝土灌注，灌注前，在套箱内壁及钻孔护筒外壁用红油漆标出承台底以上6 m 的标高，灌注过程中，用侧绳连续对导管辐射区内的混凝土进行施工标高检验，水下封底混凝土灌注严禁超高。水下封底混凝土必须连续一次完成灌注，确保混凝土灌注过程的连续性，应控制混凝土坍落度在1822 cm 范围内，整个混凝土作业时间控制在1014 h 以内。混凝土灌注施工结束前，在施工现场取35 组同体养护的混凝土试件并放入套箱内水中同步养生。

（6）配重及抽水。在水下封底灌注混凝土强度达到80豫后才能进行双壁套箱内配重，保证套箱自重+配重1+封底混凝土自重+钢吊底下承系统自重-有底套箱的浮力|约套箱内壁、钢护筒外壁对混凝土的粘结力，套箱自重+配重2+封底混凝土自重+钢吊底下承系统自重+承台自重-有底套箱的浮力|约套箱内壁、钢护筒外壁对混凝土的粘结力；施工中可根据计算随时调整配重1 和配重2，配重可根据需要选择石英砂或水。通过调整配重，满足体系平衡的条件下，套箱内采用大功率水泵进行抽水。抽水施工完成后，立即用浮吊拆除上承系统和钢护筒工程的施工，然后凿除多余桩头。

（7）经济效益分析。陶乐黄河公路特大桥39#墩围堰采用有底钢套箱围堰增设的钢吊底部分所需的型钢和钢板等材料共计48.3 t，扣除可拆除二次利用的精扎螺纹钢和无缝钢管4.5 t，实际一次性消耗钢材43.8 t,且所用钢材均选用拆除其他墩位钻孔平台、钢护筒的已利用材料，如按废旧钢材单价1200 元/t 计算，钢吊底材料费52 560 元；需用的人工及机械费40 000 元。如采用普通双壁钢套箱围堰需增加的二次加设钢套箱的钢材为68 t，且所用钢材均需新购，如按市场价4500 元/t 计算，加设钢套箱的材料费为306 000 元；需用的人工及机械费68 000 元；着床侧清床费用约12 000 元。采用有底钢套箱围堰可减少1 m厚C25 封底混凝土320 m3，如水下混凝土的单价按380 元/m3计算，可节约费用12 160 元。综上计算得出，采用有底钢套箱与普通双壁钢套箱围堰相比可节省费用305 600 元。采用有底钢套箱比增设普通双壁钢套箱围堰可缩短工期2 个月。