第４０卷第１期 ２ ０ １ ４年１月 文章编号：１００９—６８２５【２０１４）０１—０１９３—０２ 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖｏ１．４０ Ｎｏ．１ Ｊａｎ． ２０１４ ・１９３・ 水中墩钢套箱围堰施工技术 张摘杰何文胜 ０５００３１） （中铁三局二公司，河北石家庄要：以工程实例为背景，结合工作经验，介绍了水中墩钢套箱围堰施工方案，并对钢套箱结构形式、受力简算、施工工艺进行了 重点分析，从而为同类工程水中墩施工提供参考与借鉴。 关键词：水中墩，钢套箱围堰，施工技术 中图分类号：Ｕ４４３．２２ 文献标识码：Ａ １ 工程概况 某特大桥跨主河道采用预应力混凝土连续梁，下部为３５号一 ４５号墩，其中３５号、４５号墩位于河道大坝边，３６号～４４号墩位于 河道，加号一４２号墩之间两孔为通航航道。 由于贝雷梁的支撑位置不是正对节点，所以施工中对各个支 撑点都用２［２０加强，２［２０的截面面积远大于贝雷梁的竖杆截面 面积，所以抗剪能满足要求。 按最不利，平台上一侧同时集中两台钻机钻进的工况考虑， ２施工总体安排 下横梁承受的最大集中荷载是３ｏｏ ｋＮ，偏安全考虑，抗弯时，认为 其作用在跨中；抗剪时作用在支点。 ３０ ｍｍ钢管最大受力按 钢套箱采取岸边制作、浮龙门上预拼底节，整体浮运至墩位、 ３０ ｔ计。 下沉就位锚定后向上接高。 ３．２钢套箱 根据桥址处的地质水文条件，４２号墩、４３号墩先搭设水中作 ３．２．１ 钢套箱结构形式 业平台进行钻孔桩施工。 根据桥墩承台的尺寸大小，钢套箱设计为矩形。因钢套箱需 要拆除，钢套箱内部尺寸比承台外围尺寸每边放大０．４ ｍ，尺寸为 拼组浮龙门及拼装平台一在平台上拼组底节套箱一将套箱提升 １０．４ ｍ×１３．６ ｍ的６个承台，双壁围堰均设计成外径１３．６ ｍ× 悬吊一拆除拼装平台一底节钢套箱下水一接高第二、三节钢套 １６．８ ｍ的矩形；对１２ ｍ×１４．４ ｍ的１个承台，钢围堰底节节高度 施工流程为：制作套箱一覆盖层清除一墩位处岩层渣石清除一 箱一钢套箱整体下沉一底节套箱着床一水下探摸堵漏一钢套箱 上布置平台一护筒埋设固定一封底ｔ昆凝土施工。 为４．５ ｍ，每节质量约７０ ｔ。 钢围堰的主要材料：围堰壁板为８６ ｍｍ钢板；水平环板１２× １８０；纵向次梁（竖向）Ｌ７０×７０×６；水平斜撑及围堰壁板之间的对 ３水中墩施工方案 ３．１ 水中作业平台 撑Ｌ８０×８０×６；竖向环板２０×２４０，设置在斜撑对应的竖撑位置； ３６ｂ工字钢，支撑连杆连杆为Ｉ ３６ｂ工字钢；斜 ４２号、４３号墩施工均采用搭设钢管桩型钢钻孔作业平台施 斜向长支撑为２ Ｉ ３６工字钢，作为分配梁，顶住围堰内 工桩基础。水中作业钻孔平台平面尺寸为２１ ｍ×１１ ｍ。基础采 向长支撑端部竖向布置２ Ｉ水平环板围堰顶面４ ｍ范围为１００ ｅｍ，其余均为６０ ｃｍ。 用６６３×６ ｍｍ钢管桩，横桥向间距４．６ ｍ，顺桥向间距最大为 壁；６．５８ ｍ；钢管桩顶顺桥向布置双拼２ Ｉ ４５型钢作垫梁，垫梁上横 ３．２．２钢套箱受力简算 桥向布设贝雷梁，贝雷梁上再布置Ｉ ３６作为分布梁，工字钢最大 １）主动土压力计算。为了简化计算可以采用简化的主动水 简化的水土压力比计算的水土压力稍大些。由于围堰下 间距为１．０ ｍ，除护筒口外，其余均铺设木板。平台顶面四周设 土压力，沉至河床面以下时，围堰外侧的土体实际情况被扰动了，所以采 １．１ ｍ高护栏，平台顶面标高为３３ ｍ。 钻孔平台计算： 钻机重量按３０ ｔ计，按最不利受力，此时钻机所有重量全部 工字钢进行受力分析，Ｐ＝１５ ｔ。 用简化的水土压力是基本合理的。 ２）受力计算的结果：钢桁的最大位移为７．４ ｍｍ＜１７ ０００／１５０＝ ｍｍ，而面板的局部位移为８—７．４＝０．６ ｍｍ＜４００／１５０： 集中在前横梁上，前横梁支撑在２根２ Ｉ ３６工字钢上，取其中一根 １１３２．７ ｍｍ，满足规范要求（ＧＢ ５００１７－２００３钢结构设计规范附录Ａ）。 ７ ０００／５００＝３４ ｍｍ，满足规范要求 贝雷梁上按最不利横桥向布置１台钻机，贝雷梁的控制弯矩 混凝土部分的位移为１．２＜１（《钢筋混凝土设计规范》３．３．２条）。 按６００ ｋＮ・ｍ。 Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｓａｆｅｔｙ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ ｂｒｉｄｇｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｏｒａｒｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ＺＨＯＵ Ｋｕｉ ＨＥ Ｙｏｎｇ・ｄｏｎｇ （Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｚｈｉｘｉａｎｇ Ｐａｖｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００７４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｕｓｉｎｇ ｒｉｓｋ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ，ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｔｅｍｐｏｒａｒｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｓａｆｅｔｙ ｉｎ ｂｒｉｄｇｅ ｃｏｎｓｔｕｃｔｉｒｏｎ，ａｎｄ ｕｓｉｎｇ ｆｕｚｚｙ ｈｉｅｒａｒｃｈｙ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ ｏｆ ｍｏｄｅｌ，ｍａｄｅ ｒｉｓｋ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｔｏ ｈａｎｇｉｎｇ ｂａｓｋｅｔ ｃｏｎｓｔｕｃｔｉｒｏｎ ｉｎ Ｂｏｓｈｅｎ ｂｉｇ ｂｒｉｄｇｅ ｃｏｎｓｔｒｕｅ・ ｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｄｅｓｉｇｎ ｔｏ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｄｅｍｏｌｉｔｉｏｎ ａｎｄ ａｌｌ ｓｔａｇｅｓ，ｇａｉｎｅｄ ｔｈｅ ｒｉｓｋ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｈａｎｇｉｎｇ ｂａｓｋｅｔ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｌａｉｄ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｓｕｃｃｅｓｓ ｏｆ ｐｒｏｊｅｃｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｂｒｉｄｇｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｓａｆｅｔｙ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ，ｆｕｚｚｙ ｈｉｅｒａｒｃｈｙ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ，ｈｉｅｒａｒｃｈｙ ａｎａｌｙｔｉｃ ｍｅｔｈｏｄ 收稿日期：２０１３—１０．２３ 一 作者简介：张杰（１９６３－），男，工程师；何文胜（１９７８一），男，工程师 ・１９４・ 第４０卷第１期 ２。０ １ ４年１月 山 西 建 筑 内壁板的综合应力偏大，达到了１６６ ＭＰａ，主要是由于内壁板 ２）挖渣船就位、墩位处清理覆盖层。挖渣船由８个标准舟节 用的是４ ｍｍ厚，较外壁板薄，同时，隔舱注水的压力。所以在施工 组成，先确定墩位处承台轮廓的水面区域，对承台长、宽方向各扩 中一定要保证围堰隔舱内外的水位高差不能超过３．６ ｍ。外壁板 大２ ｍ即为清除面积，用长臂挖掘机对河床覆盖层进行清除。 的最大综合应力为１００ ＭＰａ，小于Ｑ２３５钢的容许应力，是可靠的。 ３）拼组浮龙门、拼装平台、浮吊及运输船。浮吊分为２Ｏ ｔ和 竖肋整体上的最大应力为２７３．５ ＭＰａ，超过允许应力，位于与 １０ ｔ浮吊两种，２０ ｔ浮吊底盘由１３节标准舟节组成，１０ ｔ浮吊底盘 大支撑支顶平面相对应的一圈，这是由于大支撑支顶的平面相对 由１０节标准舟节组成；器材进场后，先拼装浮吊。运输船由４节 于其余的围堰平面刚度明显偏大，刚度突变，竖肋像连续梁，支撑 标准舟节组成两条舟体，将两条舟体拉开２．７ ｍ空档。通过３片 就像支点，支点位置的应力偏高。这一点从局部应力图上也可以 ８．１ ｍ公路桥面连接成整体。浮龙门拼组完成后，在浮龙门空挡 看出来，是在一个很小的范围内。考虑到钢结构局部超过允许应 处安放５组双榀贝雷梁，贝雷梁上面用型钢铺设，组成钢套箱底 力后的应力重分布现象，应力会很快的降低，所以竖肋的设计是 节拼装平台。 能满足要求的。 ４）底节围堰拼装及下水。钢套箱按施工设计图纸在岸边码 水平斜撑采用Ｉ＿６３×６角钢，局部采用ＬＳＯ×６角钢加强。其 头上加工单元，利用浮吊将各单元吊装到拼装平台上进行钢套箱 最大应力为２１０．９ ＭＰａ，位于围堰转角位置的水平斜撑，从局部应 拼组。底节拼组完成后，锁定焊接，全面仔细检查各焊缝有无气 力图上可以看出超标的范围在水平撑相交的很小的范围，按照钢 孔、夹碴、漏焊等处，并进行水密试验。确认焊接良好并不漏水。 材的延性设计理念，局部应力的超标，在钢材内部会应力重分布， 经检查验收合格后用机动舟将浮龙门推至墩位处锚定，利用安装 所以局部的应力超标并不会影响结构的安全。总体上说，水平撑 在浮龙门浮吊将第一节套箱吊起，拆除拼装平台，缓慢下沉底节 的设计是安全可靠的。大斜撑及分配梁采用２ Ｉ ３６ｂ工字钢，其 钢套箱。 最大应力为４６ ＭＰａ，安全。 ５）钢套箱接高。运输船运输第二节套箱单元壁板至墩位处， 混凝土最大拉应力为３．５ ＭＰａ，超过混凝土的容许拉应力 用浮吊吊装单元壁板在底节套箱上拼装接高。为确保第二节单 １．２７ ＭＰａ，但是属于某个点的急剧增大，这是应力集中现象，可以 元的稳定性，需要在底节内外壁板上各焊接一根１８号槽钢进行 不考虑。另外，井壁与封底混凝土接触面的外侧，有一块区域最 限位，每个单元均设置一组，露出长度按１．５ ｍ控制。吊装接高 大为１．６ ＭＰａ，因为此区域只是考虑了索混凝土受拉，没有考虑围 时，对称拼装，随时调整，待全部点焊成型后，方可全面焊接。拼 堰壁板及竖肋的受拉，所以是偏保守的，实际的结构受力中，混凝 接施焊中，先焊环板，后焊内壁，再焊外壁，并按对称施焊要求进 土的拉应力会有很大的下降。综上所述，混凝土受拉时是安全、 行。为保证内、外壁垂直焊透，以碳弧气刨使内外壁封底焊完全 可靠的。 见白，然后内外壁焊缝再焊两遍。 混凝土最大压应力６．９ ＭＰａ，小于混凝土的容许压应力。 ６）钢套箱着床及下沉。钢套箱每接高一节即均匀灌水下沉， 计算中考虑围堰中的水全部抽干，此时由于围堰井壁内已经 预留一定的干弦高度，以便接高下一节时的对接施焊作业。当套 浇筑井壁混凝土，同时可采取注水压重的措施，使围堰本身不上 箱焊接完毕后，对套箱隔舱内灌水同步下沉并纠偏，当距河床标 浮。计算中只要考虑桩基与封底混凝土的粘结力能抵抗由于水 高５０ ｃｍ左右时即停止灌水下沉，用全站仪定位。 位差所形成的压力。根据钢结构生产厂家以及查阅论文或者资 ７）刃脚支垫及封堵。刃脚下到标高后，下潜水员用２ ｅｍ的 料，桩基与封底混凝土的粘结力可以取为５００ ｋＰａ～１ ０００ ｋＰａ。 钢板焊成楔形盒子支垫钢围堰刃脚，以确保钢围堰的稳定，为保 封底混凝土考虑河床底面的不平整，按２ ｍ考虑，水深ｌ３．７ ｍ。 证封底混凝土的可靠性，用袋装水泥封堵围堰内刃脚。 浮力：１３．７×１６．８×１３．６×１０＝３１ ３０１ ｋＮ。 ８）搭设平台、安放护筒。支垫完毕后，在钢套箱顶部搭设平 粘结力：８×３．１４×２×２×５００＝５０ ２４０ ｋＮ，满足要求。 台并预留钻孔桩桩位，将护筒从预留孔下放至河床上并与平台连 混凝土最大拉应力为０．９５ ＭＰａ，小于混凝土容许拉应力 接在一起，待护筒全部沉放固定完毕后，即可进行封底工作。 １．２７ ＭＰａ。 ９）水下混凝土封底。混凝土灌注采用垂直导管水下灌注，根 墩位处桩基穿过全风化花岗岩位于中风化花岗岩中，抗拔计 据混凝土的流动半径，在围堰平台上布设导管，准备就绪后进行 算中考虑最差的地质，极限摩阻力取为２００ ｋＰａ，桩长全部按４ ｍ 封底混凝土作业，混凝土由陆地上拌合站供应，通过轮渡运输到 计算。 墩位处。 抗拔力：８×３．１４×２×４×２００：４０ １９２ ｋＮ＞３１ ３０１ ｋＮ，满足 ４结语 要求。 通过现场实际施工检验，水中墩钢围堰施工技术成熟，能够 ３．２．３钢套箱施工工艺 满足安全要求、保证质量。 １）场地平整、钢套箱分节加工。在岸边滩涂上进行场地平 参考文献： 整，硬化一块１００ ｍ×１００ ｍ的场地作为钢套箱的加工场。每个套 ［１］ 赵景方．深水钢板桩围堰设计与施工［Ｊ］．山西建筑，２０１３， 箱分三节进行预制，每节分为１０片，单片重量８ ｔ以内。 ３９（１０）：１６９—１７０． Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｃａｓｉｎｇ ｃｏｆｆｅｒｄａｍ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｐｉｅｒ ＺＨＡＮＧ Ｊｉｅ ＨＥ Ｗｅｎ－ｓｈｅｎｇ （Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ ３ｒｄ Ｂｕｒｅａｕ ２ｎｄ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５００３ １，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｅｘａｍｐｌｅ ａｓ ｔｈｅ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｗｏｒｋｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌ－ ｏｇｙ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｃａｓｉｎｇ ｃｏｆｆｅｒｄａｍ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｐｉｅｒ，ａｎｄ ｍａｉｎｌｙ ａｎａｌ￣ ｚｅｓ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｃａｓｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｓｔｙｌｅ，ｓｉｍｐｌｙ ｓｔｒｅｓｓ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌ－ ｏｇｙ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｓｏｍｅ ｇｕｉｄａｎｃｅ ａｎｄ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｗａｔｅｒ ｐｉｅｒ ｃｏｎｓｔｕｒｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｍｉｌａｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗａｔｅｒ ｐｉｅｒ，ｓｔｅｅｌ ｃａｓｉｎｇ ｃｏｆｆｅｒｄａｍ，ｃｏｎｓｔｕｒｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ