汕头石斜拉桥主墩钢套箱承台施工.doc

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汕头石斜拉桥主墩钢套箱承台施工柳汉桥，陶建山　　摘　要：汕头石斜拉桥水中主墩采用深孔大直径钻孔桩高桩承台基础，介绍其水中主墩高桩承台及巨型钢套箱围堰施工技术。　　关键词：斜拉桥；围堰；桥梁基础；钢套箱；承台；施工工艺　　中图分类号：U443.131　　文献标识码：A　　　文章编号：1003-4722(1999)03-0043-03onstructionofSteelCaissonFoundationforMainPieroftheShantouQueshiCable-stayedBridgeLIUHan-qiao,TAOJian-shan(The3rdBridgeConstructionDivision,MajorBridgeEngineeringBureau,MinistryofRailways,Shantou510051,China)　　Abstract:ThemainpierinwaterofShantouQueshiCable-stayedBridgeisaboredpilefoundationwithdeepholeandlargediameter.Theconstructiontechniqueoftheelevatedpilefoundationandhugesteelcaissoncofferdamofthisbridgeareintroduced.　　Keywords:cable-stayedbridge；cofferdam;bridgefoundation；steelcaisson;bearingfoundation;constructiontechnology1　概　述　　主跨为518m的汕头石斜拉桥水中主墩采用深孔大直径钻孔桩高桩承台基础(见图1)，其承台平面为H形，长20.8m，宽31.2m，肢厚10.4m，承台高度11m。承台采用钢套箱围堰排水法施工，根据承台平面单元，将钢套箱围堰划分为2个“甲套箱”和1个中间2　钢套箱施工　　钢套箱在工厂分节制造，大型船舶运输，以300t吊船吊装，逐箱对接下沉；这样钢套箱制造与钻孔桩施工同时进行，缩短工期。 2.1　钢套箱设计及施工特点　　钢套箱的主要功能是满足水中高桩承台群桩基础的水下混凝土封底固结，减少单桩计算长度和承台排水施工，取代水中巨型沉井和承台模板，增强承台刚性，缩短工期；与水中沉井相比，可节约大量材料，降低成本。其设计工况是不排水吸泥下沉和封底后抽水施工承台，而作用于套箱外壁的水平土压力和水压力则由内水平支撑桁架承载。　　钢套箱不仅在水中下沉，而且还要入土下沉，其入土下沉原理与沉井基本相同，但其重量轻，沉降系数小，仅靠自重难以克服周边土摩阻力，需要外加荷载方能满足施工要求。2.2　钢套箱制造　　受起重能力的限制，钢套箱吊装重量控制在250t，此外受套箱结构细节控制，钢套箱竖向分节，共14个箱，占地4000m2。套箱侧板及内支撑各单元下料加工均在胎模上进行；内支撑杆件及节点板的钉孔达75万多个，均在钻床或冲床上成批钻孔；节段组装则在滑道胎架上进行，严格控制组装精度，其平面偏差3mm，确保现场上下两节准确对接拼焊；组装后的各节段则在滑道上滑移到码头边缘，确保吊船吊装装船。2.3　钢套箱吊装及运输　　钢套箱吊装装船和吊装入水选用300t水上吊船。该吊船吊重量300t，吊高32m，吊距16m，船体长40m，宽18m，高3m，满载吃水2.6m。人字扒杆，用φ80 钢芯钢丝绳及相应吊具，没有自航系统，前后左右靠铰锚移动，吊装定位比较平稳。本工程16节钢套箱出厂装船和卸船入水定位均由该吊船作业，最大一节吊重量达255t。　　钢套箱加工制造厂距墩位5km，5级以下航道，水面较窄，水浅，只有利用涨潮时的高水位方能进船运送套箱，每一次运输则需清航、封航。由吊船、载箱方驳、前后拖轮和封航警戒船队组成较大阵容的运输队，以600t方驳主载钢套箱，500匹拖轮前方主拖，560匹拖轮于后扶位控制方向。因箱体节段挡风面积较大，船体按抗击8级阵风设防，措施是在方驳内压固体重物，确保运输和停靠的安全。2.4　钢套箱下沉施工　　钢套箱施工步骤：以竣工的钻孔桩钢护筒为定位导向，分别吊装对接上下游两侧的甲套箱，不排水吸泥下沉到位，进行水下混凝土封底，然后再沿两甲套箱外壁滑槽导向吊装下沉乙套箱。因甲套箱沉降系数远低于沉井沉降系数的要求，仅靠自重下沉非常困难，因此，在套箱下沉过程中采取了在甲套箱内取土、减少外套箱侧面摩阻力、套箱顶施加外荷载等措施，使套箱下沉满足了设计要求。2.4.1　甲套箱内取土　　甲套箱内取土量3450m3。取土主要采用空气吸泥机吸泥和抓泥斗抓泥2种方案，为此配置了1台抓泥机，2台40m3/min空气压缩机(驱动8台空气吸泥机)，2台7级高压泵(驱动8条高压射水管路网)。薄壁钢套箱内受力传力的水平支撑桁架是密集的，套箱内可供操作的空间仅为中间3个点，面积不足1/5 ，只是在设置导向限位空间小心进行。在这种粘性硬淤泥土中采用吸泥机射水、吸泥效率不高，取土较困难。而使用抓泥斗效果较好，即使水深达25m依然效果不错，日取土量约80m3净土。2.4.2　套箱外减少侧面摩阻力　　减少侧面摩阻力主要采用套箱外壁通高压空气，为此，在套箱制造对接时安装了高压风管路和箱壁喷气嘴，持续通气后，箱外壁气体流动，减少了土压和摩阻力。箱外水下取土，降低泥面高程，也能达到预期目的，只是当抓泥船抓泥时其斗不可碰撞薄壁的钢套箱侧壁，以防碰穿箱壁。2.4.3　套箱顶施加外荷载　　受套箱平面尺寸控制，若于其顶面堆载20000kN，则严重影响射水、吸泥取土。经多方研究，利用竣工的钻孔桩作锚桩，通过预拉力对套箱施加压力，4排钻孔桩可布置3组共12台150～250t穿心千斤顶，以钢绞线及OVM大吨位锚具锚固于钢护筒外壁牛腿上。每个点可加载1200kN，12个点共可加载14400kN。同时对钢套箱加载点外壁进行局部加固，以确保套箱薄壁强度和稳定。使用穿心千斤顶张拉钢绞线有两大作用：①加载吨位大；②随着套箱下沉可不断进行张拉补压。2.5　钢套箱内水下混凝土封底　　套箱到位后进行水下清基。潜水工入水作业，基底平整后再铺垫1m厚的石碴层，水下整平即灌注水下混凝土进行封底。一次灌注量3230m3，按水下混凝土流动半径为3m布置导管，共布置8根φ250 导管。由于南北主墩均位于水中，且距两岸较远，混凝土只能就近生产、运输，为此两岸配备了3座混凝土生产拌和楼。其中南岸2座，额定生产量180m3/h，北岸1座，额定生产量180m3/h，混凝土运输以泵送为主，车载斗运及船载斗运同时进行，混凝土灌注速度60m3/h，可满足施工要求。此外，对远距离运输的大体积混凝土配合比也进行了一些研究，适量掺加高效减水剂后，混凝土初凝时间延长到12h，混凝土坍落度为18～22cm，到位入灌前损失仅4～5cm，和易性、流动性也得到改善，很少发生堵管现象，同时混凝土流动半径也达到6m。经抽水检查，水封混凝土面基本平整，没有夹层和混凝土洗澡缺陷。3　承台大体积混凝土施工承台H形平面面积590m2，体积达6490m3。对如此大体积钢筋混凝土，宜一次性灌注以确保结构整体性，但由于环境、材料、混凝土生产供应和劳动力等因素影响也可以按施工规范中的施工缝处理要求进行分块。北主墩竖向分2层，而南主墩则平面分3块，各施工缝严格按规定办理，并设锚固剪切槽，配足接缝拉筋。对甲、乙套箱接缝连接堵水后，抽水并切割甲箱内竖板，确保承台完整。混凝土采用两岸混凝土工厂生产，泵送、船载斗运和车载斗运3条运输线，从生产供应和运输均满足施工要求。　　为确保承台大体积混凝土施工质量，防止出现温度裂纹，采取以下措施：①采用低水化热的矿渣水泥；②减少水泥用量，采用粉煤灰代替水泥，取代量为15%，使用量为18%；③布置冷却循环水网路系统，降低体积内温度；④ 控制入模温度及建立体内温度监测系统。对水中主墩的监测结果表明：冷却循环水管路进口水温度26℃，出口温度30℃～34℃；体内最高温度达68℃，持续5d即降温，承台表面没有出现任何裂纹。4　结　语　　大跨度水中桥塔高桩承台采用钢套箱围堰施工，钢套箱宜在工厂分节制造，并以大吨位吊船吊装和对位，缩短了现场拼装作业时间，也简化了施工方案，是今后快速、高效建造桥梁的一种途径。此外钢套箱围堰入土下沉宜根据实际地质情况，为施工提供作业方便。承台大体积混凝土施工采取较成熟的工艺措施，只要组织落实，管理到位，就能确保工程质量。作者简介：柳汉桥(1957-)，男，处长、工程师，1988年毕业于石家庄党校，现为广东省党校经济管理专业研究生。作者单位:(铁道部大桥局三桥处，广东汕头510051)