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        利用浮平臺夾持下沉法施工鋼套箱圍堰

        2011-05-30 01:51:16鄒利軍
        鐵道標準設計 2011年8期
        關鍵詞:螺紋鋼筋卡位鋼套

        鄒利軍

        (鐵道戰(zhàn)備舟橋處,山東齊河 251100)

        1 鋼套箱圍堰下沉工藝概述

        鋼套箱圍堰作為承臺施工的一種臨時阻水設施,主要用于深水、河床覆蓋層較薄、地基基本承載力較高等地質水文條件下的承臺“先堰后樁”干作法施工。它具有施工深水基礎不受水位限制,對不良水位地質條件適應能力強,施工過程中結構安全,施工周期短等特點,隨著施工技術的逐漸完善,在國內外的大型深水基礎施工中得到了廣泛應用。目前,底節(jié)鋼套箱圍堰的下沉工藝按照下沉位置的不同,主要分為固定下沉和浮運下沉2種。固定下沉工藝分為墩位處固定平臺下沉法和墩位處浮龍門下沉法;浮運下沉工藝分為套箱自浮浮運下沉法和浮平臺夾持下沉法。下面主要對浮平臺夾持下沉法進行詳細介紹,并通過工程實例來進行安全性、經濟性分析。

        2 浮平臺夾持下沉法

        2.1 概述

        浮平臺夾持下沉法是浮運下沉工藝中的一種施工方法,它的施工原理是:充分利用套箱圍堰自浮力,盡量減少器材設備投入量,增加器材周轉使用次數(shù),降低成本;采用拼組和下沉同步平行作業(yè),提高工效。浮平臺夾持下沉法的關鍵工序有:利用固定平臺和提升系統(tǒng)進行鋼套箱圍堰拼組、下水;通過浮平臺夾持鋼套箱圍堰進行浮運;運用錨碇設備進行套箱圍堰精確定位,通過注水和卡位裝置進行套箱圍堰穩(wěn)定性和垂直度的動態(tài)調整;水上吊裝設備在浮平臺上進行鋼套箱圍堰拼裝接高和注水下沉。

        2.2 適用范圍

        浮平臺夾持下沉法具有器材設備投入量小,周轉利用率高,機動性能好,拼組、下沉可平行作業(yè)等優(yōu)點,因此非常適合河流水位受季節(jié)性和潮汐影響變化頻繁,水位漲落差大,水流流速小等地質水文條件;以及施工場地狹小,施工受限,鋼套箱圍堰數(shù)量多、工期緊迫、型鋼材料匱乏等情況下的鋼套箱圍堰拼組、下沉施工。

        2.3 施工流程

        浮平臺夾持下沉法的主要施工流程:首先在固定拼組平臺上進行底節(jié)鋼套箱圍堰拼組;然后利用提升系統(tǒng)進行底節(jié)套箱注水下沉;然后浮平臺夾持鋼套箱圍堰浮運至墩位處,并利用錨碇設備進行精確定位;最后利用水上起吊設備在浮平臺上進行其他節(jié)段的拼組接高和注水下沉。施工流程見圖1。

        圖1 施工流程

        2.4 關鍵工序施工

        2.4.1 底節(jié)鋼套箱圍堰下水

        目前,底節(jié)鋼套箱圍堰下水主要通過固定平臺上的提升系統(tǒng)來實現(xiàn)。提升系統(tǒng)主要由樁頂承力主梁、千斤頂和螺紋鋼筋組成,一般結構組成見圖2、圖3。

        圖2 提升系統(tǒng)結構

        圖3 提升系統(tǒng)施工

        提升系統(tǒng)下放鋼套箱圍堰的工作原理為:通過螺紋鋼筋螺帽松開、擰緊和千斤頂?shù)捻斏?、回落,進行豎向力系的轉換,從而實現(xiàn)套箱放落、下水。

        提升系統(tǒng)的主要操作步驟:松開螺紋鋼筋下部螺帽→千斤頂回落→擰緊螺紋鋼筋下部螺帽→松開螺紋鋼筋上部螺帽→千斤頂頂升→擰緊螺紋鋼筋上部螺帽。

        底節(jié)鋼套箱圍堰下放至水中后,首先進行垂直度和焊接質量全面檢查,然后進行隔艙注水,拆除吊掛系統(tǒng)和固定平臺,實現(xiàn)底節(jié)鋼套箱圍堰下水、自浮。

        2.4.2 鋼套箱圍堰拼組接高

        鋼套箱圍堰拼組接高的主要施工方法是:鋼套箱圍堰注水下沉到一定干弦高度,利用卡位裝置進行套箱與浮平臺間的固接。在浮平臺上搭設簡易焊接作業(yè)平臺,以底節(jié)鋼套箱圍堰頂部為測量基準面,進行上層鋼套箱圍堰結構尺寸的測量控制,利用水上起吊設備進行套箱的拼裝接高。浮平臺夾持下沉法施工過程中,為確保鋼套箱圍堰整體穩(wěn)定和垂直度,要特別注意拼組順序的選擇和隔艙注、排水的動態(tài)調節(jié)功能。鋼套箱圍堰拼組接高分區(qū)見圖4。

        鋼套箱圍堰拼組接高順序為:按照隔艙進行拼組區(qū)域的劃分,然后進行對稱拼組接高。比如首先進行Ⅰ區(qū)分塊套箱拼組接高,同時在對稱的Ⅴ區(qū)隔艙內進行注水平衡;進行Ⅴ區(qū)拼組接高時,應邊接高邊排水,確保鋼套箱圍堰整體穩(wěn)定性。

        2.5 經濟性、安全性分析

        2.5.1 安全性分析

        圖4 鋼套箱圍堰拼組接高分區(qū)

        浮平臺夾持下沉法的安全性主要表現(xiàn)在:(1)浮運過程中,通過卡位裝置來固定鋼套箱圍堰,確保了運輸安全。(2)下沉過程中,通過對稱拼組、隔艙注水和排水的動態(tài)調節(jié)功能以及卡位裝置的固定作用,確保了鋼套箱圍堰下沉安全。

        2.5.2 經濟性分析

        浮平臺既是鋼套箱圍堰運輸工具,同時也是鋼套箱圍堰下沉定位和接高作業(yè)平臺,器材設備投入量小,周轉使用率高,大大降低了材料成本;同時,鋼套箱圍堰底節(jié)拼組和下沉接高可平行作業(yè),提高了工效,節(jié)約了時間成本。因此,浮平臺夾持下沉法具有良好的經濟效益。

        3 杭長鐵路牌頭浦陽江特大橋主墩雙壁鋼套箱圍堰下沉實例

        3.1 地質水文概況

        杭長鐵路牌頭浦陽江特大橋線路法線與水流方向夾角為12°,流速V1%=3.0 m/s。186號 ~192號橋墩鉆孔樁穿過地層依次為粉土、細圓礫土(Q4al),泥質粉砂巖、砂巖、含礫砂巖強風化、弱風化,河床高差較小。

        3.2 雙壁鋼套箱圍堰結構

        杭長鐵路牌頭浦陽江特大橋主墩采用雙壁鋼套箱圍堰干作法施工。鋼套箱圍堰采用圓形,外徑22.5 m,內徑20.5 m,高15 m,共分3 節(jié)。底節(jié)高 4.5 m,質量約75.59 t;中節(jié)5.0 m,質量約63.18 t;頂節(jié) 5.5 m,質量約 63.83 t。

        3.3 總體下沉方案

        根據地質和水流流速的實際情況,本著縮短工期和降低成本的原則,擬定采用浮平臺夾持下沉鋼套箱圍堰,即在岸邊搭設拼組固定平臺,利用固定平臺上的提升系統(tǒng)進行底節(jié)鋼套箱圍堰下水自浮,然后利用浮平臺夾持鋼套箱圍堰進行浮運、定位,最后在墩位處利用水上浮吊進行套箱接高下沉。

        3.4 底節(jié)鋼套箱圍堰拼組、下水

        3.4.1 搭設固定拼組平臺,拼組底節(jié)鋼套箱圍堰

        在岸邊插打32根鋼管樁,樁頂焊接2I25型鋼作為承力橫梁,橫梁上鋪設木板作為拼組平臺。首先在拼組平臺上標注出圍堰刃腳定位線,然后利用浮吊在拼組平臺上依次逐塊拼組。底節(jié)鋼套箱圍堰拼組示意見圖5。

        圖5 底節(jié)鋼套箱圍堰拼組示意

        3.4.2 底節(jié)鋼套箱圍堰下水及浮運

        鋼套箱圍堰拼組完成后,利用固定平臺上的提升系統(tǒng)進行底節(jié)套箱下水,并注水自浮,保留一定干弦高度。拆除拼裝平臺提升系統(tǒng),拔除鋼套箱圍堰外側鋼管樁,在鋼套箱圍堰與浮平臺之間安裝卡位裝置,使圍堰穩(wěn)定垂直自浮。利用994型機動舟頂推浮平臺,運輸鋼套箱圍堰至墩位處。鋼套箱浮運見圖6。

        圖6 浮平臺夾持浮運

        3.4.3 底節(jié)鋼套箱圍堰精確定位

        通過調整浮平臺四角的電動錨機,牽引固定在混凝土錨上的鋼絲繩,配合測量儀器進行鋼套箱圍堰精確就位,最后利用卡位裝置將套箱穩(wěn)固于墩位中心。鋼套箱精確定位示意見圖7。

        圖7 底節(jié)鋼套箱圍堰精確定位示意

        3.4.4 其他節(jié)段鋼套箱圍堰拼組接高

        鋼套箱圍堰錨碇牢固后,利用20t水上浮吊進行其他節(jié)段鋼套箱圍堰的拼裝接高。拼組接高時通過對稱拼組和隔艙注、排水方式來進行套箱穩(wěn)定性和垂直度的動態(tài)調整。以此循環(huán)作業(yè),直至完成鋼套箱圍堰下沉施工。鋼套箱拼組接高見圖8。

        3.5 經濟效益

        浮平臺夾持下沉法在牌頭浦陽江特大橋主墩鋼套箱圍堰施工過程中,取得了非常好的經濟效益,器材設備的租賃費用降低特別明顯。浮平臺和水上浮吊的租賃費用每月約為10萬元,而浮龍門每月的租賃費用至少在20萬元以上,采用浮平臺夾持下沉法進行鋼套箱圍堰施工,節(jié)約成本高達50%以上,經濟效益良好。

        4 結語

        浮平臺夾持下沉法是浮運下沉工藝中的一種下沉方法,它具有材料投入少,周轉使用率高,安全性、經濟性能良好的優(yōu)點。但在實際施工過程中,表現(xiàn)出來的下沉定位受流速影響較大,定位精度調節(jié)能力差,不適合大噸位鋼套箱圍堰施工,卡位裝置需進一步優(yōu)化等問題亟待解決。

        [1]劉自明.橋梁深水基礎[M].北京:人民交通出版社,2003.

        [2]殷萬壽.深水基礎工程[M].北京:中國鐵道出版社,2003.

        [3]魏賢華.水中裸露基巖中大直徑雙壁鋼套箱圍堰施工技術[J].鐵道建筑技術,2009(3).

        [4]陳建軍.沙田贛江特大橋雙壁鋼套箱圍堰設計與施工[J].鐵道建筑技術,2009(6).

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