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        寨子溝2#特大橋深水樁基鋼護(hù)筒沉設(shè)技術(shù)

        2013-12-27 06:12:27
        科學(xué)之友 2013年2期
        關(guān)鍵詞:履帶吊鋼護(hù)筒河床

        史 健

        (山西振興公路監(jiān)理有限公司,山西 太原 030006)

        1 概況

        寨子溝2#特大橋橋長1 543.04 m,上部布置為(10×30+8×40+68+120+68+6×40+14×30)m,主橋上部為(68+120+68)m變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,引橋上部為30 m,40 m先簡支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力砼T梁,下部為樁基礎(chǔ),11#~27#墩為水中樁基,其中19#、20#為橋梁主墩。

        寨子溝河床從上到下地質(zhì)土層分布情況為:粉砂層—黏土層—砂礫層—卵石層—強(qiáng)分化砂巖—弱風(fēng)化砂巖。由于施工前和施工期間,地方采砂隊(duì)在橋位附近長時(shí)間采砂,造成橋位處河床標(biāo)高降低,河床基床變薄,水深增加,與原設(shè)計(jì)地質(zhì)情況不符,河床平均降低4 m左右。

        大橋水中樁基施工的基礎(chǔ)是材料輸送道路、鉆機(jī)施工平臺(tái)和鋼護(hù)筒沉設(shè)。該大橋施工采用了鋼棧橋,鋼平臺(tái)搭設(shè)施工方案分別在北岸11#~19#墩、南岸20#~27#墩左側(cè),搭設(shè)6 m寬鋼便橋,每排墩搭設(shè)鉆機(jī)施工和吊裝施工的施工平臺(tái),主墩間留為航道通車用。

        水中樁基11#~27#排墩共84根,主墩樁徑2.5 m,邊墩樁徑1.5 m,引橋墩樁徑2 m,緊靠邊墩的兩排引橋樁徑變?yōu)?.2 m,樁徑大小形式不一,鋼護(hù)筒加工大小按樁徑+30 cm控制制作,其鋼板采用A3鋼板厚度為16 mm、14 mm和12 mm三種。

        2 鋼護(hù)筒沉設(shè)

        鋼棧橋及施工平臺(tái)施工完后,給樁基施工提供了基本條件,保障了鋼護(hù)筒沉設(shè)、鉆機(jī)就位及施工。鋼護(hù)筒沉設(shè)包括幾方面工序:鋼護(hù)筒卷制、加工;鋼護(hù)筒運(yùn)輸;鋼護(hù)筒導(dǎo)向架安裝;鋼護(hù)筒安放與焊接;鋼護(hù)筒振沉控制。

        2.1 鋼護(hù)筒卷制、加工

        鋼護(hù)筒卷制在加工區(qū)進(jìn)行,采用護(hù)筒卷板機(jī)卷制而成,人工配合小門吊起吊卷制焊接成圓。鋼護(hù)筒材料進(jìn)場是按要求預(yù)先定制好的,護(hù)筒直徑按樁徑直徑+30 cm控制,每節(jié)護(hù)筒長度定尺150 cm,鋼板長度按護(hù)筒大小提前預(yù)定由廠家提供。護(hù)筒卷制成后,在加工區(qū)場地上進(jìn)行對焊接加工,每根樁基護(hù)筒根據(jù)預(yù)先確定的長度按兩段加工控制,以便于運(yùn)輸與提吊。護(hù)筒卷制加工基本要求就是卷制圓,焊接嚴(yán)。為加強(qiáng)護(hù)筒的整體剛度,每2 m加設(shè)寬20 cm的鋼帶,護(hù)筒底腳處加設(shè)寬50 cm的鋼帶作為刃腳。焊接采用內(nèi)外接縫雙面焊,所有焊接必須連續(xù),以保證不漏水。鋼護(hù)筒口內(nèi)側(cè)用[10槽鋼加焊十字支撐架,起吊防止筒口變形。

        2.2 鋼護(hù)筒運(yùn)輸

        鋼護(hù)筒加工完成后,鋼護(hù)筒占用地方較大,加工較慢且費(fèi)時(shí),需要提前加工和臨時(shí)存放。所以加工完成后,先運(yùn)輸?shù)酱娣劈c(diǎn)臨時(shí)存放,使用時(shí),再運(yùn)輸?shù)綐痘o(hù)筒沉設(shè)現(xiàn)場。鋼護(hù)筒轉(zhuǎn)移運(yùn)輸,用30 t汽車吊起吊,12 m長平板拖車運(yùn)輸,運(yùn)輸事項(xiàng):鋼護(hù)筒起吊到平板車上,護(hù)筒兩側(cè)方木墊穩(wěn),手葫蘆鋼絲繩拉緊。

        2.3 護(hù)筒導(dǎo)向架安裝

        鋼護(hù)筒導(dǎo)向架起兩個(gè)作用:定位;垂直導(dǎo)向。在安裝導(dǎo)向架前,在平臺(tái)上精確測量樁位中心及十字定位點(diǎn),作為導(dǎo)向架安裝控制依據(jù)。護(hù)筒導(dǎo)向架為上下兩層組成。兩層之間的高度根據(jù)水平面距平臺(tái)的高度盡可能加大,上層導(dǎo)向架的承重橫梁用2I25工鋼組成,焊接在平臺(tái)的H50鋼上或貝雷架上,再用I25工鋼聯(lián)接兩導(dǎo)向架承重橫梁,形成矩形“井”字型框架,長寬尺寸略大于護(hù)筒外徑3~5 cm為宜。導(dǎo)向架的下層用I25工鋼縱橋向焊接在鋼管樁平聯(lián)上,在其上用I25工鋼橫向搭焊接,形成“井”字結(jié)構(gòu),下層“井”字結(jié)構(gòu)安裝由上層導(dǎo)向架垂球法吊線定位,且上、下“井”字框架垂直。上、下層導(dǎo)向架確保水平方向穩(wěn)固,上、下方向垂直。

        2.4 鋼護(hù)筒安放、焊接

        鋼護(hù)筒轉(zhuǎn)運(yùn)到現(xiàn)場后,開始起吊并安放。護(hù)筒起吊采用“兩點(diǎn)法”起吊。兩點(diǎn)法起吊的基本原則是:吊環(huán)對稱,高低相等,鋼絲繩長度相等,這樣鋼護(hù)筒起吊起來才能垂直。吊環(huán)對稱采用護(hù)筒口圓周等方法或采用護(hù)筒口兩側(cè)等高法來確定燒割吊環(huán)孔,從護(hù)筒口邊向進(jìn)5 cm為宜。起吊鋼絲繩采用兩根等長鋼絲繩進(jìn)行起吊,這樣才能保證起吊對稱。

        履帶吊提起鋼護(hù)筒先切割掉下口十字內(nèi)撐,順著導(dǎo)向架緩緩向下安放,高出導(dǎo)向架橫向承重梁50 cm左右時(shí)停放,在承重梁上焊接牛腿,將鋼護(hù)筒與導(dǎo)向架承重梁固定起來,再用上述相同方法起吊上節(jié)鋼護(hù)筒,履帶吊提起上節(jié)鋼護(hù)筒人工配合上下節(jié)鋼護(hù)筒定位焊接。在焊接前,要先割除下節(jié)護(hù)筒口上十字撐。上下節(jié)鋼護(hù)筒焊接時(shí),控制好上下護(hù)筒垂直度,焊接牢固、密實(shí),鋼護(hù)筒焊接成一個(gè)整體護(hù)筒后,履帶吊開始起吊,割掉固定在導(dǎo)向架承重梁上的牛腿,緩緩下放在河床上,剛到河床底時(shí),采用垂球法在上下層導(dǎo)向架上測量鋼護(hù)筒垂直度情況,測量上下間距≥5 m,如上下層測量的數(shù)據(jù)差為2 cm,表示護(hù)筒垂直度為0.02/5=0.4%,垂直度控制不應(yīng)大于0.5%;如果鋼護(hù)筒垂直度測量時(shí)上下間距5 m,上下層測量數(shù)字差≤2.5 cm,超過時(shí)應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)兩個(gè)不同方向測量的垂直度均<0.5%時(shí),可以下沉鋼護(hù)筒到底。鋼護(hù)筒到底履帶吊儀表讀數(shù)為零時(shí),再測量鋼護(hù)筒垂直度和護(hù)筒頂口中心位置,滿足要求后,可開始鋼護(hù)筒振沉工作。履帶吊儀表讀數(shù)開始變小到變?yōu)榱?,是鋼護(hù)筒從開始接觸到完全觸動(dòng)的過程,是靠護(hù)筒自重和振動(dòng)錘重量使鋼護(hù)筒插入河床的過程,在這個(gè)過程安放下沉?xí)r,垂直度控制是至關(guān)重要的。

        2.5 鋼護(hù)筒振沉控制

        鋼護(hù)筒在振沉前,上層導(dǎo)向架四邊與鋼護(hù)筒間焊接定位卡,限制護(hù)筒在振沉?xí)r護(hù)筒口偏離。影響護(hù)筒垂直度一個(gè)重要的客觀原因就是水流,主要是雨季水流影響較大,在護(hù)筒安放時(shí)和護(hù)筒振沉?xí)r,必須避開雨水,在水流相對穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行。鋼護(hù)筒振沉采用DZ—180型液壓雙夾口式振動(dòng)錘,履帶吊提起振動(dòng)錘開啟后,振動(dòng)過程仔細(xì)觀察鋼護(hù)筒下沉情況,下沉2 m左右必須測量鋼護(hù)筒垂直度,在控制范圍內(nèi),才能繼續(xù)下沉鋼護(hù)筒,否則應(yīng)拔起重新下沉。下沉到上層導(dǎo)向架附件時(shí),停止下沉,測量垂直度基本符合時(shí),可拆除上層導(dǎo)向架,繼續(xù)下沉到要求位置或不能下沉為止。鋼護(hù)筒振沉鋼到位后再量測護(hù)筒垂直度,護(hù)筒振沉要點(diǎn)是:開始弱振慢沉,過程垂直度認(rèn)真控制。

        在鋼護(hù)筒沉設(shè)中,直徑1.8 m的鋼護(hù)筒采用了10 mm厚鋼板,發(fā)現(xiàn)振沉?xí)r護(hù)筒周壁晃動(dòng)較大,柔性較大。直徑2 m以上的鋼護(hù)筒采用12 mm和14 mm鋼板,護(hù)筒周壁晃動(dòng)不明顯。深水鋼護(hù)筒較長,護(hù)筒鋼板厚度不低于12 mm。

        鋼護(hù)筒振沉主要分三個(gè)步驟:①鋼護(hù)筒安放后,護(hù)筒的垂直度必須滿足要求,不大于0.5%,否則,應(yīng)進(jìn)行調(diào)整??蛇\(yùn)用不對稱起吊法;不對稱單側(cè)振沉法、護(hù)筒提起拋砂袋法來調(diào)整。②過程垂直度控制:振動(dòng)錘振沉鋼護(hù)筒,下沉2 m左右時(shí),必須進(jìn)行垂直度測量,不滿足要求及時(shí)處理,單側(cè)不對稱振沉不能調(diào)整時(shí),應(yīng)拔出鋼護(hù)筒重新振沉。振沉到上層導(dǎo)向架附近時(shí),再次測量垂直度,滿足要求后,才能割除上層導(dǎo)向架繼續(xù)下沉。③鋼護(hù)筒到位垂直度檢查,垂直度大于1%,應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。否則,鉆機(jī)鉆孔時(shí),存在沖撞護(hù)筒和提掛護(hù)筒隱患,嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)卡錘事故。

        3 11#墩深水露巖鋼護(hù)筒沉設(shè)

        11#墩位水深約5 m左右,河床基床?。?0~20 cm),基本屬于河床露巖,考慮以下幾個(gè)方案:①采用先沉護(hù)筒再拋沙袋人造基床法施工,護(hù)筒底與河床巖面露漿問題無法處理。②采用先沉鋼護(hù)筒再外套大護(hù)筒法中間澆灌水下砼,但外套大護(hù)筒不得小于4 m直徑,受平臺(tái)上部結(jié)構(gòu)限制無法下沉,且也存在護(hù)筒底與河床面露漿處理問題。最后確定采用先上鉆機(jī)用大鉆錘先砸“鍋底坑”,再用下沉鋼護(hù)筒和澆灌水下砼方法施工。

        在鉆機(jī)平臺(tái)上測量護(hù)筒下沉中心位置和十字控制點(diǎn)位,再上鉆機(jī)就位。護(hù)筒直徑為2.3 m,采用2.5 m鉆錘先沖擊2 m左右深的“鍋底坑”,再移開鉆機(jī)下沉護(hù)筒。護(hù)筒底離開坑底約20 cm為宜,固定鋼護(hù)筒,在護(hù)筒內(nèi)澆灌水下砼到河床面。

        4 鋼護(hù)筒沉設(shè)后的傾斜處理

        鋼護(hù)筒沉設(shè)時(shí),由于受到多方面原因的影響會(huì)發(fā)生傾斜,在沉設(shè)過程中,發(fā)現(xiàn)傾斜時(shí)應(yīng)停止下沉并及時(shí)處理。沉設(shè)完成后發(fā)生垂直度不能滿足要求應(yīng)進(jìn)行處理。20#墩右側(cè)2根鋼護(hù)筒在沉設(shè)后,垂直度超過3%也就是說,30 m得護(hù)筒長度最底下偏移量超過90 cm,嚴(yán)重侵占了樁孔位置,鉆孔無法進(jìn)行。可能造成護(hù)筒傾斜的原因是:在護(hù)筒下沉過程中,已發(fā)生傾斜時(shí)沒有及時(shí)處理;護(hù)筒底遇有大孤石,造成護(hù)筒下沉偏心。處理方法如下。

        4.1 拔出鋼護(hù)筒底離開河床

        護(hù)筒自重30 t,僅靠履帶吊提升是不可能的。將上層導(dǎo)向架承重橫梁變成2I40工鋼,再在承重橫梁上安裝5 t卷揚(yáng)機(jī),通過6輪滑輪組組合,履帶吊提起180振動(dòng)錘夾住鋼護(hù)筒邊振動(dòng)邊提升,兩臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)(一臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)最大提升可達(dá)成60 t力)同時(shí)提升,鋼護(hù)筒可通過多次提升拔出河床。

        4.2 重新振沉鋼護(hù)筒

        履帶吊提升鋼護(hù)筒稍離開河床,測量護(hù)筒的中心位置和垂直度滿足要求后,鋼護(hù)筒慢慢落入河床上,待履帶吊提升鋼絲繩松開時(shí),重新測量鋼護(hù)筒垂直度,如果垂直度滿足要求方可振沉,如不滿足時(shí)采用如下方法:①單側(cè)不對稱時(shí)可提升鋼護(hù)筒,調(diào)整鋼護(hù)筒垂直度,仍不能調(diào)整到位時(shí),采用第二種方法。②采用90振動(dòng)錘液壓單夾式單側(cè)護(hù)筒頂口不對稱振錘,仍不能滿足垂直度要求時(shí),采用第三種方法。③履帶吊提起鋼護(hù)筒,在鋼護(hù)筒周邊拋沙袋來調(diào)整河床使河床平整,再使鋼護(hù)筒落到河床上,調(diào)整鋼護(hù)筒垂直度。振沉鋼護(hù)筒采用DZ—180雙夾振動(dòng)錘,振沉約2 m左右時(shí),應(yīng)測量鋼護(hù)筒垂直度,如不滿足垂直度向一側(cè)傾斜時(shí),應(yīng)采用90振動(dòng)錘單夾式單側(cè)不對稱振沉調(diào)整,調(diào)整到位后,仍采用180錘雙夾對稱振沉。如果鋼護(hù)筒振沉中,遇有不可預(yù)見因素振沉不進(jìn)時(shí),可采用“沖抓斗”在護(hù)筒內(nèi)將礫卵石取出,再跟進(jìn)鋼護(hù)筒的方法是護(hù)筒盡量下沉;埋深較淺時(shí),可在護(hù)筒周圍拋袋裝砂石人造基床方法使鋼護(hù)筒埋深穩(wěn)定。

        5 結(jié)束語

        鋼護(hù)筒沉沒,主要核心就是“垂直度”控制,控制的過程就是在每個(gè)工序中把更多的允許垂直度空間范圍留給最后的樁基施工,使控制過程不占或少占允許垂直度空間,這就是護(hù)筒沉設(shè)的宗旨。用增大護(hù)筒直徑來加大垂直度允許空間或降低垂直度的做法是不科學(xué)的,只有通過護(hù)筒沉設(shè)過程控制來達(dá)到樁孔施工技術(shù)要求才是最經(jīng)濟(jì)的。

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