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        洪塘大橋主墩承臺鋼吊箱圍堰設(shè)計及施工技術(shù)探討

        2019-05-18 02:25:12蔡曉戀
        福建交通科技 2019年2期
        關(guān)鍵詞:吊箱挑梁鋼護筒

        ■蔡曉戀

        (福州海峽建設(shè)發(fā)展有限責(zé)任公司,福州 350001)

        1 工程概況

        福州洪塘大橋拓寬改建工程路線總長約2.2078km。分主橋、東引橋、西引橋及三環(huán)立交,橋梁通航等級為內(nèi)河Ⅳ級航道。主橋采用獨塔雙索面自錨式懸索橋,跨徑布置為(50+150+150+50)m=400m,基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁,主梁結(jié)構(gòu)為鋼箱梁,橋面寬52m。其中9#~15#墩根據(jù)其水深及通航設(shè)計采用設(shè)圓弧整體式六邊形承臺方案施工,承臺共計14個,擬采用有底鋼吊箱作為模板施工。其中13#主墩承臺 2個,平面尺寸為26.4m(橫橋向)×14.4m(順橋向),承臺高度5m,封底砼高2m,設(shè)R2000圓弧倒角。

        2 水文地質(zhì)條件

        本地區(qū)屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū),一般每年4月~7月上旬為梅雨季,7月~10月為臺風(fēng)雨季也是洪水期,每年的10月至次年的4月為非汛期,有利于進行水中樁基、承臺施工。河道最大漲潮流速1.01m/s,最大落潮流速1.05m/s。橋位附近流場平順,無漩渦和強大穩(wěn)流區(qū),水流條件較好,洪水期間最大流速1.7m/s。本項目為強潮陸相河口,潮型屬正規(guī)半日潮,一天兩漲兩落。平均高潮位為4.98m,平均低潮位為2.36m,平均潮差為2.62m。橋址區(qū)覆蓋層主要由雜填土、中砂及卵礫石層組成,下伏基巖為花崗巖巖,局部分布有凝灰?guī)r。

        3 鋼吊箱設(shè)計

        根據(jù)鋼吊箱施工流程主要計算鋼吊箱起吊下放、鋼吊箱澆筑封底混凝土、鋼吊箱抽水以及鋼吊箱澆筑承臺砼等不利工況條件下鋼板、挑梁和吊桿結(jié)構(gòu)的強度和剛度。

        根據(jù)承臺尺寸壁板設(shè)計為圓弧六邊形吊箱,根據(jù)承臺底、頂標(biāo)高和設(shè)計高、低水位,擬定鋼吊箱的平面尺寸為:長 27.592m,寬 15.592m,高 9m,壁體單個重約 139.8t。底板為承臺封底和承臺混凝土施工底模板,長27.344m,寬15.344m,由面板和型鋼骨架組成,總重約43.4t,如圖1所示。

        圖1 吊箱結(jié)構(gòu)圖(單位:mm)

        鋼吊箱底板面板采用6mm鋼板,型鋼骨架采用HN350×175、200×100 焊接而成。底板不進行防腐設(shè)計,施工時僅做簡單防銹處理。底板采用分塊制作成形施工工藝,根據(jù)橫橋向均分成3塊,每塊最重不超過15t。

        吊箱壁體豎向為單層,呈帶圓倒角六邊型,外口長27.592m,外口寬15.592m,厚度根據(jù)不同截面0.358m~0.588m不等,高度9.0m。由鋼板和型鋼焊接組成,總重約139.84t。鋼板采用 8mm壁厚,肋板為 HM588×300、HN350×175、HN400×200、[32a、I14 型鋼組成。

        壁體分塊制作,劃分斷面要避開在澆筑承臺混凝土最不利工況下的應(yīng)力集中區(qū)域,避免應(yīng)力過大導(dǎo)致吊箱變形出現(xiàn)滲漏,綜合考慮壁體水平方向分為8塊加工,豎向不做分塊,共3種型號尺寸,單塊重量最大為20.9t。最后分片運輸、螺栓連接成型。

        為便于壁體周轉(zhuǎn)使用時拆卸,且連接穩(wěn)定可靠,各側(cè)壁板之間用M20螺栓連接。側(cè)壁與底板之間采用Φ18對拉鋼筋固結(jié),張拉10kN預(yù)應(yīng)力,同時為避免接觸面出現(xiàn)滲漏,接觸面連接縫處夾塞厚5mm的膨脹型止水條止水。

        4 鋼吊箱施工

        4.1 鋼吊箱制作

        鋼吊箱加工鋼結(jié)構(gòu)在加工區(qū)進行,鋼吊箱采用分塊加工,加工完成后倒運至現(xiàn)場拼裝。

        壁體分塊制作應(yīng)首先在制作胎架上將壁板和型鋼骨架組裝成整體??紤]到分塊壁體需在現(xiàn)場進行組拼,壁板之間需填塞止水橡膠條,因此分塊壁體尺寸略小于理論尺寸(單個拼縫10mm,每塊每邊5mm)。每個分塊壁體按照壁體分塊按順序進行編號,并用油漆標(biāo)記。

        4.2 鋼吊箱拼裝

        4.2.1 底板拼裝

        在護筒外周+6.0m標(biāo)高處焊設(shè)型鋼牛腿,每根鋼護筒布設(shè)2個HN600×200型鋼牛腿,然后將分塊制作好的底板吊裝到鋼牛腿上,焊接成整體,為側(cè)壁板拼裝作準備。底板安裝就位以后,在底板上將承臺的理論縱橫軸線和單塊壁體的安裝位置測放出來,并做明顯標(biāo)示,保證準確安裝側(cè)壁板。

        4.2.2 壁板拼裝

        為了保證拼裝時整個吊箱處于平衡狀態(tài),側(cè)壁安裝遵循先安裝一側(cè)吊箱倒圓角壁體三,安裝對稱倒圓角壁體二,安裝兩塊直線段壁體一,安裝對稱倒圓角壁體二,最后安裝另一側(cè)倒圓角壁體三進行合龍(見圖1)。

        拼縫對好后,調(diào)整吊箱上口尺寸,擰緊側(cè)壁螺栓,安裝鋼管支撐、焊接拉壓桿。鋼管支撐和吊桿與鋼吊箱挑梁及底板主梁焊縫應(yīng)飽滿牢固。吊箱拼裝好檢查尺寸、連接螺栓、焊接焊縫,對密封不夠的地方用防水材料進行密封。

        4.2.3 下放系統(tǒng)安裝

        下放門架安裝:13#主墩由鋼吊箱外6根Φ820門架柱 1,護筒內(nèi)6根Φ630門架柱2及6條2HN600×200門架梁組成(見圖1)。

        導(dǎo)向裝置安裝:為了保證鋼護筒下放過程中的垂直度以及平面位置,在鋼吊箱側(cè)壁上設(shè)置8個由Φ426×6鋼管制作的導(dǎo)向裝置(見圖1),導(dǎo)向裝置的長度為4.8m,其與鋼護筒間距控制在5cm范圍。施工時根據(jù)現(xiàn)場鋼護筒偏位情況和垂直度精確確定,以保證導(dǎo)向裝置與壁體鋼護筒間距。

        連通器安裝:封底混凝土澆筑前,在鋼吊箱底板上設(shè)置連通器,使用直徑為245×8mm鋼管,頂口設(shè)置法蘭盤。減壓孔高度超過封底混凝土頂標(biāo)高10cm,封底混凝土澆筑完成后,保證鋼吊箱內(nèi)外江水可以貫通,保持內(nèi)外壓力平衡,防止封底混凝土在達到強度前由于鋼吊箱內(nèi)外壓力差而被破壞。

        挑梁體系及千斤頂安裝:底板拼裝、導(dǎo)向裝置焊接到位后,在其對應(yīng)的鋼護筒上安裝承重懸HN450×200挑梁,通過HW150×150的吊桿與底板焊接在一起。千斤頂安裝在下放門架上,壁體掛腿和千斤頂之間采用Φ40mm(PSB1080級別)精軋螺紋粗鋼筋,確保其受力,提高吊箱拼裝的安全性和可靠性。

        4.3 鋼吊箱下放

        下放時間應(yīng)選擇在平潮階段進行鋼吊箱的下放。吊箱拼裝到位后,焊縫位置采用煤油浸透,螺栓拼縫位置人工檢查的方法,檢查吊箱的水密性,不滿足要求的必須處理達到要求后才能下放。下放前應(yīng)同時啟動6只150t千斤頂,將吊箱頂升5cm左右,檢查各受力部位的焊縫及連接,檢查合格后,繼續(xù)將吊箱頂升50cm高后,割除吊箱的拼裝牛腿,完成吊箱下放準備。

        鋼吊箱下放過程就是操作千斤頂下放精軋螺紋的過程,即千斤頂回縮下放吊箱→擰緊下挑梁精軋螺紋螺母→提升上挑梁并擰緊上挑梁精軋螺紋螺母→千斤頂頂進受力→回擰下挑梁精軋螺紋螺母→千斤頂回縮下放吊箱,反復(fù)重復(fù)同一操作工序,直至吊箱下放至設(shè)計標(biāo)高。下放過程注意同步性和連貫性,確保精軋螺紋粗鋼筋受力均勻。

        鋼吊箱下放過程中,用全站儀隨時監(jiān)測鋼吊箱是否存在偏位。挑梁落在護筒上后,確定鋼吊箱平面位置、垂直度、錯臺等應(yīng)滿足設(shè)計及規(guī)范要求。焊接護筒和挑梁,并將導(dǎo)向裝置和鋼護筒壁體焊接鎖定。精軋鋼不做拆除,作為鋼吊澆筑封底混凝土過程中的安全儲備。

        4.4 封底混凝土施工

        封底砼按照水下混凝土設(shè)計,強度等級為C30,采用水下封底的形式。灌注封底混凝土前應(yīng)將鋼護筒和鋼吊箱內(nèi)壁體上的泥漿土沖洗干凈。

        封底施工準備工作:

        鋼吊箱底板加工時由于考慮到鋼護筒垂直度誤差,在鋼護筒位置開孔時開孔直徑比鋼護筒直徑大20cm,一周留有10cm間隙,所以鋼吊箱下放到位后,需先將底板與鋼護筒一周間隙封堵后才能進行封底混凝土澆筑,封孔板采用兩塊半圓弧板對接的形式,使用抱箍及螺栓固定。同時利用提前準備的沙袋(摻水泥)將護筒與底板間的空隙封堵。水下混凝土在底板上的流動作用半徑,一般在6~8m之間。主墩承臺寬14.4m,考慮護筒的遮擋作用,布料點距結(jié)構(gòu)距離均不大于6m布設(shè),單個吊箱分別設(shè)置8個布料點。

        5 封底混凝土澆筑

        13#承臺封底砼方量為661.1m3,采用2臺汽車泵泵送,左右兩側(cè)對稱澆筑。混凝土澆筑前嚴格控制封底砼的坍落度。封底擬采用逐點澆筑進行水下封底,先選擇中間1個布料點導(dǎo)管上設(shè)置小料斗,混凝土泵送至小料斗,在首封導(dǎo)管內(nèi)放置泡沫隔水栓,小料斗內(nèi)存料滿足該布料點首封時開始放料,首封完成后連續(xù)向該布料點灌注,靠混凝土自身流動性流動至鄰近的布料點,使相鄰布料點導(dǎo)管底通過流動混凝土達到封堵底口的目的,之后使用小水泵將該導(dǎo)管內(nèi)水抽掉,即可向該導(dǎo)管內(nèi)灌注,同樣施工工序從中間向兩側(cè)逐個布料點推進,將所有布料點導(dǎo)管底口封堵,最后可不受制約循環(huán)澆筑每個布料點,直到混凝土澆筑完成即可。

        6 承臺鋼筋混凝土施工

        6.1 施工準備

        當(dāng)封底混凝土強度達到設(shè)計強度(30MPa)時開始鋼吊箱內(nèi)抽水。抽水前,宜選擇在低潮位封堵水下鋼吊箱底板連通器,封堵時先在連通器法蘭盤上覆蓋定制的密封橡膠圈,然后蓋上蓋板,上緊蓋板螺栓。

        鋼吊箱內(nèi)抽水完成后拆除下放系統(tǒng),割除鋼護筒至樁基設(shè)計頂標(biāo)高+0.500m,進行樁頭鑿除。

        為了保證承臺鋼筋綁扎方便,需對封底混凝土表面進行必要的處理。局部表面高于承臺底標(biāo)高的位置進行鑿除,低于承臺底標(biāo)高位置部分使用砂漿進行找平。

        6.2 承臺鋼筋綁扎

        承臺施工的模板為安裝完成的鋼吊箱壁體的內(nèi)側(cè)壁,鋼筋綁扎前,精確測定承臺縱橫向軸線位置,以便鋼筋綁扎的位置準確,并對吊箱內(nèi)側(cè)壁板進行除銹、涂刷脫模劑。

        承臺鋼筋全部在鋼筋加工場完成加工制作,運至13#墩處進行綁扎。承臺鋼筋綁扎時需注意防雷接地預(yù)埋鋼筋、主塔預(yù)埋鋼筋、冷卻水管預(yù)埋及后續(xù)施工用預(yù)埋件,并且位置和數(shù)量要準確。

        6.3 承臺混凝土澆筑

        承臺砼等級為C40砼,13#主墩墩承臺混凝土方量為1612.6m3,分兩次澆筑成型。單次最大砼量為967.5m3,澆筑時間控制在12h左右。

        混凝土澆筑按照從一個方向(中間)向另外一個方向(兩端)推進,并嚴格控制分層厚度,加強斜角部位混凝土振搗,保證振搗充分。每層澆筑厚度按照30cm控制,振搗間距按50~60cm進行控制。振搗時,振搗棒應(yīng)插入混凝土內(nèi),上層混凝土振搗時應(yīng)將振搗棒插入下層混凝土內(nèi)5~10cm,每一處振搗應(yīng)快插慢拔,必須振搗至該處混凝土不再下降,氣泡不再冒出,表面出現(xiàn)泛漿為止。

        每層砼澆筑時打開冷卻水管通水,連續(xù)通水不小于12h,同時在承臺內(nèi)埋設(shè)2個電阻傳感器,進行24h溫度監(jiān)控,保證砼內(nèi)外溫差不超過25℃。砼澆筑完畢并初凝后立即在其表面覆蓋塑料薄膜或土工麻袋蓄水養(yǎng)護,養(yǎng)護水源直接利用江水,養(yǎng)護時間不小于7d。

        7 結(jié)語

        洪塘大橋主橋主墩水中承臺施工在該施工環(huán)境下,采用有底鋼吊箱施工相對于其他圍堰方案而言,不僅施工靈活、成本低、效率高,且能滿足環(huán)境保護的要求,同時它工序簡單、易操作,大大降低了水下施工難度,能有效加快橋梁下部結(jié)構(gòu)施工進度,是值得大力推廣的施工工藝。

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