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        高速公路橋梁承臺施工及鋼吊箱設(shè)計

        2021-10-16 09:37:12
        山東交通科技 2021年4期
        關(guān)鍵詞:吊箱墩身底板

        何 楊

        (新疆新紀(jì)元公路設(shè)計有限責(zé)任公司,新疆 烏魯木齊 830000)

        引言

        鋼吊箱適用于深水基礎(chǔ)的高樁承臺施工,應(yīng)用此方法時施工單位應(yīng)做好現(xiàn)場勘查,掌握地質(zhì)條件、水文特點,然后根據(jù)橋梁建設(shè)要求,進(jìn)行鋼吊箱的設(shè)計。根據(jù)設(shè)計方案現(xiàn)場拼裝鋼吊箱,然后下沉、封底,并依次完成承臺、墩身的施工任務(wù)[1-2]。鋼吊箱設(shè)計與制作質(zhì)量,以及墩身、承臺施工質(zhì)量,就成為路橋工程中施工單位的重點管控內(nèi)容。

        1 高速公路橋梁承臺施工技術(shù)

        1.1 主墩承臺施工技術(shù)

        在主墩承臺施工前,先將鉆孔平臺拆除,然后安裝吊箱底板,并進(jìn)行固定,現(xiàn)場制作鋼吊箱的懸吊裝置。鋼吊箱采用提前預(yù)制的方式,在制造廠完成制作后,通過汽車運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場,使用懸吊裝置分別連接鋼吊箱的四個頂角,吊起后移動到指定位置,在定位系統(tǒng)的輔助下,下沉并準(zhǔn)確放置到相應(yīng)的位置。在鋼吊箱安裝過程中,現(xiàn)場制備混凝土,保證配比合適且充分拌勻,在鋼吊箱沉底后迅速澆筑混凝土,完成封底。在混凝土硬化之后,開始抽水,待內(nèi)部積水全部抽干排凈后,開始安裝承臺鋼筋。鋼筋相接部位一律采用焊接,同時預(yù)埋冷卻循環(huán)水管,采用鋼絲綁扎的方式固定在鋼筋上,塔柱施工的預(yù)埋件也要在這一環(huán)節(jié)提前安裝。承臺鋼筋工程結(jié)束后,開始澆筑承臺混凝土,充分振搗后進(jìn)入養(yǎng)護(hù)期,在前14 d 通入冷卻循環(huán)水,使內(nèi)部熱量及時消散,養(yǎng)護(hù)結(jié)束后完成主墩承臺施工。

        1.2 薄壁鋼吊箱結(jié)構(gòu)布置

        通過受力分析可知,鋼吊箱要承受水的壓力、土的壓力以及混凝土的壓力,為提高其抗壓能力,防止出現(xiàn)變形問題,施工中選擇矩形雙層薄壁鋼吊箱。其中,雙壁鋼板的總厚度為1.2 m,采用桁架結(jié)構(gòu)見圖1。

        圖1 矩形雙層薄壁鋼吊箱

        鋼吊箱內(nèi)部,沿著與橋面平行的方向,設(shè)計有上、中、下三道支撐,均采用Φ160 mm 的鋼管,提高內(nèi)部支撐力。底板方面,為提高防水效果,采用“底包側(cè)”設(shè)計方式,底板的長度和寬度均比鋼吊箱的平面尺寸超過15 cm。除此之外,在頂部四個角上設(shè)計了4個用于吊裝的吊點,并重點進(jìn)行加固。設(shè)計臨時承重吊桿,當(dāng)鋼吊箱完成下沉后,將由吊桿來分擔(dān)一部分重力。

        1.3 套箱制作

        施工企業(yè)將鋼吊箱的設(shè)計方案交給加工廠,采用預(yù)制的方式進(jìn)行鋼吊箱各個組成構(gòu)件的制作,然后使用汽車將這些構(gòu)件運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場。(1)構(gòu)件裝車前,要在汽車上放置木架或鋼架,并進(jìn)行固定,防止構(gòu)件在運輸途中因為顛簸、碰撞而出現(xiàn)變形等問題。(2)運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場后,檢查構(gòu)件有無質(zhì)量缺陷,確認(rèn)沒有問題后分層焊接,拼裝成整體。構(gòu)件焊接水平將會對鋼吊箱的拼裝精度和使用效果產(chǎn)生直接影響,也是需要重點管理的內(nèi)容。焊接前,參考鋼吊箱的設(shè)計方案,將每一塊構(gòu)件進(jìn)行編號,并依次進(jìn)行擺放,見圖2,然后按照順序依次完成焊接。(3)檢查焊接質(zhì)量,如果有未焊透的地方,或者是殘留焊渣等情況,要進(jìn)行相應(yīng)的處理,保證焊接質(zhì)量。

        圖2 鋼吊箱分塊布置

        1.4 薄壁鋼吊箱的拼裝下沉

        完成分塊焊接且經(jīng)過檢查焊接質(zhì)量過關(guān)后,開始進(jìn)行鋼吊箱的整體拼裝。(1)安裝底板。測量護(hù)筒高度,要求最大高度差不超過5 mm,然后在護(hù)筒的上端焊接牛腿。使用吊升裝置將準(zhǔn)備好的底板吊起,放置到護(hù)筒上,將護(hù)筒與底板相接部位進(jìn)行焊接。(2)拼裝吊箱。參考施工圖紙,在底板上畫出定位基線,并由技術(shù)人員進(jìn)行復(fù)核,確認(rèn)無誤后安裝內(nèi)支撐。鋼吊箱內(nèi)部支撐所用材料見表1。(3)下放鋼吊箱?,F(xiàn)場吊裝系統(tǒng)的主要部分是一臺40 t千斤頂,將吊裝系統(tǒng)的鋼索連接到鋼吊箱的吊點上。檢查固定牢固后,將其吊起。吊升時先低速后勻速,達(dá)到一定高度后進(jìn)行平移。平移到指定位置后,開始勻速下降,在接近底板時減速。利用底板上的輔助定位裝置,讓鋼吊箱精準(zhǔn)度放置在底板上。

        表1 向內(nèi)支撐用料

        1.5 套箱封底施工技術(shù)

        鋼吊箱封底施工時會使用到大量的混凝土。為了方便混凝土澆筑,需要提前布置導(dǎo)管。除了根據(jù)施工方案確定導(dǎo)管的直徑、長度等基本參數(shù)外,還要檢查導(dǎo)管的質(zhì)量,包括有無彎曲、變形等,以及進(jìn)行導(dǎo)管的水密試驗、壓力試驗等。確定符合封底施工要求后,參考設(shè)計方案進(jìn)行測點及導(dǎo)管的布置,見圖3。

        圖3 導(dǎo)管及測點的布置

        將現(xiàn)場制備好的混凝土裝入泵機中,沿著導(dǎo)管完成封底澆筑。利用提前布置好的測點,地面施工人員可以隨時掌握混凝土的澆筑情況。(1)第一次澆筑至標(biāo)高后,自然靜置約30 min,此時導(dǎo)管內(nèi)的混凝土完成初凝,高度會有一定程度的下降。(2)第二次澆筑。在實際澆筑時,可以適當(dāng)增加封底混凝土的厚度,超出設(shè)計值5 ~10 cm。如果因為混凝土質(zhì)量問題或施工技術(shù)問題導(dǎo)致表面出現(xiàn)軟弱層,可以用鐵鏟刮去,從而保證澆筑質(zhì)量。

        1.6 承臺施工技術(shù)

        (1)做好施工前的準(zhǔn)備工作。封底混凝土澆筑完成后,養(yǎng)護(hù)一段時間后,測量其強度。通常來說實際強度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值的90%以上,即可進(jìn)行承臺施工。使用抽水機將鋼吊箱內(nèi)的水抽出,抽水時還要密切觀察鋼吊箱是否出現(xiàn)變形問題、滲漏情況。如果有此類問題,說明鋼吊箱安裝質(zhì)量不過關(guān),需要立即停止施工,重新進(jìn)行檢查并排除問題之后再繼續(xù)施工。(2)進(jìn)行承臺部分施工。包括固定承臺、預(yù)埋墩身鋼筋等。鋼筋預(yù)埋前除了要檢查是否存在生銹等質(zhì)量缺陷外,還要對鋼筋的規(guī)格、類型等進(jìn)行逐一對照,確保與設(shè)計方案中保持一致。(3)澆筑混凝土。夏季施工時盡量選擇上午及傍晚氣溫較低的時間進(jìn)行,可以降低混凝土出現(xiàn)承臺裂縫的概率。澆筑后利用前期預(yù)埋的冷水管,循環(huán)通入冷水,可以有效降低承臺混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生裂縫的概率。

        1.7 墩身施工技術(shù)

        施工前,將注漿機的注漿口與循環(huán)水冷卻管的開口連接,使泥漿充滿冷卻管,提高混凝土結(jié)構(gòu)的整體強度。然后拆除鋼吊箱的臨時支撐,將預(yù)埋鋼筋與墩身鋼筋焊接起來,并澆筑墩身餛飩。采用分層澆筑的方式,每層澆筑結(jié)束后進(jìn)行養(yǎng)護(hù),直到混凝土達(dá)到標(biāo)高。最后進(jìn)行不低于28 d 的養(yǎng)護(hù),期間注意觀察墩身上是否出現(xiàn)明顯裂縫,如果有需要做相應(yīng)處理,保證墩身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,為上部橋面施工創(chuàng)設(shè)良好條件。

        2 鋼吊箱設(shè)計計算

        2.1 設(shè)計條件

        根據(jù)前期開展的地質(zhì)調(diào)查,明確設(shè)計條件,為鋼吊箱的施工提供必要的參考。其中對鋼吊箱施工和使用質(zhì)量有重要影響的因素:(1)設(shè)計水位為+280 m;(2)設(shè)計流速為12 m/s;(3)鋼吊箱頂部標(biāo)高為+280 m;(4)底板標(biāo)高為+255 m;(5)倉內(nèi)最高水位為270 m。

        2.2 荷載取值

        鋼吊箱下沉后會受到多種作用力的影響,包括土的壓力、水的壓力,以及澆筑混凝土帶來的壓力等。因此,在進(jìn)行鋼吊箱設(shè)計時要計算好荷載,才能保證鋼吊箱的使用質(zhì)量。根據(jù)受力方向的不同,需要考慮水平荷載與垂直荷載。前者主要包括靜水壓力和流水壓力,后者則包括吊箱自重、混凝土重量等。

        2.3 吊箱構(gòu)造

        雙層薄壁鋼吊箱的頂部標(biāo)高為+280 m,底板標(biāo)高為+255 m。其中,雙壁厚度共1.2 mm,規(guī)格為13.4m×8.5 m×21.3 m。水平環(huán)板采用12 mm 鋼板,桁架焊接在水平環(huán)板上。吊箱水平桁架層間距0.9 ~1.4 m。吊箱共設(shè)置8 個鋼箱,鋼箱面板采用8 mm 鋼板,面板用14 mm 厚的鋼板加強,面板縱肋采用L80×50 ×8 mm,間距35 cm。鋼吊箱內(nèi)部使用3 根內(nèi)支撐,底板上布置8 個吊點,封底混凝土的平均厚度為1.6 m,使用C30 水下混凝土。

        2.4 鋼吊箱底板荷載計算

        鋼吊箱封底混凝土的厚度為1.8 m,底板所受荷載來自于澆筑封底混凝土的自重。在設(shè)計時,要想讓鋼吊箱正好出于自浮狀態(tài),實際注水深度為10 m。此時澆筑的封底混凝土總重量為30 kN/m3,跨徑取平均值為0.3 m,背肋長度取最大值1.5 m,以0.01 m面板條按簡支梁作為計算模型。在荷載均勻分布的情況下,計算可得:Q混凝土=0.36 kN/m;Q設(shè)=1.5×Q混凝土=0.54 kN/m。 底 板 所 受 最 大 荷 載Mmax=0.006 1 kN·m、最大強度Qmax=0.064 kN。由此可得,底板最大正應(yīng)力:σ=Mmax/W=55.4 MPa <196 MPa;τ=Qmax/A=0.67 MPa <85 MPa,滿足設(shè)計要求。

        3 結(jié)語

        橋梁工程是高速公路工程的重要組成部分,在深水承臺施工時,選擇鋼吊箱圍堰,可以提高防水效果,營造良好作業(yè)環(huán)境,保證橋梁墩身、承臺施工的高效率、高質(zhì)量進(jìn)行。由于不同地區(qū)的地質(zhì)條件、水文特點等存在較為明顯的差異,需要做好現(xiàn)場調(diào)查,然后科學(xué)設(shè)計鋼吊箱尺寸、型式以及選材。在保證鋼吊箱安裝質(zhì)量的前提下,進(jìn)行承臺、墩身施工,切實提高高速公路橋梁的質(zhì)量安全。

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