1、杭州下沙大桥主墩钢围堰施工一、工程概述1. 简述杭州下沙大桥(钱塘江六桥主桥为双幅分离式五孔预应力钢筋混凝土刚构连续梁组合体系桥梁,桥跨布置为127+2323+127m,主桥全长950m,单幅宽度16.75m。17#、18#主墩基础为钻孔灌注桩、承台结构,17#主墩钻孔桩直径2.3/2.0m, 18#主墩直径2.0m,基桩数量:17#主墩213根,18#主墩2(12+1根(其中每个分离墩各有一根备用桩,钻孔桩深度大于100m(自钻孔平台+10.0m起算。主墩基础承台平面为六边形,平面尺寸25.60m13.40m,承台厚度5.5m,承台底标高-9.5m,顶标高-4.0m,承台底标高远低于钱塘江最2、低水位+0.37m和河床面高程+0.4m。主墩基础施工顺序为先搭设钻孔平台进行桩基施工,再进行钢围堰拼装下沉以及封底和承台的施工。2.工程特点大桥施工的重点和难点是要在钱塘江特殊的水文条件强涌潮情况下进行水下基础的施工,特别是主墩基础钢围堰的施工。从钱塘江上已建三座大桥来看,下沙大桥是距河口最近,涌潮影响和作用最大,河床变化最剧烈,水流条件也最复杂的一座特大桥梁。大潮周期一般为半个月,持续时间5-7天,涌潮高度1.51.8m,根据浙江省河口海岸研究所提供钱塘江六桥工程水文分析报告,推算涌潮压力34Kpa左右,实施期实测涨潮最大流速6.0m/s,落潮最大流速3.0m/s,主墩钢管桩、钢护筒涌潮期3、冲刷深度根据实测在5.0m左右。主墩基础承台位置低,埋置较深,需采用钢围堰进行承台干施工。主墩基础承台的长边为迎水面,用于承台施工的钢围堰要与主墩承台尺寸相适应,由此增大了涌潮作用和水流力对围水结构的影响;同时,如此巨大的围水结构入水后,必将引起水流变化,加剧主墩位置的河床冲刷,将给围水结构的定位和稳定带来不利的影响。二、钢围堰设计与制作双壁钢围堰的主要作用和用途是为承台、墩身施工创造一个良好的干施工作业环境,同时应具有抗涌潮和防洪水的能力。因此,钢围堰的施工是主墩基础施工的关键工序之一。根据水文资料分析,钢围堰设计涌潮压力为34.2kPa。钢围堰由钢板和型钢焊接而成,围堰壁、分隔仓均为水密结4、构。经过多种方案研究、比较,采用上、下游两个分离式钢围堰作为主墩基础的围水结构。 钢围堰平面内尺寸为25.82m13.6m ,壁厚 1.5m ,底标高与封底砼一致为-14.0m ,顶标高+8.5m ,总高度22.5m ,双壁钢围堰外型尺寸为29.26m16.60m22.5m (长宽高。主墩钢围堰结构见图1。136022502003.21826.86001660680钢围堰平面图680150150150夹壁砼510778.0949.6+8.50500500140-4.00米计外,余均以cm计。-5.00(冲刷线-10.00(预估冲刷线钢围堰立面图150-9.50封 底承 台-14.00+7.245、(二十年一遇水位-2.000.00(原始河床面+3.00图1:钢围堰结构图钢围堰共分5节,其分节高度及重量见表1。 表一序 号 名 称 分节高度(m 分节重量( kg 1 第一节双壁 5.1 108675(108162 2 第二节双壁 6 120837(119982 3 第三节双壁 5 112319(111464 4 第四节双壁 5 108155(107300 5第五节单壁1.412945(12942括号内数字为上游幅围堰钢围堰分片划分关键是受到围堰拼装时起吊设施的起重能力限制,在17#、18#墩的上、下游分别安装有两台桅杆吊,根据桅杆吊的起重能力和吊幅,为保证围堰制作质量以及施工工期,尽量减6、少水上工作量,每个主墩上、下游围堰采取不同的分片方案,即上游分9片,下游分12片。围堰分片示意见图2,分片重量见下表。幅别分片编号重量(t上游幅S1、S216.5S612S5、S710.5S3、S4、S8、S914下游幅X1、X3、X8、X1010.5X2、X912X4、X145.5X5、X138.5X6、7合 X11、X12合14根据以上分片方案,结合桅杆吊的起吊曲线,有四个分片S4、S8、X6、7合、X 11、12合由两台桅杆吊联合作业,抬吊安装,四个分片均由上游桅杆吊吊至23m处,这时分片一端已经伸至27米位置,达到下游桅杆吊10T起吊区域,两桅杆吊抬吊至下游围堰14T起吊区域后由下游桅7、杆吊单独作业。上游围堰大分片S 4、S8在两桅杆吊区域内联合作业。三.钢围堰施工钢围堰施工分作陆上分片制作和墩位现场接高、下沉两个施工作业环节。17#主墩和18#主墩分别形成两个施工作业面。每个作业面形成上、下游两个施工作业点,有利于钢围堰施工按流水作业组织生产。3.1施工工艺流程图原材料采购主墩钻孔平台拆除钢围堰拼装平台搭设钢围堰陆上分片制作 首节钢围堰拼装 导向定位装置安装首节钢围堰分仓注水检查第2节钢围堰拼装接高第1、2节围堰入水、注水下沉围堰拼装平台拆除第3节钢围堰拼装、接高钢围堰注水、吸泥下沉第4节钢围堰拼装、接高 钢围堰壁仓砼浇注钢围堰吸泥下沉到位 钢围堰封底砼浇注钢围堰封底砼平台8、及导管准备第5节单壁钢围堰拼装、接高围堰四周抛砂袋防护河床钢围堰设计挂架安装3.2主墩钢围堰施工顺序先下游幅1-3节,再上游幅,形成上下游两个作业点交叉进行或视下游三节围堰下沉到位后,在涌潮的作用下的稳定性而定。钢围堰在现场陆上车间分片制作,通过钢栈桥运输至墩位,用两台桅杆吊进行吊装分节组拼、接高、注水、吸泥和浇注夹壁砼下沉到位。 3.3钢围堰拼装平台的安装首节钢围堰搁置在拼装平台上进行组拼,在上、下游周边已成桩的10根钢护筒上焊接I25牛腿形成拼装平台,根据围堰的分片数量上游设置18个,下游设置24个,然后在围堰内外设置50cm 宽的通道,供施工时人员的行走。 首节围堰施工时的一般高潮位+69、.0m ,故拼装平台牛腿的顶标高定为+6.0m ,底标高+3.0m ,牛腿的结构为三角形支撑,均由I25型钢构成。拼装平台牛腿布置见图2。说明:1. 为牛腿中轴线;2. 为围堰分片线,其中下游围堰分12片,共24个牛腿,上游围堰分9片,共18个牛腿.图2:钢围堰分片与拼装平台牛腿平面布置图E02合E01E03E04合E07E08水流方向S8S7S9S1S6S5S4S3S23.4 升降挂架的安装第一、二节钢围堰在高潮位以上拼接完成后入水,通过在上、下游周边10根钢护筒顶部设置5.8m 高的挂架,每根钢护筒上设两个吊点,共计20个吊点, 然后在第一节围堰顶面以下1.18m 处焊接与吊点角度一致的吊10、耳,利用20个200KN 手拉葫芦及32.5-637-100钢丝绳将第一、二节围堰(总重230t 挂在护筒上。挂架由2037mm 钢管立柱及2758拉杆组成,挂架构造见图3。 3.5 导向系统的安装围堰抽水进行承台施工杭州下沙大桥桥址区涌潮大,河床冲淤变化大,深泓线摆动剧烈,钢围堰定位无法采用常规的定位船导向船系统,必须利用钻孔桩钢护筒作为围堰定位下沉的导向、支撑系统。+17.1+11.1+9.65 8 0 0275拉杆207*3立柱吊耳钢围堰钢护筒20t手拉葫芦拼装平台图3:钢围堰挂架构造图+6.03.5.1钢护筒的连接为增加钢围堰下沉时导向系统的刚度,在上、下游已成桩的钢护筒顶标高+7.511、m处相互间用8008m钢管进行连接。在连接部位的护筒内壁处,用I25型钢做成“十”字撑进行加强。3.5.2 导向结构围堰下沉时,围堰所受荷载传递到钢护筒上,在涌潮压力作用下会产生较大冲击力,而且在下沉过程中,钢围堰需进行导向,防止其偏位,因此在钢护筒上设置橡胶护舷,起围堰下沉导向及消能作用。迎潮面设6道橡胶护舷,背潮面设2道木护舷,每道2层,上层顶标高+7.50m,下层底标高+3.0m。为保证钢护筒和钢围堰能抵抗局部冲击力和承压力,在与导向、定位装置接触和连接部位作局部加固。迎潮面选用的DA型护舷通过在护筒上安装的底座螺栓进行连接,背潮面木护舷通过钢抱箍与在护筒上安装的钢底座进行连接,导向护舷12、布置见图4。在上游幅桩号为W01、W02、W03、W04、W09、W12,下游幅桩号为E01、E02、E03、E04、E09、E12对应的钢护筒+7.5m、+3.0标高处按角度焊接护弦支座,为保证支座安装的垂直度,在安装时首先利用垂球吊出护筒的倾斜度,找出在护弦长度范围内上下点的偏差值,以便控制护弦支座高度。导向装置立面布置图夹壁砼水位+3.0钢围堰A A A-A截面 橡胶护舷布置大样钢护筒钢围堰内壁边线 导向装置(橡胶护舷橡胶护舷水位+7.5下游侧B B钢围堰内壁边线钢护筒木护舷B-B截面 木护舷布置大样图4:钢围堰导向布置图3.6 首节钢围堰的拼装钢围堰拼装、安装前的准备工作就绪且拼装牛腿13、焊接完成后进行首节围堰转运、拼装。3.6.1 围堰单片就位与拼装首节钢围堰分片按顺序拼装,下游钢围堰X 9片由上游桅杆吊传置下游,由下游桅杆吊起缓缓落置对应的牛腿上,经测量校核围堰的定位点及垂直度无误后,用I12型钢将围堰内侧与护筒之间焊接,使其临时固定及限位,桅杆吊松钩,这样第一片围堰作为定位基准块,吊车再起吊X 10和X 8片,两片接口处以已修好的一边为基准,修整另一边,余量大小以保证横向支撑间尺寸为准,两接口通过手拉葫芦拉拢,余量割除后直接点焊,吊装一片后就位一片,12片围堰依次就位完毕。上游钢围堰的拼装工艺同下游。首节钢围堰12片(或9片待全部组拼,经测量校核其平面位置及垂直度均合乎要14、求后,利用6m 长挂梯依次满焊12条(9条大合拢竖向缝。 首节钢围堰施焊完毕,分隔仓对称注水进行水密性检查。3.6.2围堰下放吊耳的安装围堰下放吊耳是挂架用来升降第一、二节围堰的重要部件,上、下游各设有20个,吊耳安装在第一节围堰顶面以下1.18m 的内壁板上,安装的角度应与挂架顶口的吊点一致,要求在内壁板上吊耳位置的内外侧局部用12mm 钢板加强,内侧面加2050cm 板,外侧面在环板处加2020cm 的三角形劲板。3.7 第二节围堰的接高下沉首节钢围堰拼装完成后,在首节围堰顶口以下1.2m位置,沿内外壁搭设操作平台。在第一节节间环板上直接按顺序分片安装,第二节围堰焊接工艺同第一节,上、下节15、定位可用码子固定,测量校核其垂直度。接高完成后,拆除操作平台,围堰内外壁不应残留施工部件,准备下沉第一、二节围堰。3.8围堰下放、注水下沉利用20个性能完好的200KN的手拉葫芦、40根2m长直径32.5的钢丝绳和20t的卡环将围堰吊在升降挂架上。选择小潮期间,在现场专人统一指挥下,40名操作工人同时向上将200KN手拉葫芦链条收10cm,使钢围堰脱离牛腿支撑,此时检查链滑车及吊耳受力状态,确定滑车及吊耳等悬挂系统无变形后割除钢护筒上的牛腿,注意牛腿要割除干净不留突出铁件,避免造成围堰下沉困难。牛腿全部切割完毕,检查护筒及围堰内外壁上无残留的施工物件后,由指挥长统一指挥下,同时均匀放松倒链,以16、每一声令下放10cm为原则,使围堰在导向系统作用下徐徐入水,此时用20根9m长32.5mm钢丝绳换钩,重新倒链后再下放。围堰入水2.8m后自浮,此时取走手拉葫芦及钢丝绳。用10台30m3/h潜水泵分别向10个舱内注水,钢围堰在配重水作用下徐徐下沉,同时测量观测围堰的顶面高差,通过隔舱内的注水量调平,待围堰的干弦高度在3m以上时,停止注水。钢围堰停止下沉后立即用10个50KN手拉葫芦与钢护筒水平连接,调平钢围堰进行第3节钢围堰对接拼装。3.9 第三节围堰的接高下沉第三节围堰接高完成,解除围堰与护筒的连接,采取吸泥和注水的方式下沉。吸泥机采用2508mm刚性导管配备20m3的空压机,一个主墩用4套17、导管配弯头、软管和2台20m3的空压机及注水水泵,第三节拼完后开启空气吸泥机,进行围堰刃脚周边吸泥,以最快的速度使钢围堰入泥下沉,在大潮来临前,保证钢围堰下到3m以上的入土嵌固深度,确保钢围堰的稳定。3.10第四节钢围堰的接高下沉当钢围堰下沉系数不足时,采用水下刚性导管法分仓浇注夹壁填仓砼(C20,一是填仓压重,二是满足承台施工时对双壁钢围堰结构的强度和刚度要求。根据计算,第四节围堰下沉采用夹壁对称浇注砼和吸泥下沉。3.10.1夹壁砼浇注在围堰大隔仓内对称布置二根,小隔舱中间及箱梁内布置一根共计20根20m 长的水下刚性导管及浇注漏斗,导管用5t手拉葫芦及钢丝绳悬挂在夹壁桁架上。砼浇注按对称原18、则,从两个方向开始浇注,浇注过程中,浇注速度尽量一致,一定要保证围堰顶面水平。每根导管浇注时首批砼封底,砼通过3m3吊罐经桅杆吊注入浇注漏斗,经导管至围堰夹壁内。每根导管前后两次砼补料时间不超过90分钟。每个隔仓内夹壁砼浇注高度10m,经测量检查至设计标高后停止浇注,保证砼的浇注量满足下沉系数要求,使钢围堰在导向系统的导向下均匀下沉。3.10.2 空气吸泥机吸泥钢围堰下沉时,吸泥应尽量在中间区域进行,将4台吸泥机搁置在围堰的中间区域同时进行吸泥,保证钢围堰周边刃脚埋深均匀一致,同时测量对钢围堰的平面偏差、垂直度及时观测,通过调整吸泥位置及时对钢围堰纠偏、调位。同时利用钢护筒作导向,采用软性连接19、进行调整、固定钢围堰。3.10.3围堰下沉至设计标高钢围堰下沉至设计标高-14m后,围堰内继续吸泥至标高-15m,潜水员下水,用高压水枪对围堰刃脚内侧,钢护筒周边进行冲洗,清洗这些部位,使内侧与封底砼有良好的握裹。3.11 河床的防护钢围堰在下沉过程中和下沉到位后,将引起水流流态变化,导致主墩附近河床过度的局部冲刷,影响双壁钢围堰的稳定。3.11.1第三节围堰下沉着床后,每次涨潮后观测围堰周边的河床冲刷情况,河床冲刷标高超过-8m时即开始对围堰周边防护。3.11.2迎潮面拟用钢筋笼抛袋装砂在10m范围内防护,背潮面拟用堆码袋装砂防护。3.11.3观测防护效果,及时重新抛填。3.11.4封底前潜20、水员水下沿围堰周边码砂袋找平基底。3.12 封底砼施工封底砼在钢围堰下沉到位后即可进行,采用刚性导管法浇注水下封底砼。砼数量为1100m3,布置14根273mm导管。砼采用后场搅拌站集中搅拌供料,砼搅拌运输罐车通过栈桥运料至现场,泵送至布料杆进行布料入仓。预计砼浇注时间20小时,水下砼配合比缓凝时间36小时。在封底砼施工前,围堰内泥面用2层袋装砂作封闭处理,防止浇注砼夹入泥砂,降低封底砼的性能。钢围堰下沉就位后,在小潮期间进行封底砼施工,并在大潮到来之前封底砼达到一定的强度,确保封底砼结构安全。3.13第五节钢围堰施工封底砼完成之后,接高第五节单壁钢围堰。四.结语4.1 主墩四个围堰下沉到位后21、,通过测量,围堰平面位置偏差均在规范允许范围内;4.2 尽管在桩基施工时曾反复交待,但在围堰下沉过程中,仍遇到很多掉在水中的铁件,特别是掉在围堰内壁的一根导管给围堰下沉带来了困难,后经潜水员水下切割才将其清除掉,该教训对今后施工组织和现场管理起了警示作用,使我们积累了经验,在类似工程中会有帮助。4.3 在第一、二节钢围堰下放入水时,选择在潮水过后,平潮时进行围堰下放,由于水位升高,降低了围堰下放高度,也不必换钩,大大减小了工作量,加快了施工进度,合理利用潮水为施工服务。4.4围堰导向系统迎潮面布置在6根护筒上,背潮面布置在2根护筒上,在下沉过程中,由于不均匀取土,潮水冲刷,加上背潮面导向护筒较少,护筒被挤瘪,使围堰向下游产生较大偏斜,化很大精力才纠正过来,后来通过均匀取土,因下游受潮水冲刷,主要是加大上游侧的取土量,以及增加背潮面导向护筒,效果较好。