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1、曹妃甸特大桥水中承台钢围堰施工技术曹妃甸特大桥水中承台钢围堰施工技术一、前言随着桥梁科学技术的不断发展，近年来在水深、流急、覆盖层厚的水文、地质条件下修建桥梁基础时，设计了一种单壁钢围堰防水结构。单壁钢围堰是由钢板焊接而成的矩形水密钢结构，在基础施工过程中起防水防土作用，不参与主体结构的受力，围堰内部也没有隔墙，侧壁板直接作为主体侧模，根据施工条件围堰全高可分数节制造。拼装下沉钢围堰施工时，将已加工好的底板围堰浮运就位起吊下水，然后通过钢围堰二次受力的转换接高至设计标高，最后进行水下混凝土封底施工。整体吊装下沉钢围堰施工时，将已拼装完成的钢围堰用两条焊接在一起的驳船运至墩位，然后采用500T浮
2、吊进行整体吊装固定，最后进行水下混凝土封底施工。其中钢围堰的焊接质量、二次受力的转换、整体吊装、水下混凝土封底均为本工法的重点及难点，对主体工程的安全、质量起着决定性作用。二、工程概况纳潮河段处于曹妃甸煤码头通路路基工程公路段以北，曹妃甸综合服务区围海造地二期工程以南，已建成通车的通岛路河规划一港池之间，滩面高程约-1.0m0.7m，因周边工程取砂，本工程范围内局部分布有取砂坑，最深处约-17.9m。曹妃甸特大桥位于水中部分约为1.44Km，其中共有12个河床以上承台采用钢围堰施工：9个拼装下沉，3个整体吊装下沉。钢围堰为单壁矩形结构，壳板内侧尺寸为13.2m（长）8.1m（宽），顶面标高为3
3、.502。封底砼标号C20，厚度2.00m。三、适用范围适用于大型桥梁主墩、辅助墩深水高桩的承台施工，尤其适用于工期短、河道航运繁忙、水位受潮汐影响的河流中的桥梁承台施工。四、钢围堰围堰的结构形式的选择及构造国内深水承台施工，多采用沉井、钢围堰或钢围堰法。由于沉井和钢围堰施工工序繁锁，工期长，材料用量大，而钢围堰工艺操作简单，节约工期，材料用量合理并能回收再利用，技术上可行。所以我们确定采用钢围堰施工方案，并对围堰侧板的单壁、双壁两种方案进行了比较，侧板单壁围堰具有节省材料，加工方便，拼装简单，质量容易控制，工期短的特点，故选择单壁侧板结构。钢围堰围堰分为侧板系统、底承系统、内支撑系统、上承系
4、统、导向定位系统五大部分，见图1，下面分别介绍各系统的结构构造。图1、钢围堰立面图1、侧板系统 钢围堰围堰侧板采用单壁结构，侧板直接作为承台侧模，为防止下沉时孔位偏差，设计时侧板内平面尺寸每边放大100mm，壳板厚度为6mm；竖向加劲角钢为L75506mm，间距为300mm，与壁板间的焊接为双侧间断焊接75mm(150mm),即焊接长度为150mm，断开75mm，两侧交错焊接，高度6mm；水平肋骨为I300mm焊接工字钢20010/2806/20010mm，间距为400、500、600mm三种；竖向肋骨为I600mm焊接工字钢，(45020/56016/45020mm)，长边布置3道，短边布置
5、2道，并与水平肋骨肘板焊接。这种网格结构，增加侧壁刚度和抗变形能力，从而提高侧板竖向、水平方向承载能力。2、底承系统 底承系统作用一是与侧板共同组成阻水结构，变承台及部分墩身水上施工为陆上施工，二是作为围堰、承台的承重结构。底板壳板采用6mm钢板，加劲角钢为L70506mm（水流方向），间距240mm，与底板焊接亦为双侧间断焊接；小龙骨为I300mm焊接工字钢，25016/26810/25016mm，按水流方向焊接在三排钢护筒中心位置，焊缝高度为8mm；大龙骨为I600mm焊接工字钢，45020/56016/45020mm，两道通长大龙骨按水流方向布置，其余十道顺桥方向大龙骨与其构成框架结构，
6、充分发挥底承系统的作用。3、内支撑系统钢围堰内设两道水平支撑，下道支撑距承台顶面0.572m，上道支撑距下道支撑3.0m，上下两道支撑用角钢组成竖向桁架，支撑断面为2根40a槽钢拼组的箱型结构。水流方向的支撑为通长连续，并在其中间各焊接2个“V”型支撑和“X”型支撑，顺桥方向的支撑为间断布置，详见图2。图2、内支撑及抗压（拉）柱平面图4、上承系统上承系统是以钻孔桩钢护筒为依托将钢围堰悬挂其上进行钢围堰的拼装、下沉、浇筑封底混凝土等工作，其包括承重梁、下沉设备、吊杆等部分，承重梁是一根由I56a工字钢组成，主要承受围堰的重量，下沉设备为一台100t液压千斤顶，吊杆采用俩根32精轧螺纹钢，由32螺
7、纹钢螺母加垫片固定在承重梁上。钢围堰是由四个上承系统共同作业来完成下沉工序的。5、导向定位系统钢围堰下沉入水后受水流作用，会向下游漂移，围堰下放到位后，为防止水流压（浮）力、水平波浪力等动荷载对自由悬挂的钢围堰发生挠动，我们在围堰内设置导向定位系统，它重要是由18根抗压（拉）柱组成，具体布置位置见图2。抗压（拉）柱断面为2根28a槽钢拼组的箱型结构，其底板与大龙骨焊接，连接板与钢护筒焊接采用双面角焊缝，焊缝高20mm。五、钢围堰施工工艺及验算（一）、拼装下沉钢围堰施工工艺（见图3）施工准备在钢护筒焊接牛腿底承系统安装焊接第一节侧板安装下沉、导向定位系统拆除临时牛腿下沉第一节侧板第二、三节侧板安
8、装下沉内支撑安装灌注封底混凝土抽水、清基、凿桩绑扎承台钢筋浇筑承台混凝土钢围堰围堰的下料、制作、检查、运输承台钢筋加工布设水封支架图3、拼装下沉钢围堰施工工艺流程图1、加工钢围堰为保证加工钢围堰的加工精度，在河岸上找一较为宽阔的场地，压实并用水泥砂浆抹平，用钢板、型钢搭设简易的工作平台，在其上放样加工。钢板下料采用剪板机和自动切割机。围堰加工质量以钢结构设计手册、钢模板质量标准为依据。2、钢围堰安装前准备工作（1）、调查水文资料，掌握桥址处围堰施工期的水位预报资料（高潮低潮水位），再围堰安装前23d昼夜连续实测水位变化情况，并作比较分析。（2）、对水中墩现有桩护筒的实际位置（包括倾斜度）准确测
9、量绘图，施工平台钢管桩的位置也要考虑是否影响围堰的安装、下沉，调查承台处是否有影响围堰施工的其他障碍物。（3）、做好拆除钻孔桩平台的工作，并准备好围堰吊装的平板驳、25t吊车及8台液压千斤顶。3、围堰安装及下沉（1）、陆地用25t汽车吊机将底模装在1台8t长板汽车上运至河边码头，吊车卸车装船。（2）、用一艘平板驳船在其上搭设支架，按相对位置先放托梁再放平底模，其平整度及各部尺寸符合要求后，将吊点焊在底模上。将底模运至墩位，然后平稳吊装到已焊好在钢护筒的胎架上。（3）、首先在底模上沿水流方向焊接L70506mm加劲角钢，间距240mm，与底板焊接采用双侧间断焊接；然后焊接I300mm工字钢做小龙
10、骨，按水流方向焊接在三排钢护筒中心位置，焊缝高度为8mm；最后按设计图焊接I600mm工字钢做大龙骨。（4）、拼装侧模应从长边中间开始拼装，顺序延伸，最后拼装短边方向侧模并合拢。在未合拢之前，每边侧模应与龙骨焊接46道拉筋，侧模与侧模、底模、龙骨的对接焊缝均为一级焊缝，即焊缝内无裂纹、未熔合、未焊透和条状夹渣。（5）、在龙骨上焊接第一段抗压（拉）柱，同时安装上部吊杆的锚梁、锚具及垫板，准备下沉作业。吊杆为围堰的生根受力部件，材料为32精轧螺纹钢筋，可多次使用。（6）、下沉前再仔细检查一遍上承系统安装的牢固性，然后拆除底模胎架，完成第一次围堰受力的转换。下沉工艺顺序：首先拧紧下螺母，松开上螺母，
11、然后由专业人员一起给油使四台千斤顶同时工作，油泵操作应使拉力均匀缓慢上升，油压表不得有大范围的波动。待千斤顶达到伸出范围后（每次不得大于20cm），在俩边竖向支撑上填加同样厚度的钢垫板，然后拧紧上螺母，松开下螺母，准备回油，千斤顶回油锁定时也应缓慢均匀下降，不得直接回零。反复循环上述操作，直至钢围堰下沉到指定标高后，进行下一道工序施工。详见下沉工序示意图4。图4、下沉工序示意图（7）、按上述工序完成第二、三节钢围堰的安装及下沉，当钢围堰整体下沉到设计标高时，将抗压（拉）柱与钢护筒进行焊接，确保焊缝质量后，拆除上承系统运至下一个钢围堰施工地点，完成第二次钢围堰受力的转换。（8）、内支撑的安装顺序
12、：首先焊接下道内支撑的2根通长支撑（水流方向），然后焊接6根短支撑（顺桥方向），最后将中间的2根“V”支撑和2根“X”型支撑焊接到通长支撑上，这便形成下道内支撑体系。同样将上道内支撑体系焊接固定后，用角钢将上下两道支撑组成竖向桁架，便可将上下内支撑形成一体，确保钢围堰侧模的牢固稳定性。（二）、整体下沉钢围堰施工工艺（见图5）焊接施工平台底承系统安装焊接第一节侧板安装下沉、导向定位系统焊接拼装第二、三节侧板板内支撑安装与驳船固定，并运至墩位围堰整体吊装下沉灌注封底混凝土绑扎承台钢筋浇筑承台混凝土钢围堰的下料、制作、检查、运输承台钢筋加工布设水封支架焊接下沉支撑架围堰定位、调平、固定图5、整体下沉
13、钢围堰施工工艺流程图1、施工平台制作我们租用两条船，每条船长是32米，宽是7.5米。把两条船焊在一起，在船上用40工字钢制作三个施工平台，每个平台尺寸为：长13.212m,宽8.1m。施工平台做完以后，用水准仪找出水平面统一制作，钢围堰统一安装。2、钢围堰拼装位置两条船纵向间距2米，每条船宽7.5米，合计17米；每条船长32米，所以整体底面积为：544，而三个钢吊箱的底面积为321.8，如图一所示,钢吊箱1和钢吊箱2都是横向铺设，重心在每一条船的中心上，钢吊箱3是纵向铺设，重心在两条船的中心上，所以平稳能保证。两条船用葫芦拉在码头钢管桩上，保证船只不会因为潮起潮落而移位。3、钢围堰的拼装及固定
14、钢围堰的拼装包括12个侧壁、内支撑、18根抗压（拉）柱以及抗拉柱顶部的双拼45b工字钢的安装，其拼装顺序与上述相同；钢围堰与驳船的固定采用40槽钢和40工字钢把钢吊箱四面的大龙骨和船体连接在一起，以防止钢吊箱和船体脱离，以及保证船只在运输钢吊箱时的整体稳定性。4、钢围堰的运输及受力计算钢吊箱运输：让500吨浮吊船在施工地点等候，把焊好的三个钢吊箱用船运到指定墩位。在船运输钢吊箱时：要注意必须是要等潮水最高位时，船才可以移动，并且是两条船同时开动；要注意当天的天气情况，有现场技术人员测定一下当天的风速。如果风速在八级以上的话，不适合施工。运输时受力计算，钢围堰浮运过程中所受到的主要外力为钢围堰风
15、阻力，现计算如下：钢围堰风阻力R2基本风压：按最大风速15m/s（相当于7级风）计，风压W0 为：W0=0.11529.81=220.7Pa=0.22KPaR2=K1K2K3K4W0S（kN）式中：K1设计风速频率换算系数，取不利条件K1=1.0；K2风载体型系数，两端矩形截面物取K2=1.5；K3风压高度变化系数，取K3=1.0；K4地形、地理条件系数，取K4=1.0；W0基本风压值（Pa），W0=0.22Kpa；S迎风面积（m2），为1个钢围堰长侧边截面面积，即S=11.0714.412=159.54 m2计算后R2=1.01.51.01.00.22159.54=52.65（kN）因匀速航行，固船体水阻力可近似看作为R1=0.01G=82.62（kN）因此，钢吊箱在逆风、逆水的情况下受到的总阻力R阻为：R阻= R1+ R2=82.62+52.65=135.27（kN）而实际施工时，一艘驳船额定拖力为20t，大于钢吊箱所受的总阻力13.527t，选用2艘驳船同时作业，完全能够满足施工要求。5、吊点位置的选择首先在一个钢吊箱的两个长壁的大龙骨顶部上找四个吊点，
