大直徑圓筒及沉箱安裝工法

1、 中交四航局2012年11月大直徑圓筒振動(dòng)下沉工法大直徑圓筒振動(dòng)下沉工法(SYGF-1-001-2010)(SYGF-1-001-2010)水運(yùn)工程一級(jí)建造師繼續(xù)教育課程水運(yùn)工程一級(jí)建造師繼續(xù)教育課程 介紹介紹工法工法目 錄 二、工藝原理 一、概論 三、施工流程 四、配套設(shè)備 一、概論五、施工要點(diǎn)工法產(chǎn)生背景 大型深水碼頭、水工建筑物的需要 插入式大直徑圓筒結(jié)構(gòu)對(duì)深厚軟土地基環(huán)境具有更好的適應(yīng)性，因此一直受到國內(nèi)外業(yè)界人士的廣泛關(guān)注。 上世紀(jì)6080年代，前蘇聯(lián)以及烏克蘭黑海海運(yùn)設(shè)計(jì)院曾開展了大量科學(xué)研究和工程實(shí)踐。 1987年大阪修建海上世界級(jí)機(jī)場(chǎng)(3000萬人次/年，100億美元)，是大直

2、徑圓筒結(jié)構(gòu)進(jìn)入水工結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的標(biāo)志性工程，關(guān)西機(jī)場(chǎng)于1994年投入使用。是構(gòu)建在復(fù)合地基上的插入式大直徑鋼質(zhì)圓筒岸壁結(jié)構(gòu)的典型案例。 2002年長(zhǎng)江口航道整治二期導(dǎo)流堤試驗(yàn)段4個(gè)直徑12m，高22.2m的混凝土結(jié)構(gòu)的大直徑圓筒工程實(shí)踐，是我國真正意義上大直徑圓筒振沉工藝的典型案例。 快速成島需求 工法產(chǎn)生背景 大型深水碼頭、水工建筑物的需要大直徑圓筒制作場(chǎng)地大直徑圓筒下沉工作圖日本關(guān)西機(jī)場(chǎng)護(hù)岸岸壁大直徑圓筒下沉施工 快速成島需求 工法產(chǎn)生背景 大型深水碼頭、水工建筑物的需要日本關(guān)西機(jī)場(chǎng)護(hù)岸岸壁大直徑圓筒下沉施工日本關(guān)西機(jī)場(chǎng) 快速成島需求 工法產(chǎn)生背景 大型深水碼頭、水工建筑物的需要 深厚軟土地基

3、有較好的適應(yīng)性日本關(guān)西機(jī)場(chǎng)人工島護(hù)岸： 海域水深 16.519.0m。海底地基20m內(nèi)都是淤泥 天津港東突堤護(hù)岸試驗(yàn)段： 淤泥、淤泥質(zhì)沾土10m （砼 12m17m 3個(gè) 壓沉） 湛江調(diào)順島電廠護(hù)岸工程： 淤泥、淤泥質(zhì)沾土12m （砼 8m8.5m 56個(gè) 壓沉)廣州番禺南沙港碼頭工程： 淤泥15m 、水率80% （砼 15m25m 26個(gè)壓沉) 長(zhǎng)江口航道整治二期工程： 灰黃淤泥、灰黃淤泥質(zhì)粉質(zhì)沾土、灰色粉砂、淤泥 廣州番禺南沙蒲洲堤工程： 黃泥、淤泥24m 、平均含水率大于6584% 港珠澳東、西人工島工程： 淤泥質(zhì)土層、黏性土夾沙層 11m 快速成島需求 工法產(chǎn)生背景 大型深水碼頭、水工

4、建筑物的需要 深厚軟土地基有較好的適應(yīng)性 制造業(yè)的發(fā)展大型船機(jī)裝備的誕生 上海港機(jī)廠上海港機(jī)廠1000t1000t固定臂架起重船固定臂架起重船工法產(chǎn)生背景 主要參數(shù)： 1、主鉤：21250t 2、變幅機(jī)構(gòu)的兩組鋼絲繩有一個(gè)帶保護(hù)機(jī)構(gòu)的“聯(lián)通結(jié)構(gòu)”，即：始終保持變輻繩受力均勻。 3、甲板錨機(jī)帶有鋼絲繩張力檢測(cè)機(jī)構(gòu)，能自動(dòng)調(diào)整各錨機(jī)的受力。上救 ”大力號(hào)“ 2500t 全回轉(zhuǎn)起重船工法產(chǎn)生背景 廣東打撈局華天龍4000噸全回轉(zhuǎn)起重船工法產(chǎn)生背景世界單吊能力最強(qiáng)的7500噸起重船“南鯨號(hào)” “藍(lán)鯨”號(hào)總長(zhǎng)239米，型寬50米，型深20.40米，最大起重能力7500噸。該船是海油工程近幾年重大裝備建造

5、項(xiàng)目之一，是繼“藍(lán)疆”號(hào)之后的又一重大主力作業(yè)船舶，2008年7月8日在上海交船。 工法產(chǎn)生背景 主要性能: 起重量： 4650t 跨 距： 35m 吊 高： 80m 吃 水： 4.8 m 總 長(zhǎng)： 100m 主尺度： 41m 100m 工法產(chǎn)生背景四航“奮進(jìn)號(hào)” 2600t固定臂架起重船 振華港振華港機(jī)機(jī) 1600t 1600t 固定臂架固定臂架起重船起重船工法產(chǎn)生背景 快速成島需求 工法產(chǎn)生背景 大型深水碼頭、水工建筑物的需要 深厚軟土地基有較好的適應(yīng)性 制造業(yè)的發(fā)展大型船機(jī)裝備的誕生 施工海域環(huán)保的要求 2008年07月02日于珠海桂山島海域拍攝的海豚戲水的照片 工藝配套設(shè)備大型化大型工

6、程船舶、大型振沉裝備 施工作業(yè)機(jī)械化、自動(dòng)化程度高 主體結(jié)構(gòu)為無底、中空的大型圓筒 鋼結(jié)構(gòu)、砼結(jié)構(gòu) 工藝流程簡(jiǎn)、操作容易 施工效率高、安全性好 施工質(zhì)量控制比較容易 由于施工工藝簡(jiǎn)化，無需進(jìn)行常規(guī)的基礎(chǔ)處理，施工速度快、建設(shè)周期短，相對(duì)來講，降低了施工成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。 適用于淤泥或砂質(zhì)地質(zhì)條件下的防波堤、導(dǎo)堤、護(hù)岸、碼頭以及深水區(qū)的水工結(jié)構(gòu)物。目 錄 二、工藝原理 一、概論 三、施工流程四、配套設(shè)備 二、工藝原理五、施工要點(diǎn)無底大圓筒結(jié)構(gòu)在水工建筑物中出現(xiàn) ： 大圓筒結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、受力明晰、基礎(chǔ)基本無需處理、施工工序少，吸引了工程技術(shù)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注和研究，并在早期進(jìn)行了大量的試驗(yàn)性工程的研究和

7、探索。 作為一種永久性的水工建筑的結(jié)構(gòu)研究，早已取得了可喜的成果。但任何一個(gè)設(shè)計(jì)出的“實(shí)體結(jié)構(gòu)”，必然要有與之相適應(yīng)的施工技術(shù)、工藝裝備相結(jié)合，才具有實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的的條件。否則“設(shè)計(jì)”本身就可能超越了現(xiàn)實(shí)、或者實(shí)施條件還不成熟。 試驗(yàn)性項(xiàng)目的“設(shè)計(jì)”也是與同時(shí)期探討和研究的“施工技術(shù)、工藝裝備”緊密相連的。 從1989年2000年這長(zhǎng)達(dá)十多年的時(shí)間里，我國水運(yùn)工程的設(shè)計(jì)和施工領(lǐng)域就不斷對(duì)“大圓筒”進(jìn)行研究和探索。 由于當(dāng)時(shí)我國的鋼鐵價(jià)格相對(duì)比較高、裝備制造業(yè)水平還較低，因此筒體的材料基本走“鋼筋混凝土”路線；下沉工藝多考慮重塊壓沉法、真空聯(lián)合壓載法、筒內(nèi)直接掏挖取土下沉法等。 直到2001年長(zhǎng)江

8、口航道整治二期工程的方案設(shè)計(jì)時(shí)，才正式提出了采用大型液壓振動(dòng)錘下沉大圓筒的工藝方案。但圓筒結(jié)構(gòu)仍采用“砼”。鋼管樁、鋼護(hù)筒沉樁工藝 小圓筒 沖擊錘沉樁工藝振動(dòng)錘沉、拔樁工藝振動(dòng)錘施打3.2m鋼護(hù)筒液壓振動(dòng)錘武漢天心洲長(zhǎng)江大橋主墩樁基鋼護(hù)筒 大直徑圓筒插入式大直徑圓筒樁振動(dòng)下沉工藝 大圓筒 通過多臺(tái)振動(dòng)錘產(chǎn)生的強(qiáng)大高頻（03000r/min）振動(dòng)力，迫使筒壁周圍的土壤產(chǎn)生“液化、位移、松動(dòng)“，在大直徑圓筒和錘體系統(tǒng)自重力的作用下，圓筒的筒體切入土層中，并達(dá)到設(shè)計(jì)的標(biāo)高。 配重塊目 錄 二、工藝原理 一、概論 三、施工流程四、配套設(shè)備 三、施工流程五、施工要點(diǎn) 選擇滿足工藝實(shí)施的大型起重船、運(yùn)載駁

9、船以及配套的輔助船舶 根據(jù)圓筒振沉需要最大激振力，選型振動(dòng)設(shè)備 對(duì)擬進(jìn)行施工的水域、航道等進(jìn)行調(diào)查以及實(shí)地考察 作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量作業(yè) 大圓筒預(yù)制、運(yùn)輸 大圓筒振動(dòng)下沉作業(yè) 水域的水深、水下地貌、不明物體等 大型工程船舶進(jìn)出的航道情況以及避風(fēng)位置 施工水域的風(fēng)、浪、流情況 施工水域的潮汐規(guī)律 確定作業(yè)窗口 按照擬訂的施工工藝，振沉作業(yè)參數(shù)等技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合因素，選擇適合本項(xiàng)目大直徑圓筒振動(dòng)下沉作業(yè)的大型起重船。 選擇能滿足大直徑圓筒裝載能力、水上運(yùn)輸穩(wěn)性要求、便于從圓筒預(yù)制場(chǎng)地出運(yùn)駁船。 選擇配套施工作業(yè)的輔助船舶：拖輪、工作船、交通船等振動(dòng)設(shè)備主要分為電動(dòng)、液壓兩大類錘，各有優(yōu)缺點(diǎn)長(zhǎng)江口河床需采用軟體

10、排護(hù)底結(jié)構(gòu)4臺(tái)APE400型液壓錘振沉砼大圓筒港珠澳大橋人工島施工8臺(tái)APE600型液壓錘振沉大圓筒目 錄 二、工藝原理 一、概論 三、施工流程四、配套設(shè)備 四、配套設(shè)備五、施工要點(diǎn) 振沉作業(yè)起重船選擇 目前大直徑圓筒的重量一般都在200600噸左右，配套的振動(dòng)單元總重量100300噸左右。起重船的起重能力： （筒體重量+錘體單元重量） k= 起重能力 k 1.31.5 動(dòng)載系數(shù)、動(dòng)側(cè)摩阻力系數(shù)、起重船的 起重能力儲(chǔ)備系數(shù)等綜合因數(shù)。 由于固定臂架起重船結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)剛性好，作業(yè)跨度較大，吃水較淺、經(jīng)濟(jì)性也好，比較適合。 振動(dòng)錘的選擇 電動(dòng)錘： 配套簡(jiǎn)單，能量轉(zhuǎn)換效率比較高，可采用自備電站

11、或外部電源供電，控制系統(tǒng)比較簡(jiǎn)捷，但錘體的體積相對(duì)比較大，對(duì)環(huán)境無油污的污染源。，一般不能進(jìn)行貼近水面的振沉，更不能在水下工作。 液壓錘： 配套相對(duì)比電動(dòng)錘復(fù)雜些，能量轉(zhuǎn)換效率比較低，自備液壓動(dòng)力單元功率比較大，但錘體體積比較小，控制系統(tǒng)現(xiàn)也比較成熟，管路系統(tǒng)多，管路破損時(shí)有油污瀉漏?？蛇M(jìn)行水下振沉作業(yè)。 國內(nèi)大大直徑圓筒振沉作業(yè)一般選用-液壓錘 APE400液壓錘動(dòng)力單元柴油機(jī)功率1100HP 振動(dòng)單元設(shè)計(jì)上吊具APE400振動(dòng)錘振動(dòng)梁液壓夾具連接螺栓由于是多臺(tái)振動(dòng)錘工作 同步器液壓振動(dòng)錘同步器電動(dòng)振動(dòng)錘同步器上吊架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖目 錄 二、工藝原理 一、概論 三、施工流程四、配套設(shè)備五、施工要

12、點(diǎn) 五、施工要點(diǎn) 鋼筋混凝土圓筒預(yù)制 鋼筋混凝土圓筒底胎膜鋼筋混凝土圓筒底胎膜 鋼筋混凝土圓筒鋼筋綁扎鋼筋混凝土圓筒鋼筋綁扎 鋼筋混凝土圓筒預(yù)制 鋼筋混凝土圓筒鋼筋鋼筋混凝土圓筒鋼筋 鋼筋混凝土圓筒混凝土澆注鋼筋混凝土圓筒混凝土澆注 鋼筋混凝土圓筒制作 鋼筋混凝土圓筒夾持部位的鋼板鋼筋混凝土圓筒夾持部位的鋼板 鋼筋混凝土圓筒布設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼絞線鋼筋混凝土圓筒布設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼絞線 鋼筋混凝土圓筒制作 鋼筋混凝土圓筒拆模鋼筋混凝土圓筒拆模 成型的鋼筋混凝土圓筒成型的鋼筋混凝土圓筒 分瓣制造，立式拼裝 鋼圓筒制作筒體拼裝場(chǎng)地 鋼圓筒制作筒瓣卷壓成型筒瓣的環(huán)、豎肋焊接 鋼圓筒制作筒瓣拼裝筒瓣豎縫焊接 鋼圓筒制作筒體分節(jié)制造后的對(duì)接圓筒裝駁待運(yùn) 大圓筒運(yùn)輸砼大直徑圓筒運(yùn)輸鋼質(zhì)大直徑圓筒運(yùn)輸 大圓筒振沉電動(dòng)錘振動(dòng)下沉砼大圓筒夾持起吊砼圓筒液壓錘振動(dòng)下沉 大圓筒振沉鋼質(zhì)大圓筒夾持起吊鋼質(zhì)圓筒液壓錘振動(dòng)下沉 大圓筒振沉鋼質(zhì)大直徑圓筒液壓錘振動(dòng)下沉 大圓筒振沉 港珠澳大橋西人工島島壁大圓筒結(jié)構(gòu) 施工安全要點(diǎn) 1 1、大型鋼結(jié)構(gòu)的制作、拼裝、焊接、吊裝的施工安全、大型鋼結(jié)構(gòu)的制作、拼裝、焊接、吊裝的施工安全 2 2、水上大型結(jié)構(gòu)件的運(yùn)輸安全，水流、突風(fēng)、季風(fēng)、臺(tái)風(fēng)、水上大型