某大橋水中系梁澆注方案

xx大橋水中系梁澆注方案（草案）工程概況xx大橋，全長(zhǎng)870米，上部結(jié)構(gòu)主跨42+60+42m連續(xù)現(xiàn)澆箱梁，其它是11×30m先簡(jiǎn)支后連續(xù)小箱梁，下部構(gòu)造采用柱式臺(tái)配樁基礎(chǔ)、柱式墩配樁基礎(chǔ)，該橋樁基礎(chǔ)全部按鉆孔灌注樁設(shè)計(jì)。本工程主橋共有28個(gè)墩，其中6#～20#共15個(gè)墩位于xx河堤內(nèi)，其中11#～18#共8個(gè)墩位于水中，其余7個(gè)墩在兩邊的河岸上，惠州岸5個(gè)，澳頭岸2個(gè)。12、13、16號(hào)墩為水中鉆孔樁基礎(chǔ)，每墩2根鉆孔樁，樁徑均為1.8m；12號(hào)樁距為8900,13、16號(hào)墩的樁距均為8200。中間設(shè)置1200×1500mm系梁，系梁頂面設(shè)計(jì)標(biāo)高為10.0m,系梁底面水深約3m,且底標(biāo)高離河床底有1.5~3.0m不等。2．方案的確定鉆孔樁施工方案為先搭鋼便橋，繼而搭設(shè)鉆孔平臺(tái)，用振動(dòng)錘下鋼護(hù)筒，鉆機(jī)在鋼平臺(tái)上進(jìn)行鉆孔施工。施工的難點(diǎn)主要是深水中的系梁。系梁混凝土有14ｍ3左右，在河床中間，屬于高樁承臺(tái)，適于采用有底鋼套箱。有底鋼套箱是懸吊在水中的套箱，利用基礎(chǔ)頂部做為承力點(diǎn)，一般有側(cè)板、底板和懸吊系統(tǒng)三部分組成。有底鋼套箱的作用是擋水，以實(shí)現(xiàn)承臺(tái)基礎(chǔ)處于干處施工。按照常規(guī)的施工方法是先用鋼套箱圍出系梁（承臺(tái)）的施工工作面，澆筑封底混凝土，待達(dá)到一定強(qiáng)度后，再抽水進(jìn)行整個(gè)系梁的（承臺(tái)）的鋼筋綁扎，模板安裝，最后澆筑混凝土，完成水中系梁（承臺(tái)）的施工。但大橋系梁工程量并不大，如果大面積的圍水，再澆封底混凝土，繼而進(jìn)行系梁的施工，而底板混凝土不能拆除，勢(shì)必給鉆孔樁增加荷載，且施工難度大，浪費(fèi)又較多，同時(shí)鋼圍堰的排水面積大，一次性投入也過(guò)大。針對(duì)以上問(wèn)題，經(jīng)充分縝密考慮，最后決定先預(yù)制部分系梁，并制作兩個(gè)如墩柱模板的圓柱形套箱，套箱和預(yù)制系梁利用特制的法蘭盤(pán)連接，形成一個(gè)如啞鈴狀的整體，如圖1-1所示。再將8個(gè)5t的手拉葫蘆懸吊在設(shè)置于基礎(chǔ)上的懸吊系統(tǒng)，逐節(jié)下沉逐節(jié)拼裝，直到設(shè)計(jì)標(biāo)高，再澆筑封底混凝土，待達(dá)到一定強(qiáng)度后，再抽水完成另外部分系梁施工。3、施工步驟1）搭設(shè)鉆孔平臺(tái)，用振動(dòng)錘下鋼護(hù)筒，開(kāi)始鉆孔灌注樁施工。2）鉆孔樁完成后，鑿除部分樁頭，經(jīng)檢測(cè)合格后，在鋼平臺(tái)上預(yù)制部分系梁，系梁兩頭按規(guī)范要求，預(yù)留出足夠的鋼筋，鑿毛，設(shè)置懸吊系統(tǒng)。3）待系梁達(dá)到強(qiáng)度后，拼裝第一節(jié)、第二節(jié)鋼套箱，與系梁連接后，將系梁或套箱一起吊起，抽出預(yù)制系梁下的橫梁及一切阻礙系梁下沉的障礙物。4)下沉套箱和系梁直到一定高度，再拼裝第三節(jié)套箱，拼完后，下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高，用工字鋼將套箱和鋼平臺(tái)連接成一個(gè)整體。5）將套箱與護(hù)筒之間的空隙用砂袋堵漏。并澆筑套箱和護(hù)筒之間的封底混凝土。6）待封底混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求時(shí)，進(jìn)行抽水，拆除懸吊系統(tǒng)。然后割除護(hù)筒，對(duì)封底混凝土頂面進(jìn)行清理整平，如有漏水的地方，應(yīng)采取相應(yīng)措施進(jìn)行徹底的封堵。7）鑿除樁頭至設(shè)計(jì)標(biāo)高，綁扎剩下的系梁和墩柱的鋼筋，支設(shè)系梁模板后，再澆筑系梁與鉆孔灌注樁連接部分的混凝土。待接頭混凝土強(qiáng)度達(dá)到一定要求后，繼續(xù)安裝墩柱模板，澆筑墩柱混凝土。8）拆除墩柱模板，往套箱里面灌水，直到與河面水位相平。9）潛水員潛水將套箱節(jié)與節(jié)之間的螺栓拆除，用吊車(chē)將套箱分節(jié)拆除。10）進(jìn)行下一系梁的施工，如此反復(fù)循環(huán)。主要施工流程見(jiàn)圖1-2。圖1-2施工流程圖4、鋼套箱的構(gòu)造及必要驗(yàn)算鋼套箱采用6㎜厚A3鋼板做面板，用8槽鋼做橫豎肋，對(duì)面板進(jìn)行加固?？紤]到起吊能力和安裝方便，套箱共分三節(jié)，每節(jié)對(duì)稱(chēng)分為兩片，片與片之間，節(jié)與節(jié)之間均用螺栓連接。第一節(jié)如同墩柱模板狀，無(wú)特殊構(gòu)造。第二節(jié)底正好在系梁頂標(biāo)高處，形狀如第一節(jié)，只是在與系梁接觸面處特制一個(gè)鐮刀形的法蘭，該法蘭與第三節(jié)的法蘭連接，豎向鎖緊系梁。第三節(jié)在與系梁接觸處開(kāi)一凹形槽口，槽口伸出40㎝的鋼板，確保與系梁緊密連接。在系梁底標(biāo)高以下做成一個(gè)漏斗形的圓臺(tái)，上口直徑與第二節(jié)一致，下口直徑比護(hù)筒直徑大20㎝，該漏斗將成為封底混凝土的容器。1）套箱承壓計(jì)算混凝土封底完成并抽干套箱內(nèi)的水后，壁板內(nèi)外水頭差達(dá)到最大允許值時(shí)，側(cè)板應(yīng)力達(dá)到最大值。因套箱是圓形的，只需考慮它的失穩(wěn)，圖1-3是受力圖。沿套箱高度方向截取1.0ｍ的高度，求出套箱能承受的臨界荷載。Qc=24EI／D3(1-1)式中：E——鋼材的彈性模量，MPa；取2.06×103MPa；I—— 1.0ｍ高度豎向截面的組合慣性矩，ｍ4；D—— 套箱直徑，ｍ；Qc—— 臨界荷載，N／ｍ。而內(nèi)外水頭差達(dá)最大允許值h時(shí)，其荷載為：Q=gw×h×L(1-2)式中：gw——水的容量，kN／ｍ3；gw=10kN／ｍ3；h——內(nèi)外水頭高差，ｍ；L——套箱橫截面周長(zhǎng)，ｍ；Q——套箱所受的水荷載，N／ｍ。必須滿(mǎn)足Qc＞KQ。K為安全系數(shù)，取2.0。2）預(yù)制系梁承載計(jì)算系梁與鋼套箱一起被吊起時(shí)，必須承受一定的荷載，同時(shí)考慮到，手拉葫蘆下放時(shí)有可能不同步。但無(wú)論如何，總有兩個(gè)吊點(diǎn)要受力。據(jù)分析，當(dāng)設(shè)在鋼套箱的兩個(gè)吊點(diǎn)下落得太快，即不受力時(shí)，系梁受力最不利。此時(shí)，其受力模式如圖1-4所示。A點(diǎn)的彎矩為：Ma=W1L1+Qa2／2O點(diǎn)的彎矩為：MO=QL22／8-Ma,取Ma、MO的最大值。根據(jù)雙筋矩形截面梁計(jì)算公式計(jì)算，系梁能承受的最大彎矩Mj。Ma、MO中的最大值必須小于Mj。3）鋼套箱的內(nèi)吊環(huán)的計(jì)算鋼套箱里焊有內(nèi)吊環(huán)，必須對(duì)焊縫進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。其最不利受力情況，是在吊系梁的吊點(diǎn)不受力時(shí)，此時(shí)其受力為系梁和套箱總重量之和的一半（每個(gè)套箱有兩個(gè)吊環(huán)）。其受力狀態(tài)：F=W1+W2／2(1-3)M=Fe(1-4)d=M／If·hc／2(1-5)T=F／Afw(1-6)必須滿(mǎn)足：d合=(d2+I2)1／2＜[t](1-7)式中：W1——一個(gè)套箱的重量；If—— 慣性矩；W2——預(yù)制系梁的重量；Afw—— 腹板焊縫的面積；[t] 角焊縫的容許應(yīng)力，取85MPa。4）懸吊系梁懸吊系統(tǒng)由立在鉆孔樁上f50㎜鋼管和上面的“p”形架及“p”形架上的橫梁組成。鋼管按軸心抗壓構(gòu)件計(jì)算，“p”形架及橫梁按簡(jiǎn)支梁計(jì)算，驗(yàn)算其彎曲應(yīng)力和局部承壓應(yīng)力。5）封底混凝土厚度的計(jì)算在澆筑完封底混凝土后，待達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，抽干套箱里面的水，這時(shí)套箱承受自身重量，并且承受巨大的浮力。此時(shí)套箱有向上浮的可能，封底混凝土與護(hù)筒之間的粘結(jié)力可以抵消一部分浮力。此時(shí)，必須滿(mǎn)足：F-(W1+W2／2)≤pD[t]T(1-8)F=KgwV(1-9)式中：F——套箱所受的水浮力，kN；W1—— 每個(gè)套箱的重量，kN；W2—— 預(yù)制系梁水中的重量，kN；D—— 護(hù)筒的直徑，ｍ；T——封底混凝土的厚度，ｍ；[t]—— 鋼護(hù)筒與封底混凝土之間的容許摩擦力，kN／ｍ2；K—— 安全系數(shù)，取2.0；gw—— 水的容量，10kN／ｍ3；V—— 套箱的體積，ｍ3。5．施工中的注意事項(xiàng)及安全措施1）搭設(shè)平臺(tái)時(shí)，須考慮到套箱和系梁下沉的空間，在用振動(dòng)錘下沉鋼護(hù)筒時(shí)，必須用測(cè)距儀定位，同時(shí)必須在平臺(tái)上焊導(dǎo)向架，保證護(hù)筒準(zhǔn)確就位及必要的垂直度和傾斜度，應(yīng)按規(guī)范要求小于1%。2）預(yù)制系梁與套箱聯(lián)接時(shí)，必須保證水平，目的是為了保證套箱與系梁連接后能處于垂直狀態(tài)，而確保順利下沉。3）拼裝套箱時(shí)，法蘭之間必須填上橡膠墊，同時(shí)涂上玻璃膠，玻璃膠采用早強(qiáng)型，凝固后有一定的強(qiáng)度和彈性，保證密封效果。4）套箱是靠8個(gè)5t的手拉葫蘆下沉就位的，