橋梁工程水中墩施工技術(shù)分析
時間:2022-09-28 08:35:44
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摘要:橋梁水墩是整個橋梁工程建設(shè)的重中之重,施工質(zhì)量直接決定了橋梁工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐用性。因此,需要采取有效的技術(shù)措施提高跨江大橋工程質(zhì)量,提高橋梁主體結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。以中交馬東鐵橋梁工程為例,對水中墩下部結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)進行了研究。
關(guān)鍵詞:橋梁工程;水中墩;下部結(jié)構(gòu)
1工程概況與氣象條件
中國交建馬來西亞東海岸鐵路項目四分部83橋橋梁全長1.467km,里程范圍為CH202+240.5~CH203+707.3,P30和P31為水中墩,承臺為多邊形結(jié)構(gòu),橫向最長為27.2m,縱向最長為14.4m,厚度為4m。承臺混凝土方量為1387.5m3,混凝土標號為C40。采用鋼套箱進行施工。東部濱海帶(主線CH0+000~CH341+000)降雨量約為2750~3500mm,年均氣溫為25℃~30℃。需要注意的是降雨通常以伴隨雷暴的形式發(fā)生,瞬時降雨量較大,在東部濱海平原帶及中央山地帶的沿河或低洼地區(qū)、城區(qū)等處均易引發(fā)洪澇災(zāi)害,對擬建鐵路影響范圍較大。
2施工流程
鋼箱(吊箱)拼接平臺施工→鋼箱(套箱)安裝→吊梁安裝→鋼箱(套箱)下降→封底并澆筑混凝土→泵水找平→鋼筋混凝土承臺施工→鋼箱(套箱)拆除。
3水中墩施工技術(shù)
3.1鋼套箱施工
鋼套箱由唐山尚來金屬制品有限公司進行專項設(shè)計和加工制造,側(cè)模板由6mm的鋼板+[10的橫肋+工22a的豎肋組成,承吊系統(tǒng)由I45a的主梁+I36a的分配梁+I32a的端梁組成??紤]到鋼套箱就位時可能造成傾斜、誤差及變形等問題,鋼套箱內(nèi)口尺寸每邊放大50mm。經(jīng)計算,鋼套箱抽水后上浮穩(wěn)定系數(shù)為2.26>1.15,鋼套箱最低水位時抗下沉穩(wěn)定系數(shù)為1.54>1.1,均滿足要求。3.1.1河床開挖找平經(jīng)現(xiàn)場實測,P30墩位處河床標高為-2.8m,承臺底標高為-2.507m,鋼套箱底標高為-4.007m,地質(zhì)鉆孔資料揭示套箱底為松散、灰色的粗砂,標準貫入試驗值N為8。P31墩位處河床標高為-2.9m,承臺底標高為-2.68m,鋼套箱底標高為-4.18m,地質(zhì)鉆孔資料揭示套箱底為高度風化砂巖,標準貫入試驗值N為50/60。河床面與承臺底之間的距離均不滿足封底混凝土所需的1.5m空間,擬采用長臂挖機對河床進行挖除整平作業(yè)。挖除整平作業(yè)之前,先進行地基承載力試驗,根據(jù)鋼套箱設(shè)計計算要求,河床承載力特征值要求≥67kPa,根據(jù)試驗結(jié)果確定是否需要換填及換填深度,確?;A(chǔ)承載力符合設(shè)計要求和封底混凝土順利澆筑。3.1.2鋼套箱拼裝平臺搭設(shè)在護筒標高2m處,在順橋向設(shè)置12根I32a×3000mm的牛腿,牛腿頂面標高誤差要<1mm,依次安裝第一層8根工字鋼橫梁I25a,長度為29.963m,第二層16根工字鋼縱梁I25a,長度為17.152m。平臺搭設(shè)完畢后,由測量人員在拼裝平臺上放出鋼套箱位置,在鋼套箱位置內(nèi)外兩側(cè)采用20槽鋼鋪出0.8m寬的作業(yè)通道,槽鋼與工字鋼之間采用焊接,通道繞套箱一圈布置,在通道外側(cè)用?48mm鋼管施作臨邊護欄,以保證施工安全。3.1.3鋼套箱的拼裝首先,測量并放樣裝配平臺鋼套箱的平面輪廓和塊分割線,操作時要隨拼裝隨調(diào)整。先安裝下層側(cè)模板(H=1200mm),包括臨時支撐。下鋼套箱安裝需要嚴格控制平面的位置、尺寸和垂直位移。經(jīng)測試符合要求后固定和安裝臨時支架。下層側(cè)模板的平面位置和垂直度驗收合格后,開始安裝上層側(cè)模板(H=5867mm),安裝方法同下層側(cè)模板??紤]到第二層模板高度較高,在未形成閉合成環(huán)之前,應(yīng)在單塊套箱背面用10#槽鋼設(shè)置兩道斜撐,支撐于支棧橋分配梁骨架上或者安裝平臺工字鋼上,采用焊接固定。橫向和豎向的拼接縫需按照設(shè)計安裝兩道封水膠墊,確保鋼套箱接縫處嚴密不漏水。在組裝特定截面時,發(fā)現(xiàn)其平面位置的尺寸和垂直度與設(shè)計位置的誤差較大時,應(yīng)重新核對確認加工是否有誤,必要時由廠家負責改裝,組裝時盡量減少較大的累積誤差。確保鋼套箱兩側(cè)外壁板垂直度≤1%,以保證合龍段順利嵌入;在一天當中的低溫時段將合龍段嵌入并固定,再用螺栓擰緊,以確保鋼套箱整體尺寸的精度。3.1.4懸吊系統(tǒng)的安裝在拆除鉆孔樁作業(yè)平臺之前,將1號、4號、9號、12號樁基鋼護筒接長至護筒頂標高11m,接長時先對20mm厚的鋼護筒進行坡口處理,然后將對接部分與鋼管對齊。對位時,原鋼護管上需要制作擋塊,對位后進行坡口焊接。再以這4個護筒頂為支撐點并下設(shè)牛腿,搭設(shè)雙拼I45a型鋼作為主梁,在主梁上安裝扁擔梁和空心千斤頂。接著在其下方通過精軋螺紋鋼反吊雙拼I36a分配梁,在分配梁上設(shè)置雙拼I32a端梁。懸吊系統(tǒng)主要由空心千斤頂、扁擔梁、主梁、分配梁、端梁和精軋螺紋鋼組成。鋼套箱下放總共設(shè)8處吊點,共8根?32mm精軋螺紋鋼,安裝之前檢查、調(diào)試好空心千斤頂,保證下放順利完成。3.1.5鋼套箱的下放鋼套箱拼裝完畢后,檢查吊裝結(jié)構(gòu)的安全性,鋼套箱起吊上升10cm后靜止30min,檢查吊裝結(jié)構(gòu)變形及可靠性,并再次檢查鋼套箱頂口的平面位置是否正確(在頂口位置正確的情況下,底口的平面位置可吊垂線)。當?shù)跹b結(jié)構(gòu)穩(wěn)定良好時拆除鋼套箱拼裝平臺。具體下放步驟如下。1)在平臺上設(shè)置圍堰及下位指揮平臺,負責收集、分析各施工階段的技術(shù)信息,發(fā)布操作規(guī)程。2)上扁擔梁精軋螺紋鋼螺帽擰至距千斤頂頂面17cm處,千斤頂供油起頂。3)下扁擔梁精軋螺紋鋼螺帽擰至標記好的15cm處,每次下放行程嚴格按15cm控制。4)千斤頂收回油缸,鋼套箱下放。5)完成一次下放行程后,擰緊下扁擔梁精軋螺紋鋼螺母。6)重復上述2)~5)步驟直到鋼套箱下放完成。過程中需注意以下事項:①注意千斤頂?shù)耐剑肯陆担保悖韴笠淮螖?shù),以保證下降同步,如果圍堰下降時有5級強風,應(yīng)立即停止作業(yè),加強現(xiàn)有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,以確保安全;②鋼套箱放置完畢后,根據(jù)復測結(jié)果稍微調(diào)整位置,以保證鋼套箱位置符合要求,垂直調(diào)整采用鋼臂千斤頂進行微調(diào),水平調(diào)整采用導向架螺絲進行微調(diào),在調(diào)整過程中加強監(jiān)控,確保鋼套箱位置偏差符合要求[1];③鋼套箱下放到位及位置復核完成后,拆除端梁、分配梁、主梁以及臨時支撐,完成體系轉(zhuǎn)換。3.1.6鋼套箱內(nèi)抽水及堵漏、平整底板混凝土封底施工前,再一次測量確認底面標高,符合要求后安排潛水員摸查箱底狀況,針對有缺口的地方用沙袋封堵外側(cè),采用高壓水槍沖洗黏附在護筒外側(cè)的泥土。利用鋼套箱拼裝平臺拆除后的材料,在未接高護筒的頂部搭設(shè)封底作業(yè)平臺,成井字型布置,鋼套箱封堵混凝土采用天泵垂直導管法澆筑完成,導管應(yīng)進行水密性試驗,準備2個料斗、2套導管,施工過程中,1個料斗澆筑,另一個料斗固定好位置,每套導管10m長,澆筑順序由兩邊向中間匯聚,擴散半徑為3.5m。第一次澆筑采用頂塞法,在管道安裝過程中,需要在每個接頭上安裝一個橡膠圈。導管放入鋼套箱底部,再抬高20cm,首先使用1.5m3收集料斗儲存材料,儲料斗裝滿1m3后將剪球倒入第一批混凝土中?;炷翝仓樞驗橄冗吔呛笾虚g,從邊角澆筑至中間后,再從另一側(cè)邊角開始澆筑,再次澆筑至中間。封底混凝土頂部的高度應(yīng)比平臺底部的高度低20cm。水下封堵混凝土達到設(shè)計強度后泵送鋼套管。鋼套箱內(nèi)抽水擬采用2臺大功率離心式潛水泵同時作業(yè)。如果在泵送過程中出現(xiàn)泄漏,應(yīng)采取堵漏措施。封堵完成后繼續(xù)泵送直至密封件混凝土表面暴露[2]。
3.2承臺施工
3.2.1鋼筋加工和安裝承臺鋼筋統(tǒng)一在南岸鋼筋加工場加工,利用隨車吊運輸至施工點安裝。鋼架應(yīng)在外側(cè)掛一塊與保護層標號相同的混凝土墊板。墊板按每m24個或更多的梅花形墊塊進行排列,使鋼保護層的厚度符合設(shè)計需求。3.2.2冷卻水管埋設(shè)承臺冷卻水管層間間距、距離承臺上下頂面、冷卻管水平間距均為1m,每層水管位置和高度可根據(jù)承臺內(nèi)鋼筋布置適當調(diào)整,冷卻水管采用熱傳導性能較好、公稱直徑48mm的標準鑄鐵水管,在埋設(shè)和灌注過程中,應(yīng)防止冷卻管道泄漏和撞擊導致的損壞。水管接頭應(yīng)彎頭,保證連接嚴密并用冷膠布包裹以防止漏水。冷凝器的進水口和出水口必須安裝閥門。將?10mm鋼筋加工成U型卡,連接平臺鋼筋時預(yù)埋冷卻管,鋼管通過焊接固定在平臺鋼棒上。安裝冷卻循環(huán)水管后需要進行水流試驗,確認管道和接頭暢通無阻,無滲漏。在確保接縫處沒有泄漏后可以注入混凝土。大體積混凝土測溫采用埋設(shè)測溫傳感器的方法,溫度傳感器頭的垂直位置分別設(shè)置為上、中、下3層,深度為距表面300、700、2000mm處。在2000mm處設(shè)置5處溫度感應(yīng)頭,300mm和700mm處分別設(shè)置1處溫度感應(yīng)頭,傳感器布置應(yīng)充分考慮結(jié)構(gòu)的幾何尺寸。在混凝土注入過程中觀察混凝土溫度,并記錄混凝土入模溫度?;炷翝仓保埃韬?,3d內(nèi)每2h觀測溫度一次,4~6d內(nèi)每4h觀測一次,7~14d內(nèi)每6h觀測一次,對所有測量點進行編號。如在測溫過程中發(fā)現(xiàn)溫差超過25℃,應(yīng)及時調(diào)整流量、加強保溫或延遲拆除絕緣層。冷卻水管使用完畢后用灌漿堵住孔洞,切掉承臺上表面突出的部分。3.2.3墩身鋼筋預(yù)埋墩身鋼筋按設(shè)計圖紙施工,待平臺鋼筋及模板安裝完成后開始墩身預(yù)埋鋼筋施工。預(yù)先留置承臺外面的墩身鋼筋長為1.5m和2.735m。因墩身鋼筋留置時間長,墩身鋼筋在混凝土澆筑完成后需涂刷水泥漿進行防護,避免鋼筋長時間露天放置而生銹。墩身鋼筋的加工和安裝按墩身施工工藝有關(guān)技術(shù)要求進行,埋入承臺內(nèi)的墩身鋼筋與承臺頂層和底層鋼筋接觸處均應(yīng)進行綁扎,防止橋墩鋼筋在混凝土注入過程中變形或移位。3.2.4臨時支墩預(yù)埋鋼板、塔吊基礎(chǔ)預(yù)埋件加工和安裝臨時支墩預(yù)埋鋼板、塔吊基礎(chǔ)預(yù)埋件嚴格按設(shè)計圖和鋼結(jié)構(gòu)加工和焊接規(guī)范加工制作。臨時支墩預(yù)埋鋼板由總經(jīng)理部統(tǒng)一采購,塔吊基礎(chǔ)預(yù)埋件由塔吊廠家負責提供,現(xiàn)場負責安裝。預(yù)埋件材料到場后應(yīng)細致檢查,確保規(guī)格、型號、質(zhì)量符合設(shè)計要求。塔吊設(shè)置4個支腿,每個支腿設(shè)置8根地腳螺栓,預(yù)埋件的幾何位置和尺寸誤差必須在可接受的范圍內(nèi)。臨時支墩預(yù)埋鋼板尺寸為1100mm×1100mm×32mm,在注入混凝土之前,預(yù)埋件必須按照圖紙要求進行填充。采用機械和人工配合的方式安裝。測量時應(yīng)精密定位,如有必要應(yīng)安裝并固定鋼支架,防止其在混凝土注入過程中接觸或移動,以確保精度和硬度。
3.3混凝土工程
承臺混凝土澆筑擬采用1臺天泵和2臺地泵(1臺備用)及1個自卸料點同時卸料,混凝土澆筑應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實際情況,進一步降低混凝土水化熱,擬采用水平分層、豎向分塊自流滿鋪澆筑方案,分層厚度為30cm。嚴格控制混凝土原材料的質(zhì)量和技術(shù)標準,嚴格控制砂石料含泥量,優(yōu)化混凝土配合比,選用中低熱水泥品種,減少水泥用量,降低水化熱溫升。3.4鋼套箱拆除先拆除鋼套箱外周梁,鋼套箱模板的拆除順序原則上先拆除一塊邊角模板,然后順著一側(cè)逐塊拆除。應(yīng)選擇水位低的時候進行拆除,水下部分由潛水員下水對螺栓進行拆除,水上部分由作業(yè)人員通過掛爬梯的形式進行螺栓拆除,拆除順序先水下再水上。確定無障礙后指揮55t履帶吊吊裝已拆除的鋼套箱模板,運至鋼套箱存放點。3.5墩柱施工1)測量放樣。復測承臺標高,然后按設(shè)計圖紙放樣出墩柱邊線,并經(jīng)測量監(jiān)理工程師復測合格后用墨線劃出邊線并引出墩柱軸線。2)搭設(shè)施工平臺。墩身在進行鋼筋安裝之前,先沿墩身四周搭設(shè)施工腳手架作為操作平臺,對鋼管排架四周均設(shè)置安全防護網(wǎng)一道,防護網(wǎng)與排架綁扎牢固。腳手架在馬來西亞持證架子工的指導下搭設(shè),搭設(shè)完畢后應(yīng)由持證架子工驗收并掛綠牌方可投入使用。3)墩身鋼筋綁扎。鋼筋加工前,首先將鋼筋表面油漬、漆皮、鱗銹等清除干凈,對彎曲變形的鋼筋進行調(diào)直。依據(jù)圖紙設(shè)計進行下料,彎制加工,并按圖紙鋼筋編號對鋼筋分類編號存放。墩身預(yù)埋鋼筋在鑿除接觸面浮漿后用壓力水沖洗干凈,清理掉鋼筋表面的浮漿,然后對鋼筋進行調(diào)直。鋼筋在鋼筋加工棚加工成型,用隨車吊運到現(xiàn)場安裝,P30和P31墩柱高度均為6.5m,主筋為?25mm螺紋鋼,接頭位置可設(shè)置在同一斷面,但搭接長度需滿足1.4倍搭接長度,可一次安裝到頂。鋼筋接頭采用搭接,搭接要求同承臺鋼筋搭接要求。4)墩柱預(yù)埋件安裝。墩頂圍欄附著預(yù)埋件:共設(shè)置上下2層預(yù)埋套筒,層間距為25cm,上層預(yù)埋套筒距離墩頂1.27m。安裝時注意預(yù)埋套筒之間的相對位置。預(yù)留支座錨栓孔,墩柱施工時參照支座圖紙,提前預(yù)留出支座錨栓孔。泵管附著預(yù)埋件,混凝土輸送泵管依附在鋼管上,每2節(jié)與墩身附著以保證泵管的整體性,減小混凝土灌注時的晃動。5)模板安裝。為保證墩柱的外觀和質(zhì)量,墩柱模板采用組合鋼模板,模板由國內(nèi)專業(yè)模板廠家加工,運輸至馬來西亞。模板安裝之前進行試拼和編號。模板安裝時底部用砂漿塞縫和找平,防止出現(xiàn)漏漿爛根,模板與模板之間用建筑雙面膠帶堵塞板縫,保證澆筑混凝土時無漏漿。6)混凝土澆筑。澆筑混凝土前,應(yīng)檢查支架、模板、鋼筋和預(yù)埋件并做好記錄,符合設(shè)計要求后方可澆筑。清理干凈模板內(nèi)的雜物、積水和鋼筋上的污垢。模板如有縫隙應(yīng)填塞嚴密,模板內(nèi)面應(yīng)涂刷脫模劑。澆筑混凝土前檢查混凝土的均勻性和坍落度。
4結(jié)束語
83橋位于馬來西亞登嘉樓州龍運縣,跨越龍運河,經(jīng)過對施工方案的緊急反復討論,制定了水中墩施工方案,不僅詳細闡述了施工過程中的技術(shù)要點,而且在施工期間采取了各項防護、止水措施,既保證了橋梁施工的安全和質(zhì)量,又起到了積累經(jīng)驗的重要作用,能夠為同類型施工提供參考。
參考文獻:
[1]王南昌.橋梁水中墩施工技術(shù)[J].交通世界,2020,27(31):140-141.
[2]宋洪喜.鄭州黃河公鐵兩用橋主橋施工方案研究[D].鄭州:鄭州大學,2010.
作者:葉輝元 單位:中交四航局第一工程有限公司
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