琅勃拉邦湄公河特大桥21#墩双壁钢吊箱围堰施工关键技术

发表时间:2021/3/16   来源:《城市建设》2021年1月   作者:宋德佩
[导读] 本文结合琅勃拉邦湄公河特大桥21#墩双壁钢吊箱围堰施工,重点介绍了双壁钢吊箱围堰在施工关键环节、主要部位的受力分析和验算,以及重点阶段的安全质量管控措施。

四川成都中铁八局集团有限公司   宋德佩   610000

摘要:本文结合琅勃拉邦湄公河特大桥21#墩双壁钢吊箱围堰施工,重点介绍了双壁钢吊箱围堰在施工关键环节、主要部位的受力分析和验算,以及重点阶段的安全质量管控措施。
关键词:深水围堰;双壁钢吊箱围堰;湄公河特大桥
        1.前言
        双壁钢吊箱围堰一般应用于大江大河等深水区域,为桥墩、承台提供作业基础,具有材料用量少、不需要沉入河床、水流阻力小和有利工期控制等优点,同时也存在施工难度大、安全风险高的特点。琅勃拉邦湄公河特大桥21#墩位于湄公河中央,靠近主航道,承台底高于河床面约8m,旱季水深约17m;21#主墩Ⅰ级承台尺寸为20.6m×13.0m×4.0m,Ⅱ级承台尺寸为13.7m×9.0m×2.0m;桥墩桩基直径2.0m,桩长为27.0m,共12根。
        21#墩位于主航道深水区,10年一遇水流速度为3.58m/s,雨季水位涨势凶猛,叠加工程规模大,资源有限,工期紧,安全风险极高。只有针对不同工况,分析研判围堰受力性能,细化技术保障措施,通过精心策划,周密部署,严格落实,才能按期安全优质地完成围堰施工任务。
        2.方案总述
        综合考虑项目实际、起重吊装设备和围堰下沉工艺等因素,决定21#钢吊箱围堰施工采用工厂分块加工,现场逐节拼装、下沉的方案。钻孔桩完成施工后,利用钢护筒搭设钢围堰拼装平台,现场拼装吊箱底板和底节侧板,采用千斤顶和Φ32mm精轧螺纹钢安装下放系统,下放底节围堰至自浮状态,依次接高第2节至第5节围堰,下放钢围堰至设计标高并锁定吊挂系统,浇封底混凝土,待封底混凝土强度达标后浇筑井壁混凝土,最后抽水施工承台和墩身。
        3.围堰受力分析及验算
        3.1钢围堰基本情况
        21#钢吊箱围堰长24m,宽16.4m,高22.5m,壁厚1.5m,内壁距离承台边缘为0.2m,分别由底板、隔仓、内部支撑和支吊系统组成(图1)。底板由型钢及H型梁形成格构式的龙骨结构,上铺6mm钢板,总重约100.1t。围堰双壁和单壁(顶节)侧板由壁板、竖肋、水平环板、接高环板、水平桁架、隔舱板等组成,壁板采用6mm钢板,竖肋为∠63×6角钢,环板为10mm、12mm钢板,水平桁架为∠90×8、∠100×8角钢,隔舱版为12mm、16mm钢板。底节高3.9m,2节高3.9m,3节高3.9m,4节高3.5m,5节高4.5m,顶节高2.8m,总高22.5m。

围堰所用材料均为Q235B钢,[σ]=170MPa,[τ]=100MPa,总重约650t。围堰顶标高+283.304m,底标高为+260.804m,设计水位+283.0,承台底标高+264.304,围堰隔舱内浇注填充混凝土至+269.3m,封底混凝土厚3.5m(图2)。


        依据围堰设计资料、钢结构设计规范以及现场测量资料,采用Midas Civil 2015分析软件,建模对围堰下沉、封底和抽水工况下的受力特性进行分析验算。
        3.2分析验算
        (1)围堰下沉
        围堰底节下放到位后,注水下沉围堰至设计高程+260.804m,考虑围堰外水位为+280m,围堰井壁提供浮力平衡,围堰井壁承受自重吃水产生的水压力。计算结果显示,吊挂系统、围堰侧板、竖肋等承载能力、组合应力及最大变形均能满足要求,其中底节围堰水平环板和水平桁架受力最大,水平环板最大应力139MPa<170MPa(图3),满足要求;水平桁架最大轴向压力为120kN,小于∠90×8角钢单面连接情况下轴心受压134kN,满足规范要求。

        (2)围堰封底工况
        围堰下沉到位后,安装围堰吊挂系统,调整围堰井壁内水位,进行封底混凝土施工,依靠吊挂系统承受封底砼的重量和部分围堰重量。计算荷载考虑围堰自重(30%)、封底砼、围堰水流力,建立整体模型(图5),围堰侧板采用板单元模拟,底龙骨采用梁单元模拟,在吊挂系统处铰接。

        计算结果显示,龙骨HM390×300的最大应力152MPa(图6),分布于桁架上弦杆节点处,吊挂系统单点最大反力为1416kN,均满足要求。
       (3)围堰内抽水工况
        填充混凝土、封底混凝土达到设计强度后,围堰内抽水至封底混凝土顶,水头差形成强大浮力,吊箱受力体系转变,需对内支撑体系、封底混凝土受力情况计算评估。围堰井壁内灌水至水位为+275.504m,围堰外最高水位+283m。考虑静水压力,采用MIDAS建立1/4围堰模型,围堰在封底混凝土顶处内壁板铰接,壁板、竖肋、水平环板及水平桁架最大应力均符合要求,限于篇幅,直接给出内支撑构件受力计算结果(图7),其中φ800×14钢管最大受压折减计算应力为105Mpa<170Mpa,满足要求。

        封底混凝土厚度不小于3.5m,取3.2m有效厚度混凝土计算,考虑封底砼重量和所受浮力,计算护筒所受剪力31064KN,每根钢护筒所承受的粘结力为112kPa<150kPa,封底砼最大应力0.17MPa(图8),满足要求。

   

        4.关键施工技术
        4.1围堰制作
        围堰块件加工综合考虑现场起重设备性能、运输工具及道路要求外,要尽量减少分块数量,以利于拼装质量和效率。确定钢围堰底板龙骨分12块,底板封堵钢板分48块,侧板竖向分6节,每节双壁侧板分14块,每节块件含6件A块件,4件B块件,4件C块件。
        围堰制作重点控制板与龙骨、吊挂系统的定位和焊接质量,对接板缝用马口板加固定位,严格检查分段变形情况,超出标准的现场及时矫正,合拢缝预留50mm余量,下料、焊接严格按规范施做,按标准验收,确保现场装配精度要求。
        4.2围堰拼装及下放
        (1)围堰拼装
        围堰块件在运输过程中要支垫牢固,确保到场后不变形。采用75t履带吊在施工栈桥上拼装施工,拼装在事先搭建好的拼装平台上进行。过程中重点做好吊装安全管理和围堰块件的定位安装质量控制。一是依据测量放样的龙廓线和平面尺寸控制点,依次吊装拼接,对合拢口的自由边根据分段情况作临时支撑杆加强,确保接口平整;二是先底板后侧板,由内向外,对可能产生焊接变形的区域用H型钢或钢管进行刚性加强;三是拼装检查合格后及时组织焊接,并做渗透试验。
        (2)围堰下放
        围堰下放系统设置4个吊点,每个吊点配置2台ZB6-800电动油泵,负责为2台YC2100B型穿心千斤顶提供动力,保证精轧螺纹受力均匀。在钢围堰内壁板焊接8处下放导向架,其中上游侧2处,下游侧2处,顺桥向两侧各2处,分四层4布设,以保证围堰平面位置和垂直度。导向架安装在钢围堰内壁板上,随钢围堰接高而增加。钢围堰下吊前必须试吊,下沉要统一指挥,速率控制在1.0~2.0 m/h,同步下放。
        钢围堰下放前在围堰吊点处挂钢卷尺,千斤顶下放时每顶行程25cm,随时测量下放距离,保证围堰下放过程中其四角高程偏差不大于10cm,若偏差超限,及时调整。
        4.3围堰接高
        底节围堰下放至自浮状态后,在底节围堰上接高其他节段,接高必须对称进行,保证底节围堰的平衡。在底节围堰顶端拼接板上标出第二节围堰侧板的控制点,开始拼装第二节侧板,围堰节与节之间拼装必须保证竖肋角钢和隔舱板对齐,拼装质量控制同底节,依次接高。第4节围堰接高完成后安装底层围堰内支撑,继续注水下沉接高顶节围堰。
        4.4水下封底混凝土
        钢围堰下沉到位后,将36根吊杆采用双螺帽锁定于顶部分配梁上。封底混凝土开始施工期间水位上涨小于1m时,往井壁内注水1.3m,保证围堰稳定。
        封底混凝土采用一次性浇筑,封底混凝土方量为730m3。在护筒上搭设封底操作平台,派潜水工对护筒处底板缝隙采用沙袋进行封堵。布置水下混凝土导管及储料斗,同时做好其他相应准备工作,如人员安排、机具设备调试安装等。围堰平面内分8个灌注点,采用由上游向下游顺序浇筑,逐点拔球、多根导管合作的施工方法进行。
        4.5井壁混凝土浇筑
        封底混凝土强度达到设计要求后,拆除吊挂系统,浇筑井壁填充混凝土,对井壁进行加强。井壁混凝土需均匀、对称、缓慢浇筑。
        4.6围堰内抽水
        钢围堰抽水时重点关注围堰侧板及内支撑的变形情况,内支撑除在围堰抽水时承受由围堰侧板传过的水压力外,还在浇注承台时起拉伸作用,减小承台混凝土造成的钢围堰侧板变形。
        5.结束语
        在琅勃拉邦湄公河特大桥21#墩钢吊箱双壁钢围堰施工过程中,因为组织到位、措施到位、落实到位,如期在洪峰到来之前实现墩身出水的目标,成功实现了安全、质量和工期目标,受到建设各方一致好评。该项目实践为资源匮乏、交通等条件受限情况下,组织深水区双壁钢吊箱围堰施工积累了一定经验。
参考文献
1 TB10002.2-2005 铁路桥梁钢结构设计规范
2 TB10415-2015 铁路桥涵施工质量验收标准

投稿 打印文章 转寄朋友 留言编辑 收藏文章
  期刊推荐
1/1
转寄给朋友
朋友的昵称:
朋友的邮件地址:
您的昵称:
您的邮件地址:
邮件主题:
推荐理由:

写信给编辑
标题:
内容:
您的昵称:
您的邮件地址: