论文部分内容阅读
摘要：瓯江特大桥的高桩承台在涨落潮河流中，采用圆形双壁吊箱围堰施工方案，现场施工围堰下放时吊点的同步控制，围堰的横向稳定及导向，封底混凝土克服涨落潮的影响的全过程及注意事项，对同类型承台施工具有借鉴作用。
关键词：瓯江特大桥 高桩承台吊箱围堰施工方案
1工程概况及水文特性
瓯江特大桥是甬台温铁路宁波至温州南跨越瓯江的路段，全长6244.34m。全桥共有178个墩台，其中71#墩～86#墩位于漫滩上，87#墩～101#墩在水中。瓯江是浙江省第二大河流，处于潮汐环境中，属于涨落潮河流，设计图纸提供最高潮位H+4.25m，最低潮位H-2.53m，最大潮差6.78m，施工水位+4.87m，最大水深29m。
2圆形双壁吊箱围堰构成
该特大桥99#、100#墩（如图1）承台设计为高桩承台，水深约29m，基础采用12根Φ2.5m钻孔桩，横桥向分3排布置，每排4根。承台尺寸为21m×14.8m×5m，承台底面高程为-9.235m，墩位处河床面高程约-25m。
图1：瓯江桥主桥100#、99#墩概貌
承台采用圆形双壁吊箱围堰方案，吊箱围堰钢壳总高18.5m，内径26m，隔仓1.2m，外径28.4m。考虑运输及吊装方便，竖向共分成6层，每层高约3m，按45度角分成8片，每片长约12m，通过隔板将圆形双壁吊箱围堰分成8个独立的隔仓。每层约3m高的钢壳上下均焊接厚12mm、宽10cm的水平圈板，以便于施工时对接。
圆形双壁吊箱围堰底板为分块预制的混凝土底板。为节约围堰底板下的型钢分配梁，减少封底混凝土施工时的临时支撑管桩，局指挥部的专家变更了原施工方案，在围堰内增加了3m高的混凝土隔墙，利用型钢与吊箱围堰钢壳锚固，将围堰分隔成大小不一的10个隔仓，如图2所示。通过吊点及分配梁与混凝土隔墙连接，将围堰的重量全部传递到原有的钻孔桩钢护筒上。混凝土隔墙起到了承载围堰的封底混凝土重量及将围堰分成小块的作用，但同时也增加了围堰的自重，增大了围堰的下放难度。
图2：吊箱围堰吊点及隔墙布置图
圆形双壁吊箱围堰下放时采用的13个吊点，共42根Φ32精轧螺纹钢筋，使用13台300t张拉千斤顶同步下放。其中在主隔梁上设有8个主吊点，每个吊点设置4根精轧螺纹钢筋；次隔梁上设5个主吊点，每个吊点设置2根精轧螺纹钢筋。圆形双壁吊箱围堰封底时采用的是23个吊点，共62根Φ32精轧螺纹钢筋，封底前需要安装好剩余的10个副吊点，并利用张拉千斤顶调节各个吊点的力满足设计计算要求。
3施工过程中遇到的问题
该特大桥99#、100#墩墩位所在位置水深流急，河水含泥量约2.35%，处于潮汐环境中，每天涨潮落潮各2次，每次涨落潮的时间及水位高度各不相同，涨落潮时流速快，且水流方向随涨落潮而变化，使围堰所受的水流冲击力、浮力在不同时间变化。因浮力的变化造成围堰施工过程中吊桿及封底混凝土与护筒间的锚固力也随之发生变化，增加了施工难度。
圆形双壁吊箱围堰共设23个吊点，每个吊点拉力约100t，按设计要求其中13个吊点必须同步下放，每个点下放标高的容许误差为2cm。为满足设计要求，每次仅能下放5cm，共需360次才能完成，每次都要确保13个吊点的下放高度误差小于2cm，否则底板就会被破坏，下放操作难度非常大。
圆形双壁吊箱围堰施工过程中遇到的主要问题为下列几点： 围堰下放时13个吊点必须同步下放；Φ32精轧螺纹钢筋联结套及螺母必须可以通过分配梁支撑卡板；围堰的横向稳定及导向； 围堰封底混凝土施工过程中克服涨落潮的影响。
4施工解决方案
4.1围堰下放时吊点的同步控制方法
采用13台张拉千斤顶，由计算机控制将13个吊点同步下放，从而完成圆形双壁吊箱围堰的整体下放。为了控制下放高度，我们制作加工了许多U形垫块，下放时千斤顶要先顶出12cm行程，13台千斤顶主动调整到设计T位，每个吊点各配备2名操作人员，同时将U形垫块抽去5cm，13台千斤顶同步回油下放。整个下放过程的下落量必须控制在5cm，使13台千斤顶同步回油下落，否则会因局部吊点拉力过大而导致分配梁被压溃。
4.2Φ32钢筋联结套和螺母对卡板的支撑作用
Φ32精轧螺纹钢筋常规出厂长度仅12m，而吊箱围堰下放高度约20m，钢筋施工长度约需26m，因此需要通过联结套接长，需增大分配梁位置的孔径，这与该位置吊挂围堰时要求小孔径是相矛盾的。因此，项目部设计了U形垫块及过障筒，解决了分配梁承载与过联结套的矛盾，实际施工效果良好。
4.3围堰的横向稳定及导向
该桥跨越瓯江位置的水流流速V1%=2.4m/s，最大潮差6.78m，施工过程中围堰会在不同方向受到水流的冲击。为了确保吊点安全及封底混凝土施工时钻孔桩钢护筒与围堰底板接触处周边的间隙稳定，必须使围堰横向稳定。根据设计，在四根角桩钢护筒上设置了6m高的导向装置，使围堰可以各向移动但横向移动不能过大。
4.4围堰封底混凝土施工中克服涨落潮的影响。
瓯江每天潮起潮落，潮差达6m，使围堰受到的浮力在不断地变化，浮力的差值可以达到3000t左右。当浮力发生变化时，吊杆的拉力也在发生变化，因此围堰上下移动是不可避免的，只能设法减少围堰浮力的变化。要达到这个目标，就必须保证围堰内外的水面标高一致，防止潮涨潮落时的浮力变化破坏尚未凝固的封底混凝土。特别是在施工刚结束后，封底混凝土强度还很低，此时如果围堰发生上下移动，钻孔桩钢护筒与围堰封底混凝土接触处的混凝土将会全部破坏，封底混凝土将失去作用。为了减少围堰浮力的变化，在围堰钢壳上设置了8个Φ300连通管与瓯江连通，以确保围堰内外水位一致，施工现场如图3。设置连通管后虽然内外水位可随涨落潮变化而保持一致，但围堰钢壳自身浮力的变化依然会达到约600t，这在涨落潮河流施工中是不可能克服的。
图3：吊箱围堰钢壳底节拼装施工现场
5施工中应注意的事项
5.1钻孔桩钢护筒封底混凝土位置处的淤泥必须清除干净，以防止护筒与封底混凝土之间的摩阻力减弱，可派潜水工下水用钢丝刷清理。
5.2在涨落潮河流施工围堰时，必须高度关注围堰浮力的变化。因浮力变化差值高达数千吨是绝对不可忽略的影响因素，拆除吊杆时需要计算清楚围堰自重、钢护筒的锚固力、浮力的变化关系等，以确定吊杆拆除及抽水的顺序。
5.3在涨落潮河流施工吊箱围堰时，围堰内的水流速度降低，会沉积大量的淤泥，必须将其清除干净，否则会影响封底混凝土的止水及锚固效果。
5.4围堰分层处需要另外设置水平圈板，方便水上现场对接。各隔仓的隔板上下要焊接密闭，才可以分别灌水配重。围堰对接处双面焊对接后必须采用渗煤油检查焊缝质量,确保无渗漏现象。
5.5吊箱围堰内与河流连通的连通管需要改进成阀门式，方便潜水工下水关闭及确保密闭性。
5.6围堰下放前要选择有操作张拉千斤经验且较灵活的工人，必须对参加下放的操作工人进行详细的技术交底，下放时听从指挥，步调一致，避免个别吊点受力过大而破坏分配梁。
5.7需进一步研究如何提高封底混凝土与护筒间的锚固力系数，目前锚固力系数取经验值8~15t/m2，但在实际施工计算时不易把握。
结束语: 在涨落潮河流中，涨落潮时水流速度快，围堰所受水流冲击力、浮力也在随之发生变化，瓯江特大桥高桩承台根据涨落潮河流的水文特点，利用现场现有施工设备，采用圆形双壁吊箱围堰的施工方案, 技术先进可行，节省材料、经济适用，为同类型施工提供了宝贵的经验和参考价值。
参考文献
[1]欧阳效勇，任回兴，徐伟.桥梁深水桩基础施工关键技术：苏通大桥南塔基础工程施工实践. 北京：人民交通出版社，2006.8
[2] 《铁路桥梁钢结构设计规范》TB10002.2-99
[3] 《桥梁用钢结构》GB/T714-2000
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：瓯江特大桥 高桩承台吊箱围堰施工方案
1工程概况及水文特性
瓯江特大桥是甬台温铁路宁波至温州南跨越瓯江的路段，全长6244.34m。全桥共有178个墩台，其中71#墩～86#墩位于漫滩上，87#墩～101#墩在水中。瓯江是浙江省第二大河流，处于潮汐环境中，属于涨落潮河流，设计图纸提供最高潮位H+4.25m，最低潮位H-2.53m，最大潮差6.78m，施工水位+4.87m，最大水深29m。
2圆形双壁吊箱围堰构成
该特大桥99#、100#墩（如图1）承台设计为高桩承台，水深约29m，基础采用12根Φ2.5m钻孔桩，横桥向分3排布置，每排4根。承台尺寸为21m×14.8m×5m，承台底面高程为-9.235m，墩位处河床面高程约-25m。
图1：瓯江桥主桥100#、99#墩概貌
承台采用圆形双壁吊箱围堰方案，吊箱围堰钢壳总高18.5m，内径26m，隔仓1.2m，外径28.4m。考虑运输及吊装方便，竖向共分成6层，每层高约3m，按45度角分成8片，每片长约12m，通过隔板将圆形双壁吊箱围堰分成8个独立的隔仓。每层约3m高的钢壳上下均焊接厚12mm、宽10cm的水平圈板，以便于施工时对接。
圆形双壁吊箱围堰底板为分块预制的混凝土底板。为节约围堰底板下的型钢分配梁，减少封底混凝土施工时的临时支撑管桩，局指挥部的专家变更了原施工方案，在围堰内增加了3m高的混凝土隔墙，利用型钢与吊箱围堰钢壳锚固，将围堰分隔成大小不一的10个隔仓，如图2所示。通过吊点及分配梁与混凝土隔墙连接，将围堰的重量全部传递到原有的钻孔桩钢护筒上。混凝土隔墙起到了承载围堰的封底混凝土重量及将围堰分成小块的作用，但同时也增加了围堰的自重，增大了围堰的下放难度。
图2：吊箱围堰吊点及隔墙布置图
圆形双壁吊箱围堰下放时采用的13个吊点，共42根Φ32精轧螺纹钢筋，使用13台300t张拉千斤顶同步下放。其中在主隔梁上设有8个主吊点，每个吊点设置4根精轧螺纹钢筋；次隔梁上设5个主吊点，每个吊点设置2根精轧螺纹钢筋。圆形双壁吊箱围堰封底时采用的是23个吊点，共62根Φ32精轧螺纹钢筋，封底前需要安装好剩余的10个副吊点，并利用张拉千斤顶调节各个吊点的力满足设计计算要求。
3施工过程中遇到的问题
该特大桥99#、100#墩墩位所在位置水深流急，河水含泥量约2.35%，处于潮汐环境中，每天涨潮落潮各2次，每次涨落潮的时间及水位高度各不相同，涨落潮时流速快，且水流方向随涨落潮而变化，使围堰所受的水流冲击力、浮力在不同时间变化。因浮力的变化造成围堰施工过程中吊桿及封底混凝土与护筒间的锚固力也随之发生变化，增加了施工难度。
圆形双壁吊箱围堰共设23个吊点，每个吊点拉力约100t，按设计要求其中13个吊点必须同步下放，每个点下放标高的容许误差为2cm。为满足设计要求，每次仅能下放5cm，共需360次才能完成，每次都要确保13个吊点的下放高度误差小于2cm，否则底板就会被破坏，下放操作难度非常大。
圆形双壁吊箱围堰施工过程中遇到的主要问题为下列几点： 围堰下放时13个吊点必须同步下放；Φ32精轧螺纹钢筋联结套及螺母必须可以通过分配梁支撑卡板；围堰的横向稳定及导向； 围堰封底混凝土施工过程中克服涨落潮的影响。
4施工解决方案
4.1围堰下放时吊点的同步控制方法
采用13台张拉千斤顶，由计算机控制将13个吊点同步下放，从而完成圆形双壁吊箱围堰的整体下放。为了控制下放高度，我们制作加工了许多U形垫块，下放时千斤顶要先顶出12cm行程，13台千斤顶主动调整到设计T位，每个吊点各配备2名操作人员，同时将U形垫块抽去5cm，13台千斤顶同步回油下放。整个下放过程的下落量必须控制在5cm，使13台千斤顶同步回油下落，否则会因局部吊点拉力过大而导致分配梁被压溃。
4.2Φ32钢筋联结套和螺母对卡板的支撑作用
Φ32精轧螺纹钢筋常规出厂长度仅12m，而吊箱围堰下放高度约20m，钢筋施工长度约需26m，因此需要通过联结套接长，需增大分配梁位置的孔径，这与该位置吊挂围堰时要求小孔径是相矛盾的。因此，项目部设计了U形垫块及过障筒，解决了分配梁承载与过联结套的矛盾，实际施工效果良好。
4.3围堰的横向稳定及导向
该桥跨越瓯江位置的水流流速V1%=2.4m/s，最大潮差6.78m，施工过程中围堰会在不同方向受到水流的冲击。为了确保吊点安全及封底混凝土施工时钻孔桩钢护筒与围堰底板接触处周边的间隙稳定，必须使围堰横向稳定。根据设计，在四根角桩钢护筒上设置了6m高的导向装置，使围堰可以各向移动但横向移动不能过大。
4.4围堰封底混凝土施工中克服涨落潮的影响。
瓯江每天潮起潮落，潮差达6m，使围堰受到的浮力在不断地变化，浮力的差值可以达到3000t左右。当浮力发生变化时，吊杆的拉力也在发生变化，因此围堰上下移动是不可避免的，只能设法减少围堰浮力的变化。要达到这个目标，就必须保证围堰内外的水面标高一致，防止潮涨潮落时的浮力变化破坏尚未凝固的封底混凝土。特别是在施工刚结束后，封底混凝土强度还很低，此时如果围堰发生上下移动，钻孔桩钢护筒与围堰封底混凝土接触处的混凝土将会全部破坏，封底混凝土将失去作用。为了减少围堰浮力的变化，在围堰钢壳上设置了8个Φ300连通管与瓯江连通，以确保围堰内外水位一致，施工现场如图3。设置连通管后虽然内外水位可随涨落潮变化而保持一致，但围堰钢壳自身浮力的变化依然会达到约600t，这在涨落潮河流施工中是不可能克服的。
图3：吊箱围堰钢壳底节拼装施工现场
5施工中应注意的事项
5.1钻孔桩钢护筒封底混凝土位置处的淤泥必须清除干净，以防止护筒与封底混凝土之间的摩阻力减弱，可派潜水工下水用钢丝刷清理。
5.2在涨落潮河流施工围堰时，必须高度关注围堰浮力的变化。因浮力变化差值高达数千吨是绝对不可忽略的影响因素，拆除吊杆时需要计算清楚围堰自重、钢护筒的锚固力、浮力的变化关系等，以确定吊杆拆除及抽水的顺序。
5.3在涨落潮河流施工吊箱围堰时，围堰内的水流速度降低，会沉积大量的淤泥，必须将其清除干净，否则会影响封底混凝土的止水及锚固效果。
5.4围堰分层处需要另外设置水平圈板，方便水上现场对接。各隔仓的隔板上下要焊接密闭，才可以分别灌水配重。围堰对接处双面焊对接后必须采用渗煤油检查焊缝质量,确保无渗漏现象。
5.5吊箱围堰内与河流连通的连通管需要改进成阀门式，方便潜水工下水关闭及确保密闭性。
5.6围堰下放前要选择有操作张拉千斤经验且较灵活的工人，必须对参加下放的操作工人进行详细的技术交底，下放时听从指挥，步调一致，避免个别吊点受力过大而破坏分配梁。
5.7需进一步研究如何提高封底混凝土与护筒间的锚固力系数，目前锚固力系数取经验值8~15t/m2，但在实际施工计算时不易把握。
结束语: 在涨落潮河流中，涨落潮时水流速度快，围堰所受水流冲击力、浮力也在随之发生变化，瓯江特大桥高桩承台根据涨落潮河流的水文特点，利用现场现有施工设备，采用圆形双壁吊箱围堰的施工方案, 技术先进可行，节省材料、经济适用，为同类型施工提供了宝贵的经验和参考价值。
参考文献
[1]欧阳效勇，任回兴，徐伟.桥梁深水桩基础施工关键技术：苏通大桥南塔基础工程施工实践. 北京：人民交通出版社，2006.8
[2] 《铁路桥梁钢结构设计规范》TB10002.2-99
[3] 《桥梁用钢结构》GB/T714-2000
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。