连续梁桥水中承台超深基坑双壁钢围堰施工技术
1 工程概况
本文主要以新建北京—天津滨海新区铁路宝坻—滨海新区段JBSG-2标段工程为例, 详细分析72号墩双壁钢围堰施工方法。该工程起止里程为DK116+093.73—DK141+251.00, 线路长度25.16km, 线路位于天津市北辰区, 包括北辰特大桥, 工程跨域青龙湾河 (见图1) , 设计采用 (60+100+100+60) m连续梁跨越主河道, 连续梁墩号依次为70～74号。
青龙湾河与线路交叉里程为DK118+467, 交叉角度为104°04', 河道上口宽约240m, 两岸堤坝上为沥青路面, 青龙湾河左堤堤顶标高8.335m, 右堤堤顶标高8.505m, 一般冲刷线高程0.500m, 局部冲刷线高程-1.780m, 设计水位6.450m。72号墩河床标高为0.500m。
该工程72号墩钢围堰的设计轮廓尺寸均为33.7m (横桥向) ×22.8m (顺桥向) ×20.122m (高) , 壁厚1.5m, 高度方向分为5节, 每节分为12个块段, 由下至上依次为4.33.75+4.05+3.3+4.722=20.122m, 设置2道内支撑 (见图2) 。
图1 青龙湾河现状
Fig.1 Current situation of Qinglongwan River
2 总体方案思路
72号墩采用无底双壁钢围堰进行施工, 钢围堰在专业制作厂家分块制造并验收合格后, 陆运至施工位置, 采用履带式起重机进行围堰节段拼装, 连续千斤顶进行下放。
图2 围堰侧面布置
Fig.2 Side layout of the cofferdam
1) 在拼装平台上拼装首节钢围堰, 拼装完成后, 利用同步连续千斤顶将围堰下放至水中, 然后对称浇筑刃脚混凝土。
2) 对称拼装第2节围堰, 拼装完成后, 注水下沉;继续拼装下一节围堰, 直至围堰着床。围堰着床后, 派潜水员对围堰刃角四周进行探摸, 对存在漏洞的地方抛填碎石进行堵漏。
3) 利用钢护筒搭设封底施工平台, 分2次进行封底施工。
3 施工工艺
施工工艺主要包括搭设围堰拼装平台、围堰拼装及下放、围堰封底混凝土施工、围堰施工监测等。
3.1 搭设围堰拼装平台
大小里程横桥向利用钢管柱上的工字钢作为支撑, 搭设拼装平台, 采用双拼I40b制作, 间距3m, 均坐落于钢管柱上, 作为平台。在双拼I40b承重梁上铺设3根垂直方向的I16b型钢, 其上铺设压花钢板或木跳板作为施工通道和操作平台, 设置防护栏杆。拼装平台搭设时测量人员必须保证平台标高一致, 误差≤5mm, 平台搭设后测量放样出围堰的内、外边线以及各块段安装位置。
3.2 围堰拼装及下放
3.2.1 首节围堰拼装
1) 拼装顺序
首节围堰拼装原则为对称拼装, 先拼装长边部分, 再拼装短边部分。拼装顺序为:1号块→2, 12号块→3, 11号块→4, 10号块→5, 9号块→6号块→7号块→8号块 (见图3) 。
图3 围堰拼装节段示意
Fig.3 Cofferdam assembly segment
围堰上口固定及控制采用在钢护筒外侧焊接的临时导向装置, 导向装置既起到对围堰壁体拼装时的临时支撑作用, 同时也对围堰垂直度进行控制。
2) 块段吊装
在工厂制造时已设置好吊耳, 吊耳采用18mm厚钢板或槽钢。底板运输时可直接起吊安装。
3) 围堰拼装验收
围堰每节单元节段组拼完成后, 除了检验焊缝质量外还必须进行结构尺寸检验。检验由测量组实地测量, 验收结果必须详细记录。
3.2.2 首节围堰起吊下放
1) 拼装初定位
围堰拼装前检查平台的标高和平整度, 然后在拼装平台上放样出围堰的具体位置, 并做好标记, 拼装完成后, 测量人员复测围堰位置和高差。
2) 试吊
下放系统安装完毕后, 在围堰下放时控制好每个吊点同步, 并且在每根吊杆上做好刻度记号, 均匀缓慢提升围堰3～5cm, 然后测量平面位置、轴线位置、垂直度及高程, 为后续的下放做好基础准备工作;待围堰稳定后检查千斤顶下放系统、吊点牛腿变形情况。
3) 拆除拼装平台
试吊完成后再将围堰继续提升, 使围堰脱离拼装平台20cm, 然后保持钢围堰的悬空状态, 安排作业人员尽快拆除拼装平台, 围堰起吊后, 利用履带式起重机从围堰外抽出承重梁。
4) 正式起吊下放
在试吊时检查各构件的运行情况, 如果运行情况良好, 立即准备拆除拼装平台。通过自动同步控制系统保证各吊点下沉量相同, 确保各吊点的受力均匀性。要求每次逐步分级下放钢围堰, 设置50cm为一级。测量人员每一级都要复测围堰的平面位置、轴线、垂直度、高程。围堰入水后应缓慢下放, 直到围堰入水处于自浮状态 (见图4) 。
图4 首节围堰下放
Fig.4 Lowering for the first cofferdam
3.2.3 刃脚混凝土浇筑及下放
浇筑刃脚混凝土0.8m高, 边浇筑边下沉, 直至底节钢围堰顶浮出水面高度达到设计要求。拆除提升、下放系统。
3.2.4 第2～5节围堰拼装、下放
第2～5节围堰的拼装、下放流程与首节类似, 即单元节段拼装、检查验收→注水下放到指定深度→下一节段拼装。
利用履带式起重机按与首节相同的块段顺序进行拼装, 逐块对称安装围堰第2节, 并将底节与第2节按设计要求焊接成整体, 灌水下沉, 仓内灌水高度3.535m;围堰平面位置和倾斜度调整完毕后, 第3节接高;浇筑仓内水下混凝土5.54m, 射水吸泥下沉;第4节围堰拼装完成后, 浇筑围堰仓内水下混凝土7.5m, 射水吸泥下沉;接高第5节, 按设计灌水并吸泥下沉至设计标高。围堰射水吸泥下沉到位, 内部达到满水状态 (见图5) 。下放封底混凝土隔仓。
图5 围堰满水
Fig.5 Cofferdam full of water
3.2.5 封底混凝土隔仓下放
将封底混凝土按均匀布置的原则分成12个隔仓。隔仓采用9015钢模板, 设置[10 (间距10cm) 作为肋板, 每块9015钢模板设置2道。双壁钢围堰制作过程中在内壁上提前焊接双∟100×10 (间距10cm) , 作为隔仓下放滑道。
3.2.6 钢支撑安装
封底混凝土达到设计强度后进行堰内抽水;围堰内抽水至第1道支撑以下50cm, 安装第1道支撑;围堰内抽水至第2道支撑以下50cm, 安装第2道支撑。
3.2.7 灌注隔仓混凝土
围堰下放到位后进行第2次隔仓混凝土灌注。隔仓混凝土采用水下灌注, 每个隔仓混凝土灌注时, 配备抽水泵抽水, 当隔仓水位与围堰内、外标高一致后开始抽水, 抽水速度与混凝土灌注速度保持一致。
3.3 围堰封底混凝土施工
围堰封底混凝土总高度为3.2m, 分2次进行施工, 第1次水下浇筑3m厚C30混凝土, 待围堰内水抽干后再在其上浇筑20cm厚调平层。
3.3.1 河床检查及围堰护筒清理
封底混凝土灌注前, 全面检查围堰内河床标高, 标高高于设计值的要进行处理, 过低的进行整平。施工前, 由潜水员使用钢刷水下清理, 清除封底混凝土顶标高以下的围堰内壁以及桩基钢护筒表面黏土等杂物。
3.3.2 封底混凝土灌注施工
1) 在1根导管封底完成后进行其相邻导管封底时, 测量其导管底口处的混凝土顶标高, 根据实测结果重新调整导管底口的高度。为保证封底混凝土的连续进行, 同一导管2次灌入混凝土的间隔时间按90min控制。
2) 水下灌注封底混凝土总厚度3.2m, 封底混凝土施工前, 在每个导管及2个导管混凝土作用半径交点处均布设1个测点。
3) 浇筑过程中注意控制每一浇筑点标高及周围4m范围内的测点都要测1次, 并记录灌注、测量时间。混凝土浇筑临结束时, 全面测出混凝土面标高, 重点检测导管作用半径相交处、护筒周边、围堰内侧周边等部位, 根据结果对标高偏低的测点附近导管增加浇筑量, 力求封底混凝土顶面平整, 并保证封底厚度达到要求, 当所有测点均符合要求后终止混凝土浇筑, 上拔导管, 移至下一浇筑点。
4) 水下封底的顶标高比承台底标高低20cm, 根据现场测点的实测混凝土面高程, 确定该点是否终浇, 终浇前上提导管适当减小埋深, 尽量排空导管内混凝土, 使其表面平整。
5) 在所有封底混凝土浇筑完成时, 需派潜水员对封底混凝土顶面进行全面检查, 对个别地方进行平整处理, 确保封底顶面的平整度满足要求。
3.3.3 围堰抽水及调平层施工
当封底混凝土强度达到设计强度的90%时才可进行钢围堰内抽水工作。围堰抽水完成后, 清除堰内杂物后, 浇筑封底调平层 (20cm) 。要严格控制后浇调平层的平整度和标高。浇筑调平层时注意在周边设置排水沟和集水井, 围堰侧壁混凝土接缝位置上设中埋式CP型止水带。
3.4 围堰施工监测
1) 监测内容及监测点布置围堰施工过程监测中, 主要对72号墩围堰进行围堰顶竖向位移、水平位移、支撑轴力进行监测 (见表1) 。
2) 监测频率、控制标准及报警值如表2所示。
3) 监测方法采用自动化监测和人工监测相结合的方法进行, 自动化监测采用全站仪自动化监测, 在施工过程中如果自动监测系统发现问题则采取人工进行不定期监测。
表1 监测内容及监测点布置
Table 1 Monitoring content and layout of monitoring points
表2 监测频率、控制标准及报警值
Table 2 Monitoring frequency, control standard and alarm value
4 结语
本跨青龙湾河72号墩双壁钢围堰施工被列为一级风险, 通过采取优化双壁钢围堰施工工艺、围堰施工过程监测等一系列措施, 确保了该部位施工过程质量安全。其工程施工积累了经验, 可为后续跨河桥梁下部结构钢围堰等设施施工提供参考, 其关键技术值得推广与借鉴。
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