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      高速公路橋梁承臺(tái)施工及鋼吊箱設(shè)計(jì)

      2021-10-16 09:37:12
      山東交通科技 2021年4期
      關(guān)鍵詞:吊箱墩身底板

      何 楊

      (新疆新紀(jì)元公路設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司,新疆 烏魯木齊 830000)

      引言

      鋼吊箱適用于深水基礎(chǔ)的高樁承臺(tái)施工,應(yīng)用此方法時(shí)施工單位應(yīng)做好現(xiàn)場(chǎng)勘查,掌握地質(zhì)條件、水文特點(diǎn),然后根據(jù)橋梁建設(shè)要求,進(jìn)行鋼吊箱的設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)方案現(xiàn)場(chǎng)拼裝鋼吊箱,然后下沉、封底,并依次完成承臺(tái)、墩身的施工任務(wù)[1-2]。鋼吊箱設(shè)計(jì)與制作質(zhì)量,以及墩身、承臺(tái)施工質(zhì)量,就成為路橋工程中施工單位的重點(diǎn)管控內(nèi)容。

      1 高速公路橋梁承臺(tái)施工技術(shù)

      1.1 主墩承臺(tái)施工技術(shù)

      在主墩承臺(tái)施工前,先將鉆孔平臺(tái)拆除,然后安裝吊箱底板,并進(jìn)行固定,現(xiàn)場(chǎng)制作鋼吊箱的懸吊裝置。鋼吊箱采用提前預(yù)制的方式,在制造廠完成制作后,通過(guò)汽車運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng),使用懸吊裝置分別連接鋼吊箱的四個(gè)頂角,吊起后移動(dòng)到指定位置,在定位系統(tǒng)的輔助下,下沉并準(zhǔn)確放置到相應(yīng)的位置。在鋼吊箱安裝過(guò)程中,現(xiàn)場(chǎng)制備混凝土,保證配比合適且充分拌勻,在鋼吊箱沉底后迅速澆筑混凝土,完成封底。在混凝土硬化之后,開(kāi)始抽水,待內(nèi)部積水全部抽干排凈后,開(kāi)始安裝承臺(tái)鋼筋。鋼筋相接部位一律采用焊接,同時(shí)預(yù)埋冷卻循環(huán)水管,采用鋼絲綁扎的方式固定在鋼筋上,塔柱施工的預(yù)埋件也要在這一環(huán)節(jié)提前安裝。承臺(tái)鋼筋工程結(jié)束后,開(kāi)始澆筑承臺(tái)混凝土,充分振搗后進(jìn)入養(yǎng)護(hù)期,在前14 d 通入冷卻循環(huán)水,使內(nèi)部熱量及時(shí)消散,養(yǎng)護(hù)結(jié)束后完成主墩承臺(tái)施工。

      1.2 薄壁鋼吊箱結(jié)構(gòu)布置

      通過(guò)受力分析可知,鋼吊箱要承受水的壓力、土的壓力以及混凝土的壓力,為提高其抗壓能力,防止出現(xiàn)變形問(wèn)題,施工中選擇矩形雙層薄壁鋼吊箱。其中,雙壁鋼板的總厚度為1.2 m,采用桁架結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

      圖1 矩形雙層薄壁鋼吊箱

      鋼吊箱內(nèi)部,沿著與橋面平行的方向,設(shè)計(jì)有上、中、下三道支撐,均采用Φ160 mm 的鋼管,提高內(nèi)部支撐力。底板方面,為提高防水效果,采用“底包側(cè)”設(shè)計(jì)方式,底板的長(zhǎng)度和寬度均比鋼吊箱的平面尺寸超過(guò)15 cm。除此之外,在頂部四個(gè)角上設(shè)計(jì)了4個(gè)用于吊裝的吊點(diǎn),并重點(diǎn)進(jìn)行加固。設(shè)計(jì)臨時(shí)承重吊桿,當(dāng)鋼吊箱完成下沉后,將由吊桿來(lái)分擔(dān)一部分重力。

      1.3 套箱制作

      施工企業(yè)將鋼吊箱的設(shè)計(jì)方案交給加工廠,采用預(yù)制的方式進(jìn)行鋼吊箱各個(gè)組成構(gòu)件的制作,然后使用汽車將這些構(gòu)件運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)。(1)構(gòu)件裝車前,要在汽車上放置木架或鋼架,并進(jìn)行固定,防止構(gòu)件在運(yùn)輸途中因?yàn)轭嶔?、碰撞而出現(xiàn)變形等問(wèn)題。(2)運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)后,檢查構(gòu)件有無(wú)質(zhì)量缺陷,確認(rèn)沒(méi)有問(wèn)題后分層焊接,拼裝成整體。構(gòu)件焊接水平將會(huì)對(duì)鋼吊箱的拼裝精度和使用效果產(chǎn)生直接影響,也是需要重點(diǎn)管理的內(nèi)容。焊接前,參考鋼吊箱的設(shè)計(jì)方案,將每一塊構(gòu)件進(jìn)行編號(hào),并依次進(jìn)行擺放,見(jiàn)圖2,然后按照順序依次完成焊接。(3)檢查焊接質(zhì)量,如果有未焊透的地方,或者是殘留焊渣等情況,要進(jìn)行相應(yīng)的處理,保證焊接質(zhì)量。

      圖2 鋼吊箱分塊布置

      1.4 薄壁鋼吊箱的拼裝下沉

      完成分塊焊接且經(jīng)過(guò)檢查焊接質(zhì)量過(guò)關(guān)后,開(kāi)始進(jìn)行鋼吊箱的整體拼裝。(1)安裝底板。測(cè)量護(hù)筒高度,要求最大高度差不超過(guò)5 mm,然后在護(hù)筒的上端焊接牛腿。使用吊升裝置將準(zhǔn)備好的底板吊起,放置到護(hù)筒上,將護(hù)筒與底板相接部位進(jìn)行焊接。(2)拼裝吊箱。參考施工圖紙,在底板上畫(huà)出定位基線,并由技術(shù)人員進(jìn)行復(fù)核,確認(rèn)無(wú)誤后安裝內(nèi)支撐。鋼吊箱內(nèi)部支撐所用材料見(jiàn)表1。(3)下放鋼吊箱。現(xiàn)場(chǎng)吊裝系統(tǒng)的主要部分是一臺(tái)40 t千斤頂,將吊裝系統(tǒng)的鋼索連接到鋼吊箱的吊點(diǎn)上。檢查固定牢固后,將其吊起。吊升時(shí)先低速后勻速,達(dá)到一定高度后進(jìn)行平移。平移到指定位置后,開(kāi)始勻速下降,在接近底板時(shí)減速。利用底板上的輔助定位裝置,讓鋼吊箱精準(zhǔn)度放置在底板上。

      表1 向內(nèi)支撐用料

      1.5 套箱封底施工技術(shù)

      鋼吊箱封底施工時(shí)會(huì)使用到大量的混凝土。為了方便混凝土澆筑,需要提前布置導(dǎo)管。除了根據(jù)施工方案確定導(dǎo)管的直徑、長(zhǎng)度等基本參數(shù)外,還要檢查導(dǎo)管的質(zhì)量,包括有無(wú)彎曲、變形等,以及進(jìn)行導(dǎo)管的水密試驗(yàn)、壓力試驗(yàn)等。確定符合封底施工要求后,參考設(shè)計(jì)方案進(jìn)行測(cè)點(diǎn)及導(dǎo)管的布置,見(jiàn)圖3。

      圖3 導(dǎo)管及測(cè)點(diǎn)的布置

      將現(xiàn)場(chǎng)制備好的混凝土裝入泵機(jī)中,沿著導(dǎo)管完成封底澆筑。利用提前布置好的測(cè)點(diǎn),地面施工人員可以隨時(shí)掌握混凝土的澆筑情況。(1)第一次澆筑至標(biāo)高后,自然靜置約30 min,此時(shí)導(dǎo)管內(nèi)的混凝土完成初凝,高度會(huì)有一定程度的下降。(2)第二次澆筑。在實(shí)際澆筑時(shí),可以適當(dāng)增加封底混凝土的厚度,超出設(shè)計(jì)值5 ~10 cm。如果因?yàn)榛炷临|(zhì)量問(wèn)題或施工技術(shù)問(wèn)題導(dǎo)致表面出現(xiàn)軟弱層,可以用鐵鏟刮去,從而保證澆筑質(zhì)量。

      1.6 承臺(tái)施工技術(shù)

      (1)做好施工前的準(zhǔn)備工作。封底混凝土澆筑完成后,養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間后,測(cè)量其強(qiáng)度。通常來(lái)說(shuō)實(shí)際強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值的90%以上,即可進(jìn)行承臺(tái)施工。使用抽水機(jī)將鋼吊箱內(nèi)的水抽出,抽水時(shí)還要密切觀察鋼吊箱是否出現(xiàn)變形問(wèn)題、滲漏情況。如果有此類問(wèn)題,說(shuō)明鋼吊箱安裝質(zhì)量不過(guò)關(guān),需要立即停止施工,重新進(jìn)行檢查并排除問(wèn)題之后再繼續(xù)施工。(2)進(jìn)行承臺(tái)部分施工。包括固定承臺(tái)、預(yù)埋墩身鋼筋等。鋼筋預(yù)埋前除了要檢查是否存在生銹等質(zhì)量缺陷外,還要對(duì)鋼筋的規(guī)格、類型等進(jìn)行逐一對(duì)照,確保與設(shè)計(jì)方案中保持一致。(3)澆筑混凝土。夏季施工時(shí)盡量選擇上午及傍晚氣溫較低的時(shí)間進(jìn)行,可以降低混凝土出現(xiàn)承臺(tái)裂縫的概率。澆筑后利用前期預(yù)埋的冷水管,循環(huán)通入冷水,可以有效降低承臺(tái)混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生裂縫的概率。

      1.7 墩身施工技術(shù)

      施工前,將注漿機(jī)的注漿口與循環(huán)水冷卻管的開(kāi)口連接,使泥漿充滿冷卻管,提高混凝土結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度。然后拆除鋼吊箱的臨時(shí)支撐,將預(yù)埋鋼筋與墩身鋼筋焊接起來(lái),并澆筑墩身餛飩。采用分層澆筑的方式,每層澆筑結(jié)束后進(jìn)行養(yǎng)護(hù),直到混凝土達(dá)到標(biāo)高。最后進(jìn)行不低于28 d 的養(yǎng)護(hù),期間注意觀察墩身上是否出現(xiàn)明顯裂縫,如果有需要做相應(yīng)處理,保證墩身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,為上部橋面施工創(chuàng)設(shè)良好條件。

      2 鋼吊箱設(shè)計(jì)計(jì)算

      2.1 設(shè)計(jì)條件

      根據(jù)前期開(kāi)展的地質(zhì)調(diào)查,明確設(shè)計(jì)條件,為鋼吊箱的施工提供必要的參考。其中對(duì)鋼吊箱施工和使用質(zhì)量有重要影響的因素:(1)設(shè)計(jì)水位為+280 m;(2)設(shè)計(jì)流速為12 m/s;(3)鋼吊箱頂部標(biāo)高為+280 m;(4)底板標(biāo)高為+255 m;(5)倉(cāng)內(nèi)最高水位為270 m。

      2.2 荷載取值

      鋼吊箱下沉后會(huì)受到多種作用力的影響,包括土的壓力、水的壓力,以及澆筑混凝土帶來(lái)的壓力等。因此,在進(jìn)行鋼吊箱設(shè)計(jì)時(shí)要計(jì)算好荷載,才能保證鋼吊箱的使用質(zhì)量。根據(jù)受力方向的不同,需要考慮水平荷載與垂直荷載。前者主要包括靜水壓力和流水壓力,后者則包括吊箱自重、混凝土重量等。

      2.3 吊箱構(gòu)造

      雙層薄壁鋼吊箱的頂部標(biāo)高為+280 m,底板標(biāo)高為+255 m。其中,雙壁厚度共1.2 mm,規(guī)格為13.4m×8.5 m×21.3 m。水平環(huán)板采用12 mm 鋼板,桁架焊接在水平環(huán)板上。吊箱水平桁架層間距0.9 ~1.4 m。吊箱共設(shè)置8 個(gè)鋼箱,鋼箱面板采用8 mm 鋼板,面板用14 mm 厚的鋼板加強(qiáng),面板縱肋采用L80×50 ×8 mm,間距35 cm。鋼吊箱內(nèi)部使用3 根內(nèi)支撐,底板上布置8 個(gè)吊點(diǎn),封底混凝土的平均厚度為1.6 m,使用C30 水下混凝土。

      2.4 鋼吊箱底板荷載計(jì)算

      鋼吊箱封底混凝土的厚度為1.8 m,底板所受荷載來(lái)自于澆筑封底混凝土的自重。在設(shè)計(jì)時(shí),要想讓鋼吊箱正好出于自浮狀態(tài),實(shí)際注水深度為10 m。此時(shí)澆筑的封底混凝土總重量為30 kN/m3,跨徑取平均值為0.3 m,背肋長(zhǎng)度取最大值1.5 m,以0.01 m面板條按簡(jiǎn)支梁作為計(jì)算模型。在荷載均勻分布的情況下,計(jì)算可得:Q混凝土=0.36 kN/m;Q設(shè)=1.5×Q混凝土=0.54 kN/m。 底 板 所 受 最 大 荷 載Mmax=0.006 1 kN·m、最大強(qiáng)度Qmax=0.064 kN。由此可得,底板最大正應(yīng)力:σ=Mmax/W=55.4 MPa <196 MPa;τ=Qmax/A=0.67 MPa <85 MPa,滿足設(shè)計(jì)要求。

      3 結(jié)語(yǔ)

      橋梁工程是高速公路工程的重要組成部分,在深水承臺(tái)施工時(shí),選擇鋼吊箱圍堰,可以提高防水效果,營(yíng)造良好作業(yè)環(huán)境,保證橋梁墩身、承臺(tái)施工的高效率、高質(zhì)量進(jìn)行。由于不同地區(qū)的地質(zhì)條件、水文特點(diǎn)等存在較為明顯的差異,需要做好現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,然后科學(xué)設(shè)計(jì)鋼吊箱尺寸、型式以及選材。在保證鋼吊箱安裝質(zhì)量的前提下,進(jìn)行承臺(tái)、墩身施工,切實(shí)提高高速公路橋梁的質(zhì)量安全。

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