长沙湘府路湘江大桥深水基础承台钢围堰施工技术背景分析全套资料Word格式文档下载.docx
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三室截面连续箱梁,支点处梁高7m,跨中和边墩处
梁高3m，采用三向预应力体系.
修建任何一座跨河大桥,关键在于水下基础施工,尤其是水下地质条件复杂的跨河大桥.湘府路湘江大桥共有9个主桥墩,其中6个水中桥墩.即便是枯水季节，湘江水深也还有好几米，6个主桥墩桩基深60~80m，最深的8O多m，无法展开桥墩以下的桩基施工,建桩基时需借助钢围堰施工。
钢围堰高达21m，相当于普通楼房7层楼高，要分3节才能沉到江底以下.
1难点分析
当前，中国正处于高速公路建设快速发展时期，一
大批跨江，跨河，跨海的大跨径桥梁得以修建。
深水基础承台是这类大型项目的控制性工程，受自然条件和技术原因的影响,施工往往不易控制,严重影响其施工进度.研究深水基础承台钢围堰施工技术是这类桥梁施工成败的关键.
自武汉长江大桥首次采用钢板桩修建桥梁深水基础承台成功以来，钢板桩在2O世纪五六十年代中国桥梁深水基础修建中得到广泛应用。
但采用钢板桩在长江上修建深水基础,受水位控制,施工周期长.为此,中国在2O世纪7O年代修建九江长江大桥时首创双壁钢围堰,在简化施工工序，缩短工期方面有了新的突破。
目前，中国公路桥梁深水基础施工中,钢围堰与钢板桩成为2种主要的挡水结构和施工方法.
由于钢围堰,钢板桩等是临时的挡水结构物,一般由施工单位自行设计,加工,下放等，在施工过程中容易出现结构不合理，工程事故时有发生等情况。
挡水结构物常见的事故主要有：
（1）结构强度,稳定性不够,在洪水季节时易出现失稳现象,即工程界所谓的”包饺子"
，引起财产损失和进度滞后,阻碍工程的顺利进行。
（2）止水效果较差，施工过程中必须花大量人力，物力进行水下封堵。
（3）结构设计欠合理,在施工过程中要对结构进行多次调整，甚至对结构体系进行改造.这些都会严重阻碍施工进程,给施工单位造成不小的影响.
2解决方法
钢围堰一般为双壁型，在水深较浅时也可采用单壁结构形式,其平面形状有圆形,矩形和异形等.施工过程中，一些关键工艺对结构影响较大。
1）对接控制。
为方便施工,常常将围堰在长度方向分成若干节,每节在水平方向又分为若干个互不连通的独立隔舱。
首节围堰的下水方法,一般采用在近岸15O
公路与汽运Highways&
amp；
AutomotiveApplications第6期2021年l1月
处浮式拼装平台上组拼首节围堰，然后用大型起重船将其吊运至墩位处的导向船组中将其放入水，或在岸边组拼好首节围堰,以简易滑道下水自浮,再牵引送入导向船组中。
其余各节的下水接高，一般采用大型起重船将在浮式拼装平台上组拼好的分节整体吊运至墩位，与已入水自浮的下节围堰对接的方法.采用该种方法实行对接需要大型起重机械,位置控制要求较高,施工时不易控制.钢板桩多采用矩形截面，施工时一般是采用大型打桩船按一定顺
序进行打插,接头的顺利打插比较难控制.2）封底（有底套箱的无此问题）。
封底的质量直接关系到承台施工的成败.往往大型深水围堰的围护面积达千余平方米,封底厚达几米甚至近十米,封底所用砼可达数千方.施工中经常出现封底砼标高不准,厚度不均，抽水时易出现穿孔或击穿等问题。
因此，深水基础承台施工的工艺研究对施工有重要影响.钢围堰，钢板桩的设计计算目前主要有2种方法,即简化计算方法和基于有限元的计算方法。
1）简化计算方法是将整体结构的某个构件和局部提取出来，引入适当的简化模型和边界条件，不考虑结构的互相作用来进行分析,为安全起见,往往会选择一种受力最不利情况进行分析.基于这样的设计思想,计算中往往会夸大荷载效应,设计出抗力更强的结构，未能充分发挥材料的力学性能，容易造成浪费.2）基于有限元的计算中,钢围堰，钢板桩的构件较多,连接方式多种多样,要求计算人员对结构受力有清楚的认识，能合理地离散结构，如结构中的杆件与板件的偏心连接，节点处多根杆件中心线未相交于一点等，需合理选取计算模型，否则会出现局部应力过大而使计算失真。
钢围堰,钢板桩结构设计计算中还必须考虑施工过程,尤其是钢板桩结构,其施工方法不同,结构的受力差别很大。
因此，对于钢板桩,目前的设计计算都要求考虑施工过程中的变位影响,否则会低估钢板桩的应力水平而高估内支撑的应力水平,造成钢板桩设计不安全，内支撑设计又有浪费.在钢围堰，钢板桩结构的设计分析中,目前普遍都没有考虑水流力，波浪荷载及风荷载等随机分布
的动力荷载，而实际上这些结构是在静力和动力荷载共同作用下工作的.因此，为保证钢围堰，钢板桩在施工期间的可靠性,可对其进行动力特性分析,主要是进行模态分析及结构在水流力，波浪力,风荷载作用下的动力响应分析。
在钢围堰,钢板桩结构的设计分析中，目前稳定分析大都采用基于有限元的第一类稳定分析方法,即特征值分析.实际结构中稳定系数究竟应达到多少才能确保安全,目前看法不，,通常认为达到4以上就可以，但许多结构特征系数达到8以上仍出现事故。
可见，特征值分析方法不能确保结构稳定与安全,合理的分析应按照极值点失衡理论,采用弹塑性分析方法才真正可行.
3实例成果
由于中国近2O年修建了大量的跨江，跨湖，跨海大桥，钢围堰,钢板桩等在工程中得到广泛应用,取得了巨大成就.
湖南路桥建设集团公司联合中交公路规划设计院等单位对南京长江第三大桥南塔大型深水基础设计，施工技术进行专题研究和科技攻关,首次提出并采用钢护筒,钢套箱组合刚构钻孔桩施工平台体系进行深水基础施工，形成了”桥梁特大型深水基础设计施工新技术”研究成果，在桥梁深水基础施工方面探索出了一套全新的施工理念和技术.2006年,该项科技成果获湖南省科技进步一等奖。
中铁十二局集团四公司在世界上第一座按四线铁路修建的双塔三索面三主桁公铁两用斜拉桥,当今世界同类型大桥中拥有”跨度,速度,荷载,宽度"
四项第一的天心洲公铁两用长江大桥施工过程中，
采用创世界纪录的最大浮体钢围堰技术和巨型双壁钢围堰定位新技术，实现3200m。
巨型围堰水中定位精确控制在5cm以内。
根据长江水位变化的带载升降施工技术获得国家发明专利,促进了深水基础施工技术的发展.
中交二航局第二工程通过对忠县长江大桥浅覆盖层和无覆盖层深水基础施工进行研究,提出采用双壁自浮式钢围堰进行桩基和承台施工，这是长江上游已建成和在建桥梁中直径最大的钢围堰;
提出的采用浮式平台进行桩基钻孔并结合钢吊箱进行承台施工的工艺,是深水基础施工领域内的一
项创新.
铁道部大桥局以九江长江大桥为工程背景，首
，创造了在长江创中国"
双壁钢围堰钻孔基础"
方案
上仅用一年甚至更短的时间便可建成一座大型深水基础的纪录,形成的”九江长江大桥双壁钢围堰大直径钻孔深水基础的设计与施工”技术在中国大型桥梁中得到广泛应用,带来了巨大的社会,经济效益,总第147期
Highways&
amp;
AutomotiveApplications151
该成果1994年获铁道部科技进步一等奖.湖南路桥建设集团公司先后在铜陵长江公路大桥,南京长江二桥,荆州长江公路大桥,岳阳洞庭湖大桥三塔斜拉桥主桥等工程中采用深水基础施工方法,取得了巨大成就,体现了湖南路桥建设集团公司在深水基础施工领域的工程技术和创新思维。
苏通长江公路大桥深水桩基础施工中,先后进
行了基础旌工方案比选，施工组织与准备，深水桩施工平台的形成，深水钻孔灌注桩施工，承台钢吊箱施工，深水高桩承台砼施工，信息化施工,南塔基础施工等关键施工技术的研究，集中解决了超大深水群桩基础的技术难题。
长沙理工大学利用Ansys和Midas对广州新化快速路D2标管洲河大桥施工中采用的钢板桩结构,D4标新造珠江大桥所采用的钢围堰结构进行结构设计复核，提出了设计修改意见并被采用;
提出了施工监测方案并对施工过程进行了监控,确保了施工的顺利进行.
所有这些工程项目的实施为解决深水基础承台施工难题，促进深水基础施工技术的发展做出了重要贡献.但是由于项目的工程背景不同,施工单位出于技术保密的考虑，这些重大工程的科技成果较少公开，使得同类型桥梁施工得不到参考，阻碍了科技交流与发展.
该文对深水基础承台钢围堰施工技术背景进行分析，旨在为长沙湘府路湘江大桥深水基础承台钢围堰施工方进行设计决策提供参考。
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收稿日期:
2021—09——29
Nht目录
大体积混凝土承台施工方案
1、工程概况
新建沪昆客专杭长湖南段II标段长沙南西联络线特大桥和长沙西北上行联络线特大桥分别在第37孔和第43孔处以转体斜拉桥的方式跨域武广客运专线.
长沙南西联络线特大桥起讫里程为SWDK000+580。
426～SWDK002+380.291，全桥长1799.865米，孔跨布置为：
8—32m+2-24+1—32+1—24m+24—32m简支T梁+（1—112m+1—80m+1—32m）斜拉桥+5-32m+1—24m简支T梁+（5-24）连续梁+3—32m简支T梁，斜拉桥主墩为第37号墩。
长沙西北上行联络线特大桥起讫里程为NSDK000+756。
790~NSDK002+849.735，全桥长2092.945米，孔跨布置为15-32+1—24+24-32+1-（30+80+112）斜拉桥+17-32米简支T梁,斜拉桥主墩为第42号墩。
主墩承台为圆形，直径21米，高6。
5米，其中上承台高3米，下承台高3.5米。
2、投入的主要人员及机械设备
为确保主墩承台施工的顺利进行，项目部拟投入的主要人员见表2.1;
主要机械设备见表2。
2。
表2。
1拟投入主墩承台施工的主要人员
序号
工种
人数
工作内容
1
队长
负责施工的全面协调工作
2
副队长
负责现场施工指挥工作
3
技术员
全面负责施工的技术工作
4
钢筋工
20
负责钢筋加工与安装
5
模板工
负责模板的打磨、安装及校正
6
混凝土工
51
负责混凝土的浇筑
7
电焊工
16
负责钢筋的焊接，模板加固筋的焊接
8
电工
负责施工过程中各种线路的安装与布设
2拟投入主墩承台施工的主要机械设备
机械
名称
规格
型号
额定功率（KW）
或容量（m3）
或吨位（t）
厂牌
数量（台）
备注
小
计
其中
拥
有
新
购
租
赁
混凝土拌和站
HZS150
150m3/h
山东建友
√
混凝土运输车
ZZ1257N3247C
8m3
山东建友
混凝土泵车
HBQ125C
125m3/h
中联重科
其中1台备用
汽车吊
QY25
25T
中联重科
钢筋切割机
GQ—40
太原
钢筋调直机
GT4/14
弯筋机
GW40
电焊机
BX-500
3KW
上海
插入式振捣棒
北京
15
其中5台备用
发电机
200KW
上海
备用电源
3、大体积混凝土承台施工工艺
长沙南西联络线特大桥和长沙西北上行联络线特大桥转体斜拉桥主塔墩承台尺寸为：
直径21米，高6.5米，其中上承台高3米，下承台高3。
5米。
下承台混凝土方量为1212.3m3，混凝土强度等级为C35.
本桥所处环境为，距地面1。
5m以上的墩台及梁部为碳化环境,T2等级，距地面1。
5m以下的墩台及基础为化学侵蚀环境，H1等级。
在施工时需严格控制混凝土裂缝的产生,不允许出现贯穿性温差裂缝，尽量减少混凝土干缩裂缝，确保承台混凝土的整体性。
承台施工工艺流程图见图3。
1。
钢筋冷却管及测温元件安装
封底砼施工
桩头凿除
模板安装
混凝土浇筑
混凝土养护
基坑回填
全过程对基坑支护进行监测
测温
冷却降温
图3。
1承台施工工艺流程图
3。
1封底混凝土施工
待基坑挖至基底后，立即对基坑进行封底混凝土施工，长沙南西联络线特大桥37＃墩封底混凝土厚度为0。
2cm,长沙西北上行联络线特大桥42#墩封底混凝土厚度为10cm；
封底混凝土采用C20混凝土，在封底时,要加强与支护相结合处混凝土的处理，结合处做到密实，不出现涌水、涌泥现象。
混凝土采用拌和站集中拌和，砼运输车运至施工现场，混凝土泵车入基坑。
施工过程中严格控制好混凝土顶面标高及平整度，混凝土浇筑前利用水准仪在基坑内布设一定数量的标高点，根据标高点用线绳按5mX5m布设网格线，通过线绳控制封底砼顶面标高，并及时进行收光抹面。
整个基坑进行全封底。
3.2桩头凿除
封底混凝土施工完成并具有一定强度后,立即组织充足的人员设备进行桩头凿除，尽量缩短桩头凿除的施工时间，为下道工序争取更多的施工时间。
桩头凿除时，要控制好标高,桩头应伸入承台10cm，首先利用红油漆在桩头上做出明显的标记，在凿除剩余10cm时，改用人工凿除,以免机械作业对桩头造成破坏，影响桩基质量。
桩头凿除结束后，立即对桩基的偏位情况进行检测，并提前通知检测单位对桩基的成桩质量进行检测，待检测合格后进行承台钢筋的施工.
3承台钢筋及冷却管的加工与安装
3.3.1承台钢筋及冷却管的安装
加工好的半成品利用炮车运至施工现场，并在下部临时垫方木存放。
钢筋安装的原则为先安装主筋，后安装箍筋.
（1）、在钢筋安装前，由测量班放线确定承台的轮廓线，并利用钢尺对测量放样进行复核，确保无误；
（2）、根据测量班的施工放样，用墨线弹出承台轮廓线，并根据图纸尺寸将承台底部主筋位置用墨线标识在封底混凝土上；
（3）、根据封底混凝土面上标识的墨线，安放承台底部主筋,要求位置准确，同一截面内钢筋接头数量不得超过总数量的50%；
（4）、搭设钢管架：
利用钢管搭设钢管架，要求钢管架牢固，在钢管架上布设一定数量的水平钢管，并根据承台钢筋的分部，控制好相应的标高；
在搭设钢管时注意对承台底部钢筋的保护；
（5）、钢管架完成后，进行承台其它部位的水平主筋安装，将水平主筋按图纸间距安放在水平钢管上；
（6）、按计算好的位置安装冷却钢管,每1m用φ8钢筋安装一道加固筋固定在承台钢筋上，要求加固牢靠;
（7）、安装承台竖向钢筋及箍筋，严格按照图纸尺寸进行,边安装边与承台主筋之间进行绑扎,绑扎要求进行全绑扎以确保钢筋骨架的整体性；
同时在承台顶面预留2—4个过人孔。
（8）、在箍筋安装的过程中，边安装边对钢管进行拆除，箍筋安装完成,水平钢管拆除完成,承台钢筋形成一个完整的骨架；
（9）、在承台钢筋安装完成后,混凝土浇筑前要预埋好墩柱钢筋；
为保证墩柱预埋筋的稳定性,利用钢管架对其进行临时支撑。
（10）、钢筋施工时，根据图纸进行预埋件的预埋。
2冷却管尺寸及布设的确定
冷却水管采用外径48mm，壁厚3。
5mm的钢管，采用丝扣接头连接缠绕止水带，水平布置于混凝土不同层面内，层间距1米，共三层.安装时要确保位置准确、固定牢靠。
施工时注意保护，以免践踏、碰撞而损坏冷却水管。
冷却管布置见图3.2。
图3.2南西联络线、西北上行联络线斜拉桥主墩下承台冷却管布置图
3.3测温元件的布设
南西联络线、西北上行联络线斜拉桥主墩下承台分别布设8个测温区（编号分别为A～I），每个测温区沿承台厚度方向布设7个测温点,具体布设见图3。
4.
图3.4南西联络线、西北上行联络线斜拉桥主墩下承台测温元件布设图
3.4承台模板安装
承台钢筋安装完成后，进行承台垂直面模板的安装。
（1）、垂直面模板使用6015组合钢模板，在安装前需对模板进行打磨，首先利用打磨机将模板表面的浮锈打磨干净,并用干布擦干净；
模板打磨干净的标准是,用手指在模板上拂过后不在手指上留有明显的污迹.
（2）、模板打磨合格后，涂刷性能好的脱模剂，进行模板的安装。
人工将模板抬入基坑内，然后进行安装；
模板安装好后，检查轴线、高程符合设计要求后加固。
模板的加固采用内拉外撑的原则进行，拉筋采用φ12钢筋，按每80cm一层,同一层中相邻拉筋间距为80cm布设;
外撑利用钢管及方木进行,在相邻拉筋中间等间距布设两道外支撑.安装好的模板要求加固牢靠，线形顺直，顺直度及垂直度满足施工规范的要求，保证模板在灌注混凝土过程中受力后不变形、不移位；
（3）、为满足钢筋保护层的要求，钢筋骨架绑扎适量的混凝土垫块，以保持
钢筋在模板中的准确位置和保护层厚度。
5混凝土施工
3.5。
1混凝土原材料的选用
为降低混凝土的水化热，提高混凝土性能,控制混凝土温差裂缝及干缩裂缝，需严格控制混凝土原材料的选用。
1选择合适的水泥、严格控制水泥用量
根据《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》及设计图纸要求,为了改善混凝土的大体积稳定性和抗裂性能，要求水泥厂生产的水泥C3A含量不超过8％，水泥细度（比表面积）不超过350m2/Kg，游离氧化钙不超过1。
0％，C2S含量相对较高而水化热较低的硅酸盐水泥,混凝土中的总碱含量不超过3Kg/m3。
根据以上指标，现场选用水泥为益阳东方水泥厂生产的盾牌P·
O42.5水泥。
1水泥的各项物理指标
P.042.5普通硅酸盐水泥
产地
益阳东方
标准稠度（％）
/
安定性
细度（％）
碱含量（％）
0。
38
初凝时间
2小时56分
终凝时间
3小时36分
抗折强度Mpa（28d）
9.3
抗压强度Mpa（28d）
57。
3.5.1。
2掺合料的质量控制
本工程采用优质粉煤灰作为掺合料，其质量经检验符合现行相关国家标准和行业标准的规定.
表3。
2粉煤灰的各项物理指标
粉煤灰
烧失量%
3.2
湖南银源
细度（45μm配筛筛余％）
8.9
So3含量％
0.49
需水比％
93
5。
3拌和用砂的选用
选用湖南添源中砂，该砂经检验为细骨料,坚固性试验的失重率为2％，小于规范要求的5％。
表3.3砂的各项物理指标
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