主桥承台钢套箱施工方案3.docx

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主桥承台钢套箱施工方案3

11#主墩水中承台施工方案

一、工程概况

沙坡头黄河特大桥位于宁夏回族自治区中卫县常乐镇小湾村西侧，向西穿越腾格里沙漠东南流动沙丘与孟家湾段路线相接，系上海至武威公路中宁至孟家湾段跨越黄河的一座特大桥梁。

桥址区属黄河上、中游，黄河自黑山峡进入该区域，向北急转东流，经下河沿进入冲积平原，属于V级航道。

主河道宽250米，施工常水位H=1241.20m，实测水位H=1241.00m，水深6.0m～7.0m，水位涨落高度1.0m，水流平均速度3m/S。

沙坡头黄河特大桥中心里程K59+020，水中11#墩中黄河中间，墩身高度55.4m，墩身底单柱截面尺寸为8.0×2.0m，采用双柱薄壁空心墩结构形式，墩身中间采用两系梁连接，承台尺寸28.8×13.2×4m（长×宽×高），承台底设计高程H＝1235.00m，

土质为卵石土，河床地质卵石层8m~10m深，其承载力σ=1000~1200Kpa，18根Ф2.0m钻孔灌注桩基础，桩长64m。

根据现场测量得的数据可知：

目前河床标高为1234.10m，比设计承台底低0.90m，但由于钢套箱封底厚度为100cm，加之主桥11#墩桩基估计在12月底才能施工完毕，届时河床标高将会有所升高，所以我施工单位选择钢套箱施工进行施工符合实际，它将优越于其它施工方案。

二、11#承台钢套箱围堰施工

（一）、承台施工工艺流程

套箱主要由三部分组成，即侧板、分隔仓和悬吊支承系统。

桩基施工完毕，拆除阻碍套箱侧板下沉的部分钻孔工作平台，在钢护筒上设置套箱悬吊支承系统，然后分块安装或整体吊装套箱侧板，完成套箱侧板后下沉就位并对套箱进行整体加固。

套箱加固完毕后，进行套箱封底砼和承台施工。

具体步骤见工艺流程图：

图1-111#号墩水中承台施工工艺流程图

（一）

（二）、钢套箱设计

1、套箱顶标高的确定

套箱顶面标高设计考虑施工常水位H=1241.20m，现实测水位H=1241.00m，设计冬季流冰水位H=1241.55m，水深6.0m～7.0m，水位涨落高度1.0m，水流平均速度3m/S，浪高小于0.5m。

由于本套箱需在冬季施工，所以本套箱顶标高可取H=1242.00m，比流冰水位高出0.45m。

2、设计参数及计算结果

①荷载种类

a、套箱自重（包括套箱分隔仓、侧板、支撑定位系统）；

b、新浇封底砼自重（封底砼取1.0m厚）；

c、新浇结构砼自重（包括结构砼浇筑时的施工荷载）；

d、按C=3.0m/s的流速所产生的动水压力；

e、设计水深的静水压力。

②计算工况、荷载组合及计算结果

阶段一

工况：

整体套箱吊装，

荷载组合：

a，

计算内容：

套箱侧板、吊装支撑系统受力计算；

阶段二

工况：

套箱封底抽水前，

荷载组合：

a+d，

计算内容：

套箱侧板、定位系统及加固措施的受力计算；

阶段三

工况：

套箱封底抽水后，

荷载组合：

a+b+c+d+e，

计算内容：

套箱整体稳定性验算；封底砼厚度、套箱支撑体系分析。

（三）、钢套箱施工工艺

1、钢套箱结构形式

套箱由侧板、吊装支撑系统、导向定位系统及分隔仓组成。

套箱侧板：

面板用δ=6mm钢板，贴面加肋采用槽钢［10作为水平向加强肋，间距为40cm，采用槽钢［10作为竖向加强肋，间距为40cm；外面再采用工字钢I16作竖向加强肋，间距为80cm。

采用大块拼装而成，用螺栓连接。

侧板与侧板的连接均用∠100×100×10角钢，侧板设水平与竖向拼接逢。

钢套箱周边尺寸比承台设计尺寸每边加宽10cm，钢套箱底边比承台底低1.5m，顶边高出施工水位1.0m，按设计水深计算，钢套箱的高度为8.5m，因此钢套箱内部尺寸为：

长：

29.0m，宽：

13.4m，高：

8.5m，钢套箱作为承台模板。

钢套箱加工成3节：

最下节设计高度为河床面以上1m，高度为2.5m，相邻节高度为3m，最上节为河床面至施工水位线上1.0m高度，其高度为3.0m。

桥梁下部结构施工完成后，拆除上1节钢套箱，其下2节不再拆除。

吊装支撑系统：

由于钢套箱尺寸大、水又深，为防止水的侧压力对钢套箱产生较大变形，故钢套箱内设水平支撑二层，支撑骨架横桥向为φ500×10mm钢管，顺桥向为φ300×10mm钢管每层支撑横桥向2道，顺桥向5道，支撑相交处采用焊接，并用σ=10mm的钢板进行加固。

吊装支架安设在钢护筒上，采用高为3.0m悬臂长度为1.6m的支架，支架主撑用φ220mm，附着斜撑用φ100mm，主撑顶端安设导向定滑轮。

钢套箱及支撑系统示意图详见图1-2及钢套箱悬吊系统示意图详见图1-4

导向定位系统：

在每节钢套箱的内侧以中心为对称，焊接长度为2.5m的定位钢支撑，钢支撑用φ220mm、I20a、及∠75×75×10组合焊接而成。

施工过程中，应千万注意支撑外侧角钢的垂直性和水平位置的精确性。

为防止钢套箱在下沉过程中因流水过急受到阻碍，可配备2个20T的手拉葫芦进行钢套箱牵引。

钢套箱定位系统示意图详见图1-3

套箱分隔仓：

由于钢套箱尺寸较大，当浇筑封底混凝土，避免导管下部的混凝土形成锥体状，扩散不均匀，封底不严密，所以在套箱底部设混凝土分隔仓，分隔仓为内部平面布设标准尺寸为2.5×2.5m，高1m。

边缘空隙大于2.5m时应增设分隔仓，内部设此尺寸一则满足施工需要，二则避免与桩基础发生冲突。

分隔仓采用δ=10mm钢板焊制而成。

钢套箱分隔仓示意图详见图1-5

2、钢套箱施工

（1）、平台的拆除、恢复与测量准备工作

平台钻孔灌注桩施工完毕，拆除原承台外围的阻碍钢套箱侧模下沉的钢管桩及平台平联部分，保留平台钢套箱中间的部分，再用长臂挖掘机找平承台外围的河床部位，防止在钢套箱下沉到位时，有较大的石头或起伏过大的河床对顶住钢套箱局部而发生倾斜。

部分平台的拆除与测量等准备工作穿插进行。

钢套箱外侧的平台第一跨（最外侧两排钢管桩）应予以保留和补充；同时，剩余平台在桩基钢护筒上口按支架吊点系统要求进行纵横向工字钢连接，将承台点全部转移到钢护筒上。

（2）、钢套箱加工与试拼装

钢套箱在黄河西岸专用加工场地由专业人员进行加工，加工完成后，首先在加工场地内试拼装，检验产品加工质量，如刚度、平整度、接缝错台、接缝严密性、螺栓孔等是否满足要求，如果不满足，必须修整再次试拼装，直到达要求后，方可拆除，分块通过翻斗车运输至水中作业台上。

（3）、钢套箱下设的主要工序

由于受工期限制，主桥水中承台需进行冬季施工，为了减少钢套箱的下沉时间，现将以前钢套箱下沉方案顺序修改为：

拼装侧模的第一节——在侧模内侧焊接导向定位系统——在平台上安设吊点支架——拆除原承台外围的钢管桩及阻碍钢套箱侧模的下沉的平台部分——用长臂挖掘机找平承台外围的河床部位——下沉第一节钢套箱——拼装及下沉第二节侧模——拼装及下沉第三节侧模——拆除平台及拔除平台内的钢护筒——用长臂挖掘机找平承台范围内的河床部位——拼装及下沉分隔仓——水下混凝土封底——边抽水边焊接内圈梁及钢管内支撑——承台施工。

（4）、套箱的安装、定位及加固

由于钢套箱整体重量约145T，考虑到施工方便易控，我施工单位经研究决定，在钢套箱每节距上端50cm处共布设14个主起吊点。

吊装支撑架沿承台四周14个桩基全部布置，14个主起吊点均设在吊装支撑架上，吊装支撑架与加劲钢管斜支撑均采用活动铰连结，铰只考虑承受竖向拉力，吊装时吊索所产生的水平力由吊装支撑架平衡，并且每个支撑杆顶部安装定滑轮。

（5）、钢套箱拼装与下沉

作业平台二次加固与补强完毕，将钢套箱板分块运输至作业平台上，按编号组装，分块分节在平台上拼装。

拼装时采用汽车吊吊模，人工配合组装。

第一，依据设计图，首先安装底节套箱模板，分块用螺栓连结紧密，底节形成封闭的环，上下左右节与节之间的接缝采用橡胶垫连接，保证密封不渗水。

之后焊接混凝土分隔仓，分隔仓可事先加工，在现场组合焊接成整体。

在拼接过程中，可利用钢护筒的牛腿作为临时支撑平台。

第二，钢套箱下沉前，在每节钢套箱的内侧以中心为对称，焊接长度为2.5m的定位钢支撑，钢护筒最外侧按与钢套箱内侧间距设置导向工字钢，防止钢套箱整体下沉时偏位。

然后采用14个手拉葫芦通过定滑轮导向吊装系统将钢套箱吊起，使之离开钻孔平台，拆除防碍其下沉的搭设平台用的木板、工字钢等，然后用手拉葫芦逐渐下沉钢套箱。

在整个下沉过程中，采用14个10T手拉葫芦同步作业，下沉第一节时应对钢套箱四脚点进行精确抄平和定位，从而保证钢套箱垂直下沉。

第三，依据底节的拼装方法，拼接第二节，之后安装第一层内圈梁，内圈梁采用2根I20b型工字钢直接焊接在钢套箱内侧壁上，其作用是将内钢支撑与套箱侧壁联结在一起，避免单根钢管顶在面板上产生应力集中，该工字钢在水平上形成封闭的环状。

依第一节的方法，下沉钢套箱。

第四，依照第二节的方法，拼接第三节钢套箱与第二层内圈梁，下沉钢套箱。

钢套箱着床后，缓慢下放，使之切入覆盖层中，稳定于河床上。

若钢套箱有偏移倾向，在钢套箱顶上加配重使之平衡下沉。

钢套箱稳定后，再在四周钢护筒的外侧壁准确加以固定，拆除钢套内侧所有平台（钢护筒吊点支架系统不拆除）和采用汽车吊吊振动锤振动拔除钻孔平台钢管桩，再用长臂挖掘机将河床内的大卵石清除，当下沉至离设计底面标高还有50cm时，用长挖机进行四周进行清底，待钢套箱缓慢下沉到设计标高后，对钢套箱切入土层的情况进行检查，保证切入土层充分，必要时，需要派潜水员下水检查。

经检查合格然后，即可进行水下混凝土封底。

3、分隔仓与钢管内支撑的安装

由于在钢套箱外侧模下沉过程中，考虑到二次搭设平台周期时间长，而主桥承台施工可能要在12月底至元月份，属于冬季施工。

为缩短工期，加快施工进度，所以分隔仓与钢管内支撑均在钢套箱整体侧模下沉到位后将中间施工平台及钢管桩全部拆除后再进行安装。

具体做法是在钢套箱整体侧模下沉到位后，将河床初步平整，可在钢套箱内外侧抛填小片石或卵石进行填平，然后再搭设临时轻型分隔仓拼装平台。

由于整体分隔仓较轻，重量不到2T，所以将吊点转移至的套箱侧模上，通过扁担梁整体吊起，拆除临时平台再进行下沉分隔仓。

分隔仓下沉到位后，再进行混凝土的封底。

当封底砼强度达到设计强度后，边抽水边在已焊接好的内圈梁上焊钢管内支撑。

（四）、混凝土封底

封底混凝土拟采用100cm厚。

1、施工方法

方法一：

采用分隔仓法。

导管的平面布置：

导管数量及在平面上，以每个分隔仓为单位布设，能使各导管有效半径互相衔接。

导管的立面布置：

在围堰顶搭设灌注支架，以悬挂漏斗及导管。

支架顶部设置灌注平台，平台上搭设有储存混凝土的料槽。

灌注顺序：

灌注从一端开始，分仓逐个进行，拔出导管向后周转用。

灌注结束：

一个导管灌注高度已达设计标高，该导管灌注工作即告结束。

清理基底：

封底混凝土施工完成后，进行抽水，清理封底混凝土表面的浮浆凿平。

方法二：

采用不下分隔仓法。

此法施工难度较大，封底效果不佳，但能减少下设分隔仓这道工序，缩短工期。

本法主要采用泵送混凝土法多点快速灌注，整个封底利用3排（每排4根）12根导管，根据计算首盘混凝土方量，加工大型储料斗，按水下混凝土灌注方法进行封底。

根据现场实际情况，为方便施工，混凝土灌注采用从下游端开始依次倒移向上游前进施工。

整体要求：

在灌注混凝土过程中，要连续、多点、由下游向上游快速浇筑。

混凝土的塌落度控制在18～20cm，必要时，可掺加粉煤灰或高效缓凝剂，以提高混凝土的流动性、延长混凝土的初凝时间。

为保证封底混凝土与钢护筒壁间的粘结力，在封底前，用特制的钢丝刷将封底混凝土范围的钢护筒外壁表面附着物清除干净。

2、浇筑封底砼

套箱安装完成后，为安全起见，尽快实施封底砼的浇筑工作。

我部拟同时投入两台拌合站浇筑封底砼，拌合站的拌合能力为100m3/h，封底砼厚度为1m，封底砼方量约为410m3，因此两台拌和站的拌和能力可以满足砼干浇要求。

封底砼采用C30早强砼，砼在浇筑过程中，须严格控制砼各点的分布厚度，确保封底砼的质量。

在砼封底过程中，为了避免水位压力差破坏尚未达到强度的封底砼，在河水面以上5~10cm处的套箱壁割除直径为20cm孔洞，从而保证套箱内水位与黄河水相平，并要求两天后及时将其孔洞进行堵焊；或用一台水泵根据水位差值进行跟班抽水。

（五）、钢护筒切割、封底砼整平及桩顶处理

当封底砼强度达到设计强度，先抽干堰内积水，并注意边抽水边加内支撑，后即可用氧炔焰割除钢护筒，同时将封底砼及钢套箱内壁的泥浆沉淀用淡水冲洗干净，并停止抽水，在隔水条件下进行钢护筒切割处理，钢护筒切割标高为1235.17m。

由于封底砼是按干处浇筑方式进行的，因此，封底砼表面高差起伏不大，可按设计标高，进行人工凿除整平砼。

若封底砼产生微小渗漏时采用水玻璃补漏。

桩头破除前须将钢筋剥除，然后采用风镐人工破除桩头达到设计标高，同时要求达到砼新鲜面。

三、承台钢筋及砼施工

（一）、承台钢筋加工制作

钢筋采用陆地钢筋棚加工成半成品，现场绑扎安装的方法施工；承台钢筋按砼浇筑工艺两次绑扎到位。

第一次承台底层钢筋、架立钢筋和墩身预埋筋，第二次（第二层砼浇筑前）绑扎承台顶层钢筋和墩座预埋筋骨。

为施工方便，墩身及墩座预埋筋在承台内不设接头，所有接头可安排在墩座内错头。

由于承台钢筋用量大、面积大、层数多，需设必要的架立钢筋和劲性钢支撑。

承台内的墩身、墩座预埋筋的固定可单独设置劲性定位骨架。

在钢筋安装过程中桩基锚固筋与承台钢筋的位置冲突时，采用适当调整桩基锚筋的方式解决。

（二）、冷却循环水系统安装

为降低承台砼的水化热，在承台内需要设置冷却水管，冷却管安装按设计图纸要求随钢筋逐层同步进行，承台内共设三层冷却管，第一次钢筋绑扎时在承台内设一层冷却管，第二次钢筋绑扎时在承台内设两层冷却管。

冷却管应与特制劲性骨架和架立钢筋固定成整体，并在浇筑承台前按要求预埋测温点（承台四周及中间部位均应埋设），冷却管进水口用钢板临时封堵焊固，出水口用软胶管引至套箱外用铁丝扎紧上口，使用时打开，保证冷却管循环水的畅通。

（三）、预埋件设置

承台内的预埋件主要包括塔吊安装所需的预埋件、墩身施工所需预埋件、0#块和1#块支架预压所需预埋钢板等。

所有预埋件均应根据其设计位置，钢筋绑扎的同时，砼浇筑前进行准确预埋。

预埋件施工时，均设置安装定位框，若定位框与承台钢筋“打架”时，适当调整承台钢筋，以保证预埋构件的位置准确，要求所有预埋件都作深埋处理，使用时剥开表层砼，并进行防腐处理。

（四）、大体积砼浇筑

1、大体积砼原材料要求

承台大体积砼采用硅酸盐42.5R水泥，其性能指标应符合（GB175-1999）的要求。

细骨料采用颗粒竖硬、级配良好、粒径小于5mm的天然洁净河砂，细度模数为2.3~2.9，含泥量小于2%，泥块含量小于0.5%。

粗骨料由质地坚硬、粒径范围宜在5~25mm符合连续级配要求的碎石或砾石组成，氯离子含量小于0.03%。

使用时必须用淡水冲洗，含泥量控制在不大于0.5%。

不得采用可能发生碱骨料反应的活性骨料。

在配制高性能砼时，宜适当掺加优质掺合料，掺合料质量要求稳定，并附有品质的性能参数及商品质检证书。

砼外加剂应根据需求选用，并符合“砼外加剂”（GB8076，JC473）的有关规定，所有外加剂中氯离子含量不宜大于水泥质量的0.02%。

拌和用水的氯离子含量不宜大于200mg/L。

2、砼拌制与入模

砼初凝时间不小于15小时，塌落度控制在8～18cm。

砼养护和冷却循环水24小时监控，监控期限以大体积砼体内外温差稳定温度不大于25°C为止。

承台砼浇筑采用2台砼输送泵泵送入模。

浇筑砼垂直距离大于2m时均采用串筒输送。

3、砼摊铺与振捣

承台砼浇筑时，水平分层进行，每层浇筑厚度控制在30cm左右。

采用φ70mm插入式振动棒振捣密实。

振动器移动间距不应超过振动器作用半径的1.5倍；与侧模应保持5～10cm距离；插入下层混凝土5～10cm。

对每一振动部位，必须振动到该部位混凝土密实为止。

混凝土的浇筑应连续进行，如因故必须间断时，其间断时间应小于前层混凝土的初凝时间或能重塑的时间。

（五）、大体积砼施工采取的温控措施

1、降低水泥水化热。

水泥水化热温升主要取决于水泥品种，水泥用量及散热速度等因素，因此施工中选用水化热较低的硅酸盐水泥。

同时为减少混凝土配合比中的水泥用量，在确保混凝土强度及坍落度条件下，考虑掺和粉煤灰等掺合料及外加剂，从而减少混凝土配合比中的水泥用量，降低混凝土的水化热温升，控制最终水化热。

2、控制混凝土的浇筑温度。

浇筑温度是指混凝土经拌和，运输至模板内的温度，浇筑温度控制在20℃左右。

降低混凝土的浇筑温度的措施一是尽量采取夜间浇筑，二是对混凝土原材料进行预冷降温。

3、埋置水平冷却管。

即在混凝土浇筑前预先埋入冷却管，利用管内的冷水带走混凝土内部的部分热量，从而降低混凝土内部的最高温度。

为检验施工质量和温控效果，在承台水平轴线附近同一竖直断面各层中埋设温度传感器，布设温度测点，进行24小时温度监测。

当发现进出水口温差过大或过小，或者水温与混凝土内部温度的差值超过20℃时，应及时调整水温或流量，防止水管周围因较大的温度应力而产生裂缝。

4、蓄热洒水法养生

砼的养护采用“内散外蓄”的办法，将砼内外温差控制在200C以内，因此从砼浇筑起至通水结束时间内派专人负责每隔2小时测量砼内部温度，并对测量记录及时分析。

在承台混凝土的施工过程中，可以在沉井或钢套箱的顶部作业平台上用篷布进行覆盖，在混凝土浇筑完毕，在其承台上部的平台上均匀布置8个煤炉进行蓄热保温养护，其它如洒水、通风、测温、冷却管等施工严格按设计图纸和冬季混凝土的一般规定执行。

砼浇筑完毕待终凝后，同样布置8个煤炉进行蓄热保温养护并在上表面用淡水蓄水养护，蓄水深度应在30cm以上，以推迟砼表面水分的迅速散失，控制砼表面温度与内部中心温度及与外界气温的差值，防止砼表面开裂。

四、拆除钢套箱

当砼强度达到设计强度的75%左右，可安排拆除钢套箱。

钢套箱按加工时的分块逐一拆除，套箱底兰不用拆除，但须对其修割平整。