03.04 河面或者海上的橋墩如何施工?參考這個鋼套箱(沉箱)圍堰施工

說起橋,什麼地方會用到橋?當然是地面基礎沒法通過施工滿足道路工程通行標準的地方,例如凍土啦、沉降厲害的軟地基啦,以及河流或者海上。那麼,為了在滿滿都是水的地方修一座橋,從橋墩開始,我們該怎麼做?

鋼套箱顧名思義是套在永久結構外面的臨時結構,起到圍堰作用。鋼套箱為橋樑基礎及下部構造水上施工作業中常用的一類圍護結構形式,尤其適合於大河流中的深水基礎,能承受較大的水壓,保證基礎全年施工安全度汛。特別是在一些施工條件困難或受水文、地形、地質條件限制而無法採用鋼板樁、築島圍堰等圍護結構的條件下,鋼套箱更顯示出了其優越性。常用的鋼套箱分單壁和雙壁兩種,由於單壁鋼套箱剛度差,一般深水基礎較少採用,實際工程中大部分情況下采用雙壁鋼套箱。

鋼套箱圍堰是一種無底結構,下沉後底部著床或嵌入河床,然後用水下混凝土封底,排水後形成圍堰。

河面或者海上的橋墩如何施工?參考這個鋼套箱(沉箱)圍堰施工

(二)、鋼套箱構造

鋼套箱平面形狀可根據承臺形狀加工成圓形、矩形、也有其他形狀。立面分層,平面分塊。堰壁鋼殼由有加勁肋的內外壁板和多層水平桁架所組成。堰壁底端設刃腳,以利切土下沉。在堰壁內腔,用隔艙板將其對稱地分為若干個密封的隔艙,以利於下沉和排水。

雙壁鋼套箱多采用工廠加工,現場拼裝的方法,為便於運輸和拼裝一般立面分層高度不大於3m,平面分塊長度不大於5m,壁厚0.8~1.5m。節段採用高強螺栓連接,並設置橡膠止水帶用於止水密封。同時分設多個橫向互不通水的隔水倉,以便在下沉過程中根據施工需要分倉對稱灌水。

河面或者海上的橋墩如何施工?參考這個鋼套箱(沉箱)圍堰施工

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(三)、鋼套箱安裝及下沉

1、先樁後堰法施工

此法是先搭設鑽孔平臺進行鑽孔樁施工,鑽孔樁施工結束後,鋼套箱藉助鑽孔平臺拼裝下水。接高樁基鋼護筒作為鋼套箱懸吊系統的承重立柱,在承重立柱上安裝懸吊系統主樑(貝雷梁或型鋼),主樑上安裝橫樑(多為型鋼),橫樑上安裝導鏈或千斤頂。利用鑽孔平臺拼裝首節鋼套箱,並於套箱與鋼護筒之間焊接導向架,以便克服水流衝擊影響,保證下沉位置準確。然後用導鏈或千斤頂將首節套箱提起,拆除套箱下部的鑽孔平臺,下沉鋼套箱入水至自浮狀態,繼續拼裝第二節鋼套箱,然後注水下沉,直至鋼套箱著床。

鋼套箱著床後使用長臂挖掘機、抓鬥或空氣吸泥機繼續下沉至設計高程,清底後在刃腳內外拋填沙袋或片石,然後對鋼套箱進行封底。

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先搭設鑽孔作業平臺鑽孔後下沉鋼套箱施工工藝流程圖

2、先堰後樁法施工

鋼套箱施工

該方法鋼套箱下沉到位後可作為鑽孔樁的施工平臺,能夠降低工程成本,但需要搭設鋼套箱沉放平臺。鋼套箱沉放平臺以鋼管樁為支撐,套箱下沉完畢後拔除內側鋼管樁。鋼管樁下端距水面30cm處焊接牛腿,牛腿上縱向鋪設工字鋼作分配梁,上鋪橫向工字鋼作為套箱的承重梁。鋼管樁上佈置在前、後、左、右四個方向,分上下2 層導向橫撐和滾動軸承,安置位置全部需由測量班精確定位,保證套箱下沉精度。

鋼套箱節段按設計要求在施工場地加工,節段拼焊後進行焊接質量檢驗及水密試驗。完成後用駁船將分節段運至墩位。利用水上浮吊及過渡段上支立汽車吊吊裝節段,在鋼管樁下方的承重樑上分節段拼裝鋼套箱。

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先下沉鋼套箱後搭設鑽孔作業平臺施工工藝流程圖

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下沉平臺上層平面圖

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下沉平臺下層平面圖

在下沉平臺下層拼裝首層鋼套箱,每節連接處必須放置止水條,所有連接螺栓全部擰緊,保證鋼套箱的密封性。

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第一層套鋼箱拼裝完成後,利用鋼管樁平臺上的千斤頂沉放系統下沉。沉放系統由接高的平臺鋼管樁、千斤

頂、扁擔梁及精軋螺紋鋼吊杆組成。

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沉放系統

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鋼套箱下沉步驟:千斤頂起吊鋼套箱,拆除承重梁,利用千斤頂循環操作下沉鋼套箱入水,鋼套箱自浮,拆除起吊梁,固定鋼套箱在鋼管樁牛腿上,拼裝下沉第二層鋼套箱,下沉力不足時,向艙內注水,增加鋼套箱下沉自重。沉至河床時,遇到阻力,注水仍下沉力不足時,可利用長臂挖掘機、抓鬥或吸泥機將鋼套箱刃腳處礫石排出使鋼套箱下沉到設計高程。

在流水中施工,鋼套箱下沉時會受到水平力的作用,在下沉過程中鋼套箱傾斜度及平臺位置要求不超過規範允許值,採用有效的導向、定位設施是必須的。鋼套箱定位系統可利用鋼管樁作為定位樁,安裝導向橫撐和滾動軸承,佈置在前、後、左、右四個方向,分上下2 層,既控制了鋼套箱平面位置,又能控制其傾斜度。鋼套箱定位系統是在露出水面的鋼管樁上對稱焊接兩層導向橫撐,控制套箱斜度。導向橫撐前端安裝滾動軸承,以利下沉滑動。

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鋼套箱入水

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鋼套箱自浮,解除沉放系統

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第二節鋼套箱拼裝

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•插打鑽孔樁鋼護筒

埋設時首先在鋼套箱上對鑽孔樁位進行測量放樣,按規範要求定位安裝導向框架;然後用浮吊配合,將鋼護筒從導向框架內徐徐下放到河床上,再用浮吊、振動錘等設備將鋼護筒打設到設計標高。在該過程中,要用測量儀器進行全程監控,以防鋼護筒偏位、傾斜等,控制值要符合規範要求。

•鋼套箱封底

鑽孔樁鋼護筒全部插打完成後,進行鋼套箱封底施工。為保證封底質量,應將鋼套箱沉放平臺中間的臨時鋼管樁拔除。考慮水深、樁間距、封底面積、承臺底高程等因素經計算確定封底混凝土厚度,封底混凝土為水下混凝土,標號不宜小於C30,使用導管灌注,導管佈設應符合砼流動性要求,並在砼初凝前完成封底施工。 為保證澆注封底混凝土的防水效果,在澆注混凝土前先在側板上開設洞口或澆注時安放水泵抽水,保證箱內外的水位一致,減少鋼套箱內的水壓力,以免影響混凝土質量。

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鋼套箱封底

•鑽孔平臺搭設

考慮到在後期鑽孔樁施工時平臺上需要走行混凝土罐車及吊車等大型機械設備,因此在佈置平臺分配梁時,鋼套箱中間需要佈置鋼管樁,鋼套箱下沉平臺外側鋼管樁不動,直接作為鑽孔平臺。採用工字鋼作為鑽孔樁平臺橫樑及分配梁,橫樑佈設在鋼管樁上,套箱側壁也作為橫樑的支撐。鑽孔平臺不應與鋼護筒連接。

套箱中間增加的鋼管樁,可在封底混凝土施工過程中安裝,為保證封底混凝土質量,鋼管樁下端插入封底混凝土深度不應大於1m。

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鑽孔平臺搭設平面圖

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鋼套箱管樁佈設

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鑽孔中的鑽孔平臺

3、鋼套箱整體吊裝法

多用於先施工鑽孔樁後沉放鋼圍堰的情況,適用於低樁承臺。

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4、鋼套箱浮運法

多用於先沉放鋼圍堰後施工鑽孔樁的情況,適用於低樁承臺

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鋼圍堰現場組拼船舶組合佈置示意圖

河面或者海上的橋墩如何施工?參考這個鋼套箱(沉箱)圍堰施工

首節圍堰浮運入水示意圖

圍堰在拖輪的推動下,浮運輸到墩位現場後,利用兩側導向船上的懸臂吊起吊圍堰,然後退出工作船,下放圍堰入水。

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