武汉军山长江大桥深水钢护筒定位

张先武

摘要:主要介绍一种在良好的地质条件下深水水下大直径钢护筒精确定位技术。

关键词:武汉军山长江大桥? 深水钢护筒? 精确定位

l、工程概况

桥梁基本概况:国家级重点工程武汉军山长江公路大桥主桥为48+204+460+204+48m五跨连续双塔双索面钢箱梁斜拉桥,全长964m,主桥的主5#、主6#墩基础为索塔基础,索塔基础采用内径30m,外径33m双壁钢围堰配以19根Φ2.5m钻孔灌注桩复合式基础。

5#墩地质概况:主5#墩位于长江左侧河床(长江北岸),其河床表层为松散状粉砂层,局部地段底部夹少量砾卵石,厚约0.751.3m;下伏基岩为粉砂质泥岩,岩面平缓,岩性完整无不良地质现象。

平均水位概况:

月份

最高水位(m)

16.35

17.39

20.26

20.52

21.22

最低水位(m)

8.61

8.34

9.22

10.54

12.89

平均水位(m)

12.30

12.33

13.58

16.07

18.97

工期安排(业主方要求):

1998.12.31

开工

1999.01.15

首节钢围堰入水

1999.01.31

次节钢围堰接高

1999.02.01

第三节钢围堰接高

1999.02.15

第四节钢围堰接高

1999.03.15

钢护筒及工作平台安装

1999.03.31

钢围堰封底

1999.05.10

第一战役的四根渡洪完成

基本设计要求:钻孔桩中心位置允许偏差不大干25mm,孔径不小于设计桩径,倾斜度不大于桩长l/100;群桩基础在承台底面处的群桩重心偏差不得大于50mm。

2、护筒定位总体设计方案

根据现场实际的钻探资料和设计图纸提供的地址资料、施工中业主的工期要求,我们提出常规的护筒施工和深水水下钢护筒施工两种方法。由以上两种方案做比较来看,常规的护筒施工难以预期完成工程施工任务,它一方面钢材用量大,加工量大,一次性投入资金周转性差;另一方面钢护筒与河床接触的固定处理量需要大量的潜水工完成,工期与资金使用要求难以保证。而深水水下钢护筒施工方案中钢护筒的加工量和施工工作量均优于常规的护筒施工方案,但深水水下钢护筒施工方案中钢护筒的定位必须达到设计要求,这就是我们解决的难点。为了减少施工难度同时保证施工工期要求,我们采用四根渡洪桩做成常规的钢护筒,并依此作为其它钢护筒定位架的导向桩,再利用定位架作为其它钢护筒的导向装置,另一方面为节省钢材用量仅保证浇灌封底砼要求使钢护筒顶面高出封底砼顶面0.5-1m;方案中的其余钢护筒的相对位置全部在钢护筒定位架上实现,并能依据此钢护筒定位架实现整体吊装,同时钢护筒的准确位置也在钢护筒定位架上完成。为此方案必须满足以下要求:

①首先必须满足成桩中心位置允许偏差,倾斜度要求;

②满足工期需要,按照军山大桥总工期要求(钢护筒定位架从设计、加工、运输、拼装、下放及精确定位只有三十天时间)。

③鉴于本工程施工的特点,我单位目前实际情况,仅有的50t浮吊大型起吊设备可以利用。

④钢护筒定位必须安全可靠,满足《施工安全技术规范》的要求。

下面对两种方案做比较:

比较项目

常规的护筒施工

深水水下钢护筒施工

备注

施工平台顶标高

顶面标高+30m

顶面标高+30m

充分利用材料性能

施工平台选材

万能杆件

万能杆件及六四军梁

钢护筒加工长度

单根长平均35m

单根长9m(其中4根长35m)

节省钢材用量及加工时间

钢护筒加工吨位

279t

115t

钢护筒拼装

需要定位架(在施工平台上)

钢围堰内设置大型整体定位架

全部转为工厂化施工

钢护筒拼装工期

59天(经验估计)

6天(实际施工时间)

节省53天

钢护筒拼装设备

浮吊及卷扬机

浮吊及卷扬机

充分利用设备

钢护筒定位

施工平台上完成

整体定位架上完成(难度大)

减少现场工作

钻孔定位

施工平台上完成

施工平台上完成

?

地质条件

基岩强度高,自然裸露,表面覆盖松散状粉砂层

设计情况

钢围堰刃脚入河床基岩50cm,先行浇筑6m厚的封底混凝土再进行钻孔施工

说明

?

采用

?

3、定位结构安排与加工技术参数

①主体结构布置:

5#墩基础为19根Φ2.5m的钻孔灌注桩,钻孔灌注桩呈正六边形布置。根据这种结构在空间上的对称情况,为保证加工的标准化,定位架也采用正六边形空间桁架结构。根据受力计算分析定位架的高度确定为3m,保证吊装时整个钢护筒随定位架整体吊装下放其变形在允许范围之内;水平面预留出比钢护筒大50mm的孔洞确保证钻孔灌注桩倾斜度不大1%的需要,同时要确保钻孔灌注桩中心位置精确定位。

钢护筒定位架拼装技术参数

a、钢护筒定位架的整体尺寸:拼装平面偏差小于10mm,立面垂直度不大于允许偏差0.5%,平面高差小于20mm。

b、先在拼装船按钻孔桩位置放样,且应根据温差等外界环境和焊接变形等因素的影响采取相应的调整措施。

c、拼装完毕后,按钢护筒定位架中心位置检查定位架预留钢护筒的中心是否在允许偏差范围内。

③钢护筒加工技术参数

a、同一断面的椭圆度控制在1%以内;

b、分段接高轴线偏差控制在0.5%以内;

c、运输过程中必须设置托架,防止运输中产生过大的变形。限位装置及技术参数:

根据钢围堰的施工要求其着床后整体偏移不大于30cm要求(规范上的要求),但施工图设计中仅考虑钢围堰的垂直倾斜度控制在1%以内,因为钢围堰在下沉中难免产生偏离中心的偏差(包括各种施工因素影响造成的偏差),为了精确调整钻孔灌注柱中心位置必须限位装置。在整个定位架结构上共设置4道限位装置,分别布置上下游和桥轴线两个方向上。根据实际需要,限位架装置又可分为粗调装置和微调装置。粗调装置设置在定位钢护筒位置处,采用滑道型钢,精度为50mm;微调装置设置在定位架的上下游和桥轴线两个方向上,采用钢楔块和顶升箱形支撑结构,精度为5mm。

4、钢护筒定位施工

4.1施工过程

首先将钢护筒定位架拼装成一个整体,检查合格后,用50T浮吊把导向架整体吊入钢围堰内,临固定在围堰上口,然后拼装钻孔工作平台,再利用全站仪调整护筒定位架平面及高差,调整完成后转换到钻孔工作平台上的吊点上,接着由浮吊先后把四根35m的护筒依次吊入已精确定出平面位置的导向架并垂直接高、下放到岩面固定,最后杷定位架和15根护筒缓慢下放至预定标高(距离河床底面50cm),由潜水工用钢楔子把限位微调装置固定。为了防止钢围堰浇注封底砼挤压护筒使其变形或移动,同时也防止砼挤入护筒内而影响钻孔施工,由潜水工用砂袋封堵护筒底口与不平基岩表面空隙,然后从护筒上口填充与钢围堰的封底砼的等厚砂砾。

4.2施工控制

因为其余15根钢护筒和定位架最终沉入水下,作水下控制施工这一先进技术要求严格,而且施工费用相当可观。如果能在水面上控制水下施工则是一个技术的突破。根据实际的水深(约为17m)和定位架的设计位置(距离水面12m),采用Ф70×3mm的钢管制作成15m 的标尺,共设置4道,通过一仪器观测钢管的轴线位置变化和钢管顶面高程的变化。为了保证下放过程中同步性,施工中对滑车的绕线轮数作特别的要求,同时采用慢速5t卷扬机每下放2m检查一次,对接近设计位置时每下放0.5m检查一次,直到下放至设计位置为止。最终检测四根钢管标尺的结果表明定位架形心偏差25mm。

5、结束语

经实践证明,所有的桩基础位置经过检测确定均符合设计要求,这说明本定位架控制精确定位是成功的,确保国家级重点工程军山大桥的工期、质量,同时为长江上今后桥梁设计与施工积累了经验,开拓了思路。

 

 

 

 

 

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