某钢桁架拱桥下部结构施工方案、方法

下部结构施工方案、方法1、施工总体方案根据工程特点和总工期的要求，为尽可能少地占用长江水运航道，同时又能满足正常施工需要,确定按两个枯水期分期实施主桥三个主墩的基础施工，第一个枯水期先开工北主墩(6#墩)和南主墩(8#墩)，第二个枯水期再开工中主墩（7#墩）。附图018：主桥水上基础施工平面布置图。6#、7#、8#主墩基础均采用双壁钢围堰+锚碇无导向船定位系统的施工方案,其中6#墩采用双壁钢套箱围堰施工，7#、8#墩采用双壁钢吊箱围堰施工，6#、8#墩围堰分次接高，7#墩围堰整体一次接高。双壁钢围堰制作下水、浮运至墩位，利用锚碇系统实现初、精定位，插打16根定位钢护筒，围堰挂桩完成体系转换，先期进行钻孔桩施工，钻孔桩完成后，围堰内封底、抽水进行承台、墩座施工。3#～5#、9#墩施工方案是先建立施工平台，进行钻孔桩施工，钻孔桩完成后，分节拼装或整体吊装双壁钢围堰，围堰内封底、抽水进行承台、墩身施工；1#、2#、10#墩基础采用填土筑岛+钢板（钢管）桩围堰施工方案，钢板桩围堰取土后，安装承台模板进行混凝土浇筑；0#墩基础施工方案是先填土筑岛进行钻孔桩施工，井点降水或钢板桩支护进行基坑开挖，进行承台施工。主桥墩身采用翻模法施工，模板采用大块整体钢模，墩旁侧设置一台塔式吊机辅助施工。北引桥及南、北岸合建区段引桥桩基施工时，一般地面原地整平硬化，遇水塘、沟壑则先筑岛或填平后再作硬化处理进行钻孔桩施工；高旺河内的桩基施工可充分利用枯水期，先填土修筑便道，设置移动式平台进行钻孔施工。承台依据地质变化主要采用明挖或钢板桩支护方法进行施工,必要时配合井点降水。墩身采用整体钢模施工，墩身四周搭设施工脚手平台，汽车吊或履带吊机配合作业。2、主墩下部结构施工6#、7#、8#墩是钢桁拱连续梁主桥的三个主墩，墩身为12.0×40.0m的圆端形空心墩，单箱双室截面，壁厚1.5～2.0m，在顺桥向中部设竖隔墙。三个主墩基础均采用46根Φ2.8m的钻孔桩基础，6#和7#墩桩长107m，8#墩桩长112m。承台为圆端形，平面尺寸34×76m，承台顶面高程-7.0m，厚度6.0m。6#、7#、8#墩位处河床高程分别为-10.5m、-25.0m、-41.7m,根据河床高程的实际情况，6#墩采用双壁钢套箱围堰施工，7#和8#墩采用双壁钢吊箱围堰施工。双壁钢套箱围堰和钢吊箱围堰均为圆端形结构，6#墩平面结构尺寸38.2×80.2m，7#、8#墩平面结构尺寸38.0×80.0m；6#墩钢套箱围堰高度27m，壁厚2.0m，围堰底高程-18.0m，水下封底混凝土厚度5m；7#和8#墩钢吊箱围堰高度26.5m，壁厚2.0m，围堰底高程-17.5m，水下封底混凝土厚度4.5m。6、7、8#墩基础均采用双壁钢围堰+锚碇无导向船定位方案。壁厚2.0m的钢围堰作为承台、墩身施工的挡水结构，底节内支撑桁架兼作为钻孔桩施工平台。2.1主墩基础施工⑴6#墩基础施工1）施工方法先在大桥船厂完成14.5m底节钢围堰制造、拼装，利用气囊辅助整体滑移入水，拖轮浮拖至墩位，锚碇系统收锚，进行围堰初始、精确定位。钢护筒参与结构受力，设计钢护筒底高程-43m，顶高程+10.0m，钢护筒总长53m，壁厚25mm，材质Q345b。根据地质条件和APE400B双锤并联的击震能力，钢护筒不能一次击震到设计高程，采取大护筒内套小护筒方法，分次接力插打到位。钢护筒按两节制造，第一节40m，第二节13m，先插打16根定位钢护筒，16根定位钢护筒前期作为围堰平台支撑，只插打第一节，在16根定位钢护筒上安装吊挂系统，围堰挂桩完成第一次平台体系转换，围堰及内支撑桁架成为固定式钻孔平台。围堰平台建立后，按要求插打8根渡洪钢护筒，进行渡洪桩施工。在洪水到来前，将围堰平台支撑体系转化到8根渡洪成桩上，实现平台体系第二次转换。16根定位钢护筒可依此解除吊挂系统，接高钢护筒后跟进到位。其余钢护筒均按接力方法一次插打到设计高程，完成全部钻孔桩施工后，利用水上浮吊，分块接高围堰，解除挂桩，在可控状态下围堰下沉着床，通过吸泥、射水、压重等措施下沉围堰至设计高程。封底，围堰内抽水，在无水状态下进行承台和墩身施工。2）施工流程①围堰制造下水底节钢围堰工厂分块制造→船厂江滩地基硬化处理、浮箱就位→底节钢围堰拼装→地牛及牵引辅助设施安装→清理场地、安装气囊并充气→启动牵引装置、重力作用下随气囊向前滚动→底节钢围堰整体滑移入水→浮箱灌水下沉、围堰自浮。②锚碇系统布置围堰浮运前，预先进行锚碇系统布置→抛设主锚、前定位船边锚,前定位船就位→抛设钢围堰北侧边锚和尾锚，锚绳暂固定于临时铁驳上→抛设钢围堰南侧边锚和尾锚，锚绳暂固定于临时铁驳上→临时铁驳初定位在墩位两侧。③围堰浮运定位底节钢围堰在拖轮拖带下,靠邦于上游80m临时趸船→拖轮队列调整→在四条拖轮拖带下，围堰开始浮运→围堰浮运到墩位→通过抛锚船，过主拉缆至钢套箱上→过钢围堰边锚、尾锚至钢套箱上→临时铁驳退出→调整各锚绳及拉缆，钢套箱初定位→继续收紧锚绳及拉缆，钢套箱精定位。④钻孔桩、承台、墩身施工插打16根定位钢护筒→钢护筒与平台桁架固结，完成第一次平台体系转换→插打其余钢护筒→安放钻机，进行8根渡洪桩施工（洪水前至少完成8根成桩）→钢围堰平台与8根成桩固结，完成第二次平台体系转换→继续进行其余钻孔桩施工→钢围堰分块拼装接高→钢围堰下沉至设计高程→清基→水下混凝土封底→抽水→承台钢筋绑扎→承台混凝土灌注→墩身施工。附图019：6#墩基础施工步骤图。3）定位系统设计桥址处水流呈单向流态，定位系统按锚碇+前定位船方案设计。定位船为1艘400t铁驳，主要用于调整和确定钢套箱围堰的位置，调节尾锚、主锚受力，并对钢套箱围堰进行安全防护。定位船上布置有马口、将军柱、绞关、固定座、卷扬机等设备。锚具分别采用12t、8t、7t、3t霍尔式铁锚。锚碇系统布置：主锚为6个12t霍尔式铁锚，锚链直径Φ57mm、锚绳Φ47.5mm。定位船两侧边锚各2个3t霍尔式铁锚,锚链直径Φ42mm，锚绳Φ36.5mm。定位船与钢围堰用4Φ47.5mm钢丝绳相连。钢围堰两侧边锚各4个8t霍尔式铁锚，尾锚为4个7t霍尔式铁锚，锚链直径Φ57mm，锚绳Φ47.5mm。附图020：6#墩锚碇系统总体布置图；附图021：6#墩定位船绞锚系统平面布置图；附图022：6#墩围堰绞锚平台布置图；附图023：6#墩锚碇系统锚绳连接示意图。4）围堰设计6#主墩围堰底节、中节均为双壁钢套箱结构，顶节为单壁结构，围堰结构参数如下：长度：80.2m；宽度：38.2m；高度：27m（其中底节高14.5m；中节高9.3m；顶节高3.2m）；壁厚：2.0m；围堰底节浮运时吃水深度：6.0m；围堰精定位时底节双壁侧板顶面高程：+9.0m；作为钻孔平台时围堰双壁侧板顶面高程：+9.0m；钻孔桩施工时最高施工水位：+8.71m；承台施工时设计最高水位（取11～4月频率为10%的日平均最高水位）：+7.0m；承台施工时侧板顶面高程（围堰接高后）：+9.0m。附图024：6#墩围堰总体布置图。5）钢围堰制作、下水①围堰制作钢围堰底节、中节和顶节依据工期要求分阶段进行加工，底节围堰在浦口大桥船厂分单元加工,整体组拼，中节和顶节在项目部钢结构车间分单元加工,分块接拼。钢围堰中节高度9.3m，采取分块制造，高度方向不设拼缝，周长方向分直线段和曲线段。每侧直线段分4×4.5m+2×3.0m+4×4.5m共10块，其中最大单元件重量约16.9t。每个曲线段分为8块，每块7.5m×9.3m，重量约19.7t。钢围堰顶节高度3.2m，视施工水位情况作接拼方案调整。钢套箱单元件在胎架上组拼及施焊，设置胎架的场地条件及胎架结构的刚度等应满足制作精度要求。钢套箱单元件出厂前严格保证套箱各部位焊缝的焊接质量，对关键受力焊缝应做探伤检验，对于有水密要求的焊缝须进行煤油渗透性试验。a.焊接平台铺设围堰侧壁多为大直线段，为保证在拼装时的尺寸误差控制在标准范围之内，需铺设焊接平台。在平台上焊接侧板，能够保证焊接时的变形和平整度。围堰端头部分为圆弧形，制造时利用底节围堰的圆弧胎型改造后制造中节围堰圆弧段，以保证尺寸精度。焊接时平面必须是一个刚性的固定结构，减少尺寸误差。b.横向支架制造横向筋板为两块钢板焊接而成的“Γ”型结构，制造时应将加工好的“Γ”型结构用角钢连接成整体后检查结构尺寸，调整变形后，放在平整的地方。横向支架结构如下图：R19100R171007500(弧长)200020004500(3000)c、单元件组拼单元件按以下施工流程拼装：胎架平台制作→套箱底部刃脚段拼装→底隔舱安装→侧板拼装→内支撑桁架安装→导环安装→辅助结构安装。d、质量验收钢套箱拼装焊缝质量应进行严格检查验收，对内外壁板、隔仓板每一道焊接进行认真检查，观察是否致密，对关键受力焊缝应做探伤检验，钢吊箱外壳焊缝作煤油渗透性试验。②围堰下水a底节围堰下水浦口大桥船厂位于南京长江大桥上游1.5km处,围堰拼装场地势较平缓，近水面处淤泥沉积，尚不能满足围堰拼装、气囊辅助滑移入水条件，需对地基进行硬化和坡度调整，以达到横向100m范围内坡度1：28的要求。围堰下河基础调整坡面见下图：说明：图中所标数字为整坡后的地面高程。挖3.554,填2.5挖2.25,填1.25挖2.392.26填2.99填2.59填1.23填0.44挖0.29挖0.81挖0.92挖1.19挖1.171:12.5原坡面，挖方整修后的坡面原坡面，填土压实整修后的坡面原坡面，清淤处理地基换填片石处理，上铺钢板4.762.09-1.00-2.56-3.35-5.005.566.367.167.968.769.5610.3611.1611.9612.7610.00050-50-100长江水位5.814m围堰底部为刃脚结构，利用气囊辅助滑移下水时，必须设置缓冲垫层，通过自制U形浮箱，可以解决这一问题，同时U形浮箱还能增加围堰下水浮力，使围堰下水更安全平稳。围堰经检验合格后，清理现场，安装气囊并逐步向充气，气囊充气直径1.5m，长度15m，间距3m，最大承载压力2.0MPa。当气囊高度达到0.8m左右时顶起围堰并抽去支撑钢凳，放松地牛滑车组，钢围堰借自重开始缓慢滑移。围堰每滑移5～6m时，及时向围堰艉端补垫气囊并及时充气，艏端滑出气囊及时倒至艉端备用。围堰艏端滑入水中后，无法再补垫气囊，随着围堰的继续前移，艏端气囊不断滑出，围堰成半悬臂状态，围堰底气囊数量逐步减少，单个气囊承载压力也逐步加大，此时应及时调整气囊压力保证各气囊承载力的均衡。围堰艏端悬臂接近60m时，通过围堰艉端圆弧隔仓内注水的方法，调整围堰艏、艉重量差使围堰保持一定的角度并顺利滑移入水。b中节、顶节下河：中、顶节围堰在北岸生产区钢结构车间按单元件分块制造完成，经起重码头下河，利用400t平板铁驳，将2～3单元件拼焊成组合块件，再运送至6#墩旁，水上浮吊分块接拼。附图025：6#墩围堰下水施工步骤图。6）底节钢围堰浮运、定位浦口大桥船厂距离桥位20余公里，此域航道繁忙、部分航段水情复杂，途经长江三桥，围堰浮运具有一定难度，必须做好充分准备，制定稳妥浮运方案。经过分析比较，选择操纵性能较先进的360°全回转宁港拖3001为首吊拖，以稳定航向，控制淌航和前进的速度。钢围堰后圆端两侧分别由宁港拖1003、宁港拖2004两艘大马力拖轮左右挟持，调整、稳定、控制船位。为确保万无一失，布置与宁港3001同性能的拖2003吊绑于钢围堰尾部，顶推并稳定船位，兼作监护，以保证拖队在预定的航路中安全航行。拖运过程中，宁港1008在拖队旁左、右游弋护航，以应急需。浮运拖队布置如右上图：底节钢围堰浮运到位后，将钢围堰插入两艘事先定位好的二艘400t临时定位船中，并使围堰锚缆由临时定位船过渡到底节钢围堰上，通过绞锚系统调整钢围堰进行初、精定位。附图026：6#墩围堰定位施工步骤图。7）钢护筒施工①钢护筒制造钢护筒作为永久结构的一部分，与桩基础一起共同受力。单根钢护筒总长度53m，重量112t，材质Q345b。护筒在工厂按2节制作