多种型式围堰在琅岐闽江大桥中的应用

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  摘要 琅岐闽江大桥位于闽江出海口,水文地质条件复杂,在进行水上桥墩承台施工过程中结合各墩实际水文地质情况,共采用了5种围堰结构形式,并在实践中取得成功应用,此5种围堰结构形式基本涵盖了设防水深10m以内的各类围堰结构形式,对类似水文条件桥梁施工具有一定的指导意义。
  关键词 水文;围堰;钢吊箱;钢套箱;预制混凝土底板;钢板桩
  中图分类号 TH213.5 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2013)012-0050-03
  1 工程概况
  琅岐闽江大桥主桥设计为60+90+150+680+150+90+60m斜拉桥,水上引桥设计为9*60m连续梁,其中0#、1#、2#墩为亭江侧辅助墩、过度墩,3#、4#墩为主跨桥墩,5#、6#、7#墩为琅岐侧辅助墩、过渡墩,0#~3#墩为岸侧桥墩,4#~7#墩为主桥水上桥墩。S1~S7#墩为琅岐侧引桥水上桥墩,S8#、S9#桥墩为引桥岸侧桥墩,在水中共设有11个桥墩,琅岐闽江大桥总体布置如图1所示。
  根据设计图纸资料统计,桥位处平均高潮位:4.8m;平均低潮位:0.7m;最大高潮位:+6.0m;最低潮位:-0.6m;平均潮差:4.1 m;最大潮差:6.6m。
  4#桥墩位于闽江江中心处,此处河床标高约为-4.0m,最大高潮位时水深约为10m,此处水流最大流速为2.95m/s。4#墩承台设计尺寸为48*30*6m,承台底设计标高为+0.0m,承台顶设计标高为+6.0m。
  5#、6#、7#桥墩处河床标高约为-4.0m,最大高潮位时水深约为10m,此处水流最大流速为2.4m/s。5#、6#、7#墩承台设计尺寸为20.9*14*5m,承台底设计标高为-1.0m,承台顶设计标高为+4.0m。
  S1~S6#桥墩处于河床冲刷沟槽内,此处河床标高约为-6.0~-7.0m,最大高潮位时水深约为12~13m,S1~S6#墩处水流最大流速约为1.8m/s。S1~S6#墩承台设计尺寸为16.5*12*4m,承台底设计标高为+0.0m,承台顶设计标高为+4.0m。
  S7#、S8#、S9#桥墩设计结构尺寸与S1~S6#墩一致,S7#墩处于河滩滩涂上,在退潮时间墩位河床将露出水面,S8#、S9#两桥墩位于岸侧,承台底距离现有地面高度约为6m。
  2 施工特点及难点
  2.1 桥位处于潮汐河段,水流流速大、潮汐水位变化大
  桥址位于闽江入海口位置,受潮汐影响桥位处水位每天涨落两次,涨落潮时水流最大流速达到2.95m/s,潮汐水位变化最大达到6.6m,大流速、高潮差对承台围堰施工影响巨大。
  2.2 河床冲刷大、水深大
  桥墩位置河床冲刷大,桥墩位置局部冲刷达到4m,河床标高不稳定,桥墩位置最大水深达到12~13m,河床冲刷大、水深大对承台围堰施工影响巨大。
  2.3 各桥墩所处位置水文条件不一,施工环境复杂
  琅岐闽江大桥水上桥墩所处位置水文条件复杂,4#墩处水流流速大、水深大;5#~7#墩水流流速较大,水深相对较小;S1~S6#墩处水流流速较小,但处在河床冲刷沟槽内,水深大,河床局部冲刷严重;S7#墩处于河滩滩涂上,在退潮时间墩位处河床将露出水面;S8#、S9#墩处于江滩岸侧,承台底距离现有地面深度约6m。各墩位水文条件各不相同,如采用一种围堰结构形式将不能满足所有承台施工需要,需考虑多种围堰结构形式結合使用。
  3 围堰结构选型
  3.1 单壁钢吊箱围堰结构应用于4#墩
  3.1.1 4#墩水文情况
  4#桥墩处河床标高约为-4.0m,最大水深约为10m,最大流速为2.95m/s。4#墩承台设计尺寸为48*30*6m,承台底设计标高为+0.0m,承台顶设计标高为+6.0m,最大高潮位+6.0m。
  3.1.2 4#墩围堰选型
  由于4#墩所处位置水深大,水流大,承台底比河床高约为4.0m,桥墩处于闽江主河道上局部冲刷较大,选用钢吊箱围堰方案。
  根据设计资料确定,4#墩围堰设防水位+6.0m,为防止迎水面水浪漫入围堰,确定围堰侧板顶口标高为+6.5m,承台底设计标高+0.0m,围堰设防水深为6.0m,单壁侧板结构可满足设防水深要求。
  4#墩承台设计结构尺寸巨大,为减轻围堰结构自重,充分利用钢结构高强、轻便性能,围堰底板采用钢结构底板。
  4#墩围堰方案最终选型确定为单壁钢吊箱围堰。
  3.1.3 4#墩围堰设计概况
  4#墩围堰设计为单壁吊箱钢围堰,围堰主要由底板系统、侧板系统、围堰下放系统、围堰悬挂系统和围堰内支撑系统组成。
  底板系统主要由大龙骨(2HN500*200)、小龙骨(工28a)和底板面板组成;
  侧板系统主要由侧板(HN350*175+δ8mm面板组成)和侧板与底板连接绞座组成;
  围堰下放系统主要由下放支架、下放分配梁、下放吊杆(φ32mmⅣ级钢筋)和下放油顶(150t/250t油顶)组成;
  围堰悬挂系统主要由悬挂分配梁、悬挂吊杆(2[20b)和连接绞座组成。
  围堰内支撑系统主要由导梁(2HN500*200)和支撑钢管桩(φ600*8mm和φ800*8mm)组成。
  围堰封底混凝土厚度2m。4#墩围堰结构如图2所示。
  3.1.4 4#墩围堰施工概述
  4#墩围堰总体施工方案为:在底板标高+5.0m处完成围堰拼装,然后利用下放装置将围堰整体下放至设计标高(底板标高-2.0m),再利用围堰悬挂装置将围堰悬挂固定牢固,浇筑围堰封底混凝土,待封底混凝土强度达到要求后进行围堰内抽水清基,形成干燥的承台施工作业环境,待承台施工完成后将围堰侧板和内支撑拆除,完成围堰施工。   围堰施工步骤:
  步骤一:拆除钻孔施工平台,并将钢护筒割除至围堰施工所需标高;
  步骤二:围堰拼装;
  1)按照围堰设计图纸要求在指定钢护筒上安装围堰拼装牛腿,在拼装牛腿上安装大龙骨,再在大龙骨之上安装小龙骨,然后安装围堰底板,完成底板系统安装;
  2)在设计位置安装下放分配梁,并安装下放吊杆及下放油顶,完成下放系统安装;
  3)在钢护筒上安装吊挂分配梁,然后安装封底吊挂吊杆,完成围堰封底吊挂系统安装;
  4)在围堰底板上拼装临时支架作为施工平台安装围堰内支撑体系,然后利用内支撑导梁作为导向安装围堰侧板,并将侧板与底板连接绞座焊接牢固,完成围堰侧板系统安装。
  步骤三:围堰下放就位;
  围堰下放采用多根吊带同步下放,在下放过程中采取同步措施保证其同步性,确保各吊带受力基本一致,控制围堰整体变形,下放过程需连续完成。
  步骤四:围堰封底;
  在围堰封底吊挂分配梁上布置封底导管,根据设计要求分舱进行围堰封底混凝土浇筑;
  待封底混凝土强度达到要求后开始拆除封底吊挂系统,将围堰侧板处联通孔封堵密实,围堰内抽水,并将围堰封底混凝土表层淤泥清理干净;
  步骤五:承台施工;
  步骤六:待承台施工完成后将围堰内支撑及侧板拆除,完成围堰施工。
  3.2 钢板桩内套单壁钢套箱围堰结构应用于5#~7#墩
  3.2.1 5#~7#墩水文情况
  5#~7#桥墩处河床标高约为-4.0m,最大水深约为10m,最大流速为2.4m/s。5#~7#墩承台设计尺寸为20.9*14*5m,承台底设计标高为-1.0m,承台顶设计标高为+5.0m,最大高潮位+6.0m。
  3.2.2 5#~7#墩围堰选型
  由于5#~7#墩所处位置水深相对于承台底标高较小,水流相对较小,桥墩处河床冲刷较小,选用钢套箱围堰方案。
  5#~7#墩围堰侧板顶口标高与4#墩围堰一致为+6.5m,围堰设防水深为7.0m,单壁钢围堰可满足设防水深要求。
  由于5#~7#墩承台底比河床高约为3.0m,需对墩位处河床进行吹填砂至围堰设计标高再进行围堰封底砼浇筑,为了减少吹填工作量及预防水流对吹填砂冲刷作用,需在钢套箱围堰外侧加设一道围挡钢板桩围堰。
  5#~7#墩围堰最终选型采用钢板桩内套单壁钢套箱围堰。
  3.2.3 5#~7#墩围堰设计概况
  5~7#墩围堰设计为钢板桩围堰内套钢套箱围堰,围堰主要由钢板桩、钢板桩围堰内支撑、钢套箱围堰侧板及钢套箱围堰内支撑组成。
  钢板桩围堰采用拉森Ⅳ钢板桩,长度为18m,钢板桩顶面标高为+6.5m,底面标高为-11.5m。钢板桩围堰主要作用为在墩位处形成一个封闭空间防止江水对内部吹填砂的冲刷作用,在钢套箱围堰封底混凝土强度达到设计要求后可将钢板桩围堰拆除。
  钢套箱围堰侧板由HN350*175+δ8mm面板组成,内支撑设置在+5.0m标高处,内支撑导梁采用2HN500*200型钢、撑杆采用φ600*8mm钢管。
  围堰封底混凝土厚度2m。5#~7#墩围堰结构如图3所示。
  3.2.4 5#~7#墩围堰施工概述
  5~7#墩围堰总体施工方案为:首先在鋼护筒上焊接导梁拼装牛腿,在拼装牛腿上进行内支撑安装,再以内支撑导梁作为导向进行钢套箱围堰侧板拼装及钢板桩插打,侧板拼装完成后向围堰内吹填砂至标高-3.2m处,然后浇筑封底砼,待封底砼强度达到85%的设计强度后将钢套箱围堰内积水抽干,进行基坑清理,转入承台施工,待承台施工完成后再将围堰进行拆除,完成围堰施工。
  围堰施工步骤:
  步骤一:钢板桩围堰拼装
  1)钢护筒上焊接牛腿,安装钢板桩围堰导梁;
  2)利用钢板桩围堰导梁做导向拼装钢板桩围堰;
  步骤二:钢套箱围堰拼装
  1)将与钢套箱围堰内支撑安装有冲突的护筒进行切割;
  2)在钢护筒上焊接支撑牛腿,在标高位置+5.0m处安装钢套箱围堰导梁及内支撑,在标高位置+2.0m处安装钢套箱围堰导向梁。
  3)利用钢套箱围堰导梁和导向梁做导向拼装钢套箱围堰侧板。
  步骤三:对围堰范围内河床进行吹填砂;
  步骤四:围堰封底;
  根据设计要求进行围堰封底混凝土浇筑,待封底混凝土强度达到85%以后可将外侧钢板桩围堰进行拆除,将围堰侧板处联通孔封堵密实,围堰内抽水,并将围堰封底混凝土表层淤泥清理干净。
  步骤五:承台施工;
  步骤六:待承台施工完成将围堰内支撑及侧板拆除,完成围堰施工。
  3.3 预制混凝土底板单壁钢吊箱围堰结构应用于S1~S6#墩
  3.3.1 S1~S6#墩水文情况
  S1~S6#桥墩处河床标高约为-6.0~-7.0m,最大水深约为13m,最大流速为2.0m/s。S1~S6#墩承台设计尺寸为16.5*12*4m,承台底设计标高为+0.0m,承台顶设计标高为+4.0m,最大高潮位+6.0m。
  3.3.2 S1~S6#墩围堰选型
  由于S1~S6#墩所处位置水深大,承台底比河床高约为6~7m,桥墩位于河床冲刷沟槽内局部冲刷较大,选用吊箱围堰方案。
  S1~S6#围堰侧板顶口标高为+6.5m,承台底设计标高+0.0m,围堰需设防水深为6.0m,单壁围堰结构可满足设防水深要求。
  S1~S6#墩承台设计结构尺寸较小,考虑混凝土预制底板工程造价较低,围堰底板采用混凝土预制底板结构形式。   S1~S6#墩围堰最终选型采用预制混凝土底板单壁钢吊箱围堰。
  3.3.3 S1~S6#墩围堰设计概况
  S1~S6#墩预制混凝土底板单壁钢吊箱围堰,围堰主要由底板系统、侧板系统、围堰下放系统、围堰悬挂系统和围堰内支撑系统组成。
  底板系统主要由龙骨(2HN500*200)、预制混凝土底板组成。
  侧板系统主要由侧板(HN350*175+δ8mm面板组成)和侧板与底板连接绞座组成;
  围堰下放系统主要由下放支架、下放分配梁、下放吊杆(φ32mmⅣ级钢筋)和下放油顶(150t/250t油顶)组成;
  围堰悬挂系统主要由悬挂分配梁、悬挂吊杆组成。
  围堰内支撑系统主要由导梁(2HN500*200)和支撑钢管桩(φ600*8mm)组成。
  围堰封底混凝土厚度2m。S1~S6#围堰结构总体如图4所示。
  3.3.4 S1~S6#墩围堰施工概述
  S1~S6#墩围堰施工方案及施工步骤与4#墩钢吊箱围堰施工方法一致。
  3.4 单壁钢套箱围堰结构应用于S7#墩及钢板桩围堰结构应用于S8#、S9#墩
  3.4.1 S7#、S8#、S9#墩水文情况
  S7#墩处于河滩滩涂上,在退潮时间承台处河床将露出水面。S8#、S9#两桥墩位于岸侧,承台底距离现有地面高度约为6m。S7#、S8#、S9#墩承台设计尺寸为16.5*12*4m,承台底设计标高为+0.0m,承台顶设计标高为+4.0m,最大高潮位+6.0m。
  3.4.2 S7#、S8#、S9#墩围堰选型
  由于S7#墩位于河滩滩涂上,河床标高与承台设计底面标高基本一致,河床稳定,选用钢吊箱围堰方案。S7#墩围堰侧板顶口标高为+6.5m,承台底设计标高+0.0m,围堰需设防水深为6.0m,单壁围堰结构可满足设防水深要求。S7#墩围堰最终选型采用单壁钢套箱围堰。
  S8#、S9#墩承台底距离现有地面高度约为6m,入土深度较大,采用钢板桩围堰方案。
  3.4.3 S7#、S8#、S9#墩围堰设计概况
  S7#墩围堰设计为单壁钢套箱围堰,围堰主要由侧板、围堰内支撑系统组成。
  侧板结构为HN350*175+δ8mm面板组成。围堰内支撑系统主要由导梁(2HN500*200)和支撑钢管桩(φ600*8mm)组成。围堰封底混凝土厚度2m。
  S7#墩围堰结构形式为在S1~S6#墩围堰结构形式上取消了龙骨及预制混凝土底板结构,其它结构形式与S1~S6#墩围堰一致。
  S8#、S9#墩围堰设计为钢板桩围堰,围堰主要由侧板、围堰内支撑系统组成。
  侧板结构拉森Ⅳ钢板桩,围堰内支撑系统主要由导梁(2HN500*200)和支撑钢管桩(φ600*8mm)组成。
  围堰封底混凝土厚度0.5m。
  3.4.4 S7#、S8#、S9#墩围堰施工概述
  S7#墩围堰总体施工方案为:在墩位钢护筒上焊接定位牛腿、安装内支撑导梁,利用内支撑导梁作为导向安装围堰侧板,对围堰内河床清淤至设计标高后浇筑围堰封底混凝土,待封底混凝土强度达到要求后进行围堰内抽水清基,形成干燥的承台施工作业环境,待承台施工完成后将围堰侧板和内支撑拆除,完成围堰施工。
  S8#、S9#墩总体施工方案为:在墩位处测量放样出围堰边线,按照边线插打钢板桩,对围堰内清基至内支撑标高,安装钢板桩围堰内支撑,然后继续清基至设计标高,浇筑围堰封底混凝土,形成干燥的承台施工作业环境,待承台施工完成后将围堰侧板和内支撑拆除,完成围堰施工。
  4 结束语
  琅岐闽江大桥水上桥墩在进行承台围堰施工时结合各墩实际水文地质情况,分别采用了钢吊箱围堰结构、钢板桩内置钢套箱围堰结构、预制混凝土底板吊箱围堰结构、钢套箱围堰结构、钢板桩围堰结构总共5种围堰结构形式,在實践中取得成功应用,加快了工期,节约了成本。琅岐闽江大桥水上桥墩所采用的5种围堰结构形式基本涵盖了设防水深10m以内的各类围堰结构形式,对类似水文条件桥梁施工具有一定的指导意义。
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