【江心滩大型无底钢套箱设计与施工技术】 江无底

江心滩大型无底钢套箱设计与施工技术

郝良秋,孙吕红,罗建平

(中铁一局集团有限公司桥梁工程处,陕西渭南714000)

摘　要:结合南昌生米大桥江心滩套箱的设计与施工,介绍大型单壁无底钢套箱的设计,对其中的导向架、内支撑转换、套箱下沉与封底的施工难点进行了重点分析。

关键词:钢套箱;导向架;封底;桥梁施工中图分类号:U448.225;U445.559

文献标识码:A

文章编号:1671-7767(2005)03-0033-04

1　工程简介(3)赣江施工常水位为15.0m,承台施工中,

南昌生米大桥位于南昌市西郊红谷滩新区,是南昌市外环高速跨越赣江的控制工程,被江西省列

为2004、2005年的重点工程之一。主桥全长606m,上部结构采用2×228m刚性拱柔性梁无推力中承式钢管混凝土系杆拱。下部采用

(1)在桩基施工过程中,江心滩已形成标高为16.5m的施工便道,大型施工机械进场方便。

(2)江心滩覆盖层的底面标高为3.5m,其主

需维持4.0m高的水头压力。

(4)江心滩中粗砂覆盖层下面为弱风化泥质粉砂岩,强度可达17MPa,不利于钢板桩等的插打。3　施工方案选择

方案一:粘土袋围堰明挖法,作业简单、投入小。但由于承台底面为中粗砂层,透水性好,且承台施工作业周期长,水头压力大,无法克服流砂现象。

方案二:钢板桩围堰法,租赁方便,可周转使用。但由于下伏岩层强度高,难于插打,且自由长度高,不易稳定。

方案三:钢筋混凝土围囹,作业简便。但作业周期长,承台结构尺寸大,下沉中易开裂。

方案四:单壁无底钢套箱,易于加工制作,便于拼装,下沉中具有一定韧性。一次性投入稍大,但作业周期短,工效快。

对4个方案的可行性、技术难度、工期、投入及现场设备等诸多因素进行详细比较后,

决定采用单

要成分为中粗砂,透水性良好。

图1　桩基及承台结构示意

收稿日期:2005-06-06

作者简介:郝良秋(1976-),男,1998年毕业于兰州交通大学铁道工程专业,工学学士。

壁无底钢套箱施工方案。4　施工方案实施4.1　套箱设计与制作

钢套箱作为承台施工的阻水结构,又兼作承台混凝土浇筑的侧模,所以设计时按照承受抽水时水压和承台混凝土侧压力双重作用计算。

钢套箱采用单壁无底结构,由侧板、外圈梁、内支撑、导向架4部分组成,共200多吨,断面尺寸为57.2m×14.8m,高6.15m,分12块5种规格制作。

侧板是肋板式结构,采用5mm钢板作面板,75mm×50mm×6mm角钢作竖向加劲肋,外圈梁用32号工字钢,兼作水平加劲肋,三者焊接为一体。

图2　套箱下沉施工断面示意

4.5　套箱封底

为确保超大体积水下封底混凝土的强度、密实

度、整体性和密水性,混凝土必须一次性不间断浇筑。采用标号为C25的超长缓凝混凝土,坍落度不小于20cm。用大型汽渡水上运输混凝土输送车上岛,2台汽车泵泵送入斗,2套大漏斗移位灌注,1套小漏斗随机补充。

由于基底面积很大,所以导管口距基面宜控制在15cm左右,采用拔塞法压水,2套设备布置在同一端,同时灌注,向另一端推进。混凝土的扩散半径根据以往经验按5m考虑。施工时,应派专人测量,为导管的换位或提升提供正确数据。4.6　套箱抽水

待封底混凝土现场同等条件下养生试件强度达到200MPa以后,开始进行套箱抽水。抽水过程中,设专人巡逻检查套箱的受力情况,并用型钢将三棱体导向架与其相邻的护筒之间楔紧,以防套箱由于受外界水压出现过大变形,从而致使封底混凝土开裂,出现漏水漏砂现象。4.7　套箱内支撑转换

内支撑用20号工字钢和12型槽钢焊制成桁架梁,

沿套箱短方向设8道,为了套箱下沉方便,先在中间安装2道内支撑,封底完成后,进行体系转换,焊接安装其余6道内支撑。导向架由直径120mm钢管和12型槽钢焊接成三棱体结构,安装于套箱侧板和钢护筒之间,导向架与钢护筒之间预留5cm可调间隙,且必须在现场根据实际尺寸下料制作。4.2　钢套箱拼装

首先进行施工放样,铺设支垫方木进行精确找平;然后吊装圆弧段侧板模型就位,内外作临时支撑以保证侧板的垂直度,块与块之间先用螺栓固定连接,然后对接缝进行满焊;外圈梁用型钢焊接连成整体;再固定导向架和2道内支撑,之后钢套箱拼装完成。4.3　套箱下沉由于此钢套箱为单壁结构,内部尺寸较大,在下沉过程中要确保均匀下沉,保证平面高差不超过20cm[1]。套箱外部采用3台长臂挖掘机进行挖砂,套箱内部采用2台50t履带吊穿挂3t抓斗进行水下捞砂。随时进行测量,以便指导挖掘机和抓斗移位。对导向架和护筒周围死角部位采用水泵进行高压水冲砂,特别注意内外砂高差不大于1m,防止钢套箱提前受力变形。同时对钢套箱外部线形进行质量控制。套箱下沉施工断面见图2。4.4　封底前的准备工作套箱下沉到位后,水泵持续吹砂,使基底高差控制在10cm之内,并且使刃脚切入河床20cm,以防翻砂。套箱外围抛填2m×2m砂袋,控制涌砂。箱内冲平后,满铺30cm厚片石,以防止封底时混凝土冲击基底挤砂成堆,又可以形成片石混凝土

。

待套箱内的水抽干后,割除中间的8根钢护筒,在套箱内部加设其余的6道内支撑,然后方可割除靠桩的三棱体导向架,最后割除剩余的四周钢护筒,从而完成了套箱内支撑的转换。将由三棱体导向架和四周钢护筒所组成体系承担的外界水压力,转变为由20号工字钢焊接形成的内支撑承担。因此可以保证在内支撑转换过程中,套箱可以处于受力稳定状态,不至于出现过大的变形。特别应当注意的是,内支撑的20号工字钢横梁必须与Ⅰ32b的外圈梁对应焊接,使外界水压通过外圈梁传递至内支撑横梁[2,3]。支撑转换前、后结构见图3。4.8　清底整平,绑扎钢筋,布设冷却管

用风镐清除封底混凝土多余部分,并用7.5号砂浆找平,然后放样,绑扎承台钢筋,布设冷却管。冷却管采用直径50mm无缝钢管,层间距为80

图3　支撑转换前、后结构示意

cm,由上而下共设5层,同一层冷却管间距为1.0m。为防止冷却管漏水,浇注承台混凝土前,所有冷

内支撑,但如无内支撑,在抽水过程,单壁套箱将无法承受外界水压;同时,即使内支撑可以在套箱下沉前焊接好,也将影响下沉中的箱内取砂作业。

套箱下沉中,导向架起固定套箱、导向作用;在套箱抽水过程中,导向架起内支撑作用,将外界水压有效地传递给密贴的周边钢护筒。5.3　周边砂袋反压

却管均要通水试压。4.9　大体积混凝土的浇注

承台混凝土采用超缓低热配合比,为了增加混凝土的流动性和和易性,混凝土中适当掺入优质粉煤灰。浇注过程中采用大型汽渡水上运输混凝土运输车上岛,30台混凝土运输车负责运输,3台汽车泵泵送混凝土至承台。待浇注的混凝土厚度将冷却管包裹后,应顺次对冷却管开始供应循环水,以防止混凝土内部温度急剧上升,在连续15d内持续供应循环水,使出水管水温不高于外界气温20℃。5　设计难点及施工重点5.1　套箱单壁柔性体的确定

套箱下沉到设计标高后,外侧四周需要用砂袋进行反压,其作用为:①防止在封底过程中,混凝土从钢套箱下口不平处大量流出。②平衡封底混凝土浇注时的侧压力。③平衡抽水以后外界水压,防止套箱底口外翘。

5.4　封底前的清平与抛填片石

封底前,应认真进行基底清平,特别是钢护筒与套箱四周、导向架下部等死角部位应进行拉网式测量。对其中超高点,采用高压水泵冲平,而后从一端开始,全断面均匀抛填片石。抛填的片石既可防止封底混凝土入水时冲起砂子,又可形成一层强度较高的片石混凝土。注意:这层片石决不能用砂袋代替,因为砂袋具有可变性,可以被封底混凝土冲滚到一起,使封底失败。6　结　语

由于套箱的设计结构尺寸很大,且采用内外挖砂的方法下沉,因此很难保证整个套箱下沉过程中步调一致,总会出现局部下沉不均现象,如采用刚度过大的双壁钢套箱或混凝土围囹,则易出现由于下沉不均,导致钢套箱撕开,或混凝土开裂。现采用单壁钢套箱,具有一定柔韧性,可以适应一定程度的不均匀下沉;同时由于套箱侧板可容许有一定的变形,也为导向架更好地支撑于钢护筒提供保证。5.2　导向架设计

南昌生米大桥江心滩大体积承台施工中,采用了单壁无底钢套箱结构,利用三棱体导向架的特殊作用,有效地解决了套箱内支撑转换的难题;同时在施工中,使用砂袋、片石等低成本材料,保证了套箱的下沉准确迅速,封底一次成功,不仅大大加快了施

采用三棱体导向架设计,主要有以下几点施工需要:①由于套箱体积庞大,在下沉中必须设置一定的导向装置,才能保证下沉到位后,满足承台的设计尺寸。②承台的桩基布置为梅花形,无法设置型钢

2003.

[2]杨文渊.实用土木工程手册[M].北京:人民交通出版

工进度,而且有效地降低了施工成本,为浅滩区墩台的施工提供了新的思路。参　考　文　献:

[1]刘自明.桥梁深水基础[M].北京:人民交通出版社,

社,2000.

[3]JTJ025-86,公路桥涵钢结构及木结构设计规范[S].

DesignandConstructionTechniquesforBottomlessHuge

SteelBoxedCofferdamUsedatMid2RiverShoal

HAOLiang2qiu,SUNLu2hong,LUOJian2ping

(BridgeEngineeringDivision,the1stEngineeringGroupCo.,Ltd.ofChinaRailways,Weinan714000,China)

Abstract:Withreferencetothedesignandconstructionofsteelboxedcofferdamusedatmid2rivershoalfortheShengmiBridgeinNanchang,thispaperpresentsthedesignprocessofthesin2gle2wall,bottomlesshugesteelboxedcofferdam,andanalyzesindetailstheconstructiondifficul2tiesofchangingoftheguidingtrusses,internalpacings,sinkingandbottomsealingofthecof2ferdam.

Keywords:steelboxedcofferdam;guidingtruss;bottomsealing;pidgeconstruction

《世界桥梁》杂志2003年的影响因子

及其在同类科技期刊中的位置

　　期刊的影响因子是目前国内外有关部门用以衡量和评价各类刊物学术质量的一项主要计量指标。现据清华大学中国科学文献计量评价研究中心于2004年11月编

(简称CAJ-CCR)中的统计数据表明,在2003年制出版的《中国学术期刊引证报告》

我国正式出版的大学学报、自然科学、社会科学、医药科学和农业科学等5类共5716种学术期刊中《世界桥梁》杂志当年的影响因子值为0.1053,较之2002年的0.0870上升了21.0个百分点,说明本刊2003年的学术质量有了较大提高。此外,根据“同类相聚,同级相比”的原则,这一影响因子值在当年全国“交通航运”类25种专业期刊中名列第7位。

(范文田　供稿)