水下系梁施工技術

駱宏勛

(湖南省婁新高速公路建設開發有限公司,湖南婁底 417000)

1 工程概況

資水大橋工程是婁新高速公路重點、控制性節點工程。資水大橋中心里程k75+822,該橋主橋跨越資水,橋位處水面寬約350m,常水位水深約6～12m。主橋上部結構為48m+3×80m+48 m一聯預應力鋼筋混凝土變截面連續箱梁(分左、右幅),梁體為變高度箱形梁,預應力鋼筋混凝土連續梁采用掛籃懸臂施工。

資江大橋5#～8#墩處于河道中,水中系梁長6.3 m,寬3m,高4 m,與直徑3.8 m過渡段樁基連接,形成整體結構。系梁頂標高為175.5m,系梁底標高為171.5m。資江水位常年保持在175.0m左右,給施工帶來了諸多不便。水中系梁構造見圖1。

2 方案比選

2.1 鋼吊箱圍堰施工方案

鋼吊箱是懸在水中的有底套箱圍堰,鑒于系梁混凝土方量大,鉆孔樁水中平臺雖可以作為承力點,但在封底混凝土澆注前及拆除吊箱時均需要潛水員配合,且吊箱底板拼裝精度要求高,施工難度大。

圖1 水中系梁構造圖(單位:cm)

2.2 鋼托箱圍堰施工方案

鋼托箱是支撐在托架上的有底套箱圍堰,由托架、縱梁、橫梁、底板、側板和內支撐等組成,其中托架采用特制的鋼抱箍固定于鉆孔樁鋼護筒上。由于系梁較長,本方案投入材料較多,同樣底板拼裝精度要求較高,且安放鋼托架、封底混凝土澆注前及拆除托箱時均需要潛水員配合,施工難度大,工期較長。

2.3 傳統鋼套箱圍堰施工方案

采用單壁矩形無底鋼套箱圍堰,圍堰由4塊側板及內支撐組成,側板間采用螺絲連接,本方案投入材料少,但同樣存在安裝、拆除時需要潛水員配合,施工成本較高。

2.4 H型輕型鋼套箱施工方案

H型輕型鋼套箱是對傳統套箱的改進,充分利用了鉆孔樁基的鋼護筒作為系梁的端模,系梁側模由兩塊側板通過內撐拉體系連接,側模與端模之間通過橡膠止水帶密封。這樣在圍堰安裝、拆除時由現場普通工人就可完成,避免了外聘潛水員發生的費用,施工成本較低,同時降低了施工難度,節約了施工時間,加快了施工進度。

以上幾種方案從技術角度均可行,但根據本工程的實際情況,從施工成本、施工難度及施工進度方面比選,前3種方案明顯施工成本高,施工難度大,工期長,因此采用H型輕型套箱進行系梁施工。

3 套箱的設計與施工

資江大橋水中系梁套箱的設計從河水深度、河床地形、地質結構以及易于操作性和經濟等角度考慮,因地制宜,充分利用水中樁基的鋼護筒作為系梁的兩個端模。套箱側模采用單壁結構,由型鋼和鋼板焊制而成。側模的豎向加勁肋為2個20#槽鋼的組合,間距40 cm,橫向加勁肋為2個8#槽鋼(拼縫處采用20#槽鋼),間距50 cm。側模面板采用6 mm鋼板。套箱側模與端模(鋼護筒)之間連接采用5根JL32螺紋鋼筋對拉,套箱側模與端模(鋼護筒)接縫設橡膠止水帶以防漏水。止水帶為兩層膨脹橡膠中間夾一層硬橡膠板。見圖2。

圖2 系梁模板設計施工圖(單位:cm)

套箱內加固由拉桿和撐桿組成,主要用來加強平衡施工期間套箱內外壓力差。根據套箱在施工期間各個階段不同的受力狀況,有針對性地設置內加固措施。第一階段(套箱拼裝就位階段),此時套箱內外壓力差基本為零,不必設置內加固,但為了便于后續施工,先在下節模板上設置拉桿。第二階段(套箱混凝土封底階段),由于混凝土比重大于水2倍多,因此在澆注封底混凝土時套箱的內壓大于外壓,拉桿在此時將起到抵消內壓作用,防止產生水底爆模事故。第三階段(套箱抽水),一旦封底完成并將套箱內水抽干后,套箱內外的水位差將達到3.5m左右,撐桿將起到防止模板擠壓變形的作用,為系梁施工提供一個安全的施工環境。拉桿采用JL32螺紋鋼筋,撐桿采用Φ150鋼管。

4 水中系梁混凝土施工

4.1 施工工藝及流程

水下系梁主要施工工藝見圖3。

圖3 水下系梁主要施工工藝

4.2 施工要點

4.2.1 系梁基底開挖

系梁施工在水中,且河床以漂石、礫石為主,沒有孤石等比較大的石塊,因此采用采砂船進行系梁基底開挖。

在基底開挖過程中,開挖基底要比系梁設計底標低1m,保證開挖基底平整。

4.2.2 鋼套箱加工、拼裝、運輸

H型套箱由于其結構簡單,重量輕,因此,在陸地上可一次拼裝成型,然后用駁船及浮吊配合,將套箱運送至施工部位。

4.2.3 鋼套箱下沉

鋼套箱下沉分以下幾個步驟進行:

1)復核測量河水深度和基底高度。

鋼套箱下沉傾斜與否和鋼套箱的制作和測量有直接關系,所以在套箱下沉之前,先對河水深度和河床標高及河水流速要進行復核測量,為了正確確定套箱四周每一面的河床基底變化,決定對套箱四周的每一側面按平均間隔分別測4個點,并做詳細記錄,繪制河床斷面圖。對河水標高及河水流速和每一點水面與河床的關系記錄準確,為鋼套箱落底時可能出現的傾斜和鋼套箱的制作時所提前采取措施作為充分的數字依據。測量時所用的測量繩、錘球、要有足夠的重量,在測量時要保證不會因河水的流速影響測量結果的準確。

2)鋼套箱下沉、著床。

鋼套箱在陸地上組拼好后,通過運輸船運到施工部位,用浮吊慢慢將鋼套箱提起,慢慢下沉。下沉注意事項:

a)套箱下沉就位工作應盡量安排在水流較小的時間進行。

b)套箱下沉前要再一次對墩位處的河床進行一次全面的測量,根據測定情況,再次核實墩位處的河床至設計標高。

c)套箱著落河床高差較大時,應視情況拋小片石將河床找平,使套箱刃腳盡可能平衡著床。

d)套箱入水定位時,應注意觀測圍堰中線位置和套箱各點的標高,以防套箱傾斜。

e)套箱精確定位后,并進行跟蹤測量,使套箱精確快速地落入河床,套箱穩定后通過調整JL32螺紋鋼筋來調整側模與端模之間接縫的緊密性。

4.2.4 鋼套箱外圍回填堵漏

因為水中系梁開挖采用的是挖沙船作業,因此其開挖面比較大,為保證套箱下沉后位置穩定,且其韌腳與系梁基底之間的緊密性,保證系梁封底時混凝土不會外流,在鋼套箱下沉到位后,在套箱刃腳周圍回填卵石至河床面。

4.2.5 封底混凝土澆筑

鋼套箱沉至設計標高,套箱側模與端模(樁基鋼護筒)通過JLΦ32拉桿調整密實后,通過水下灌注的方式對系梁進行封底。封底的過程中,要特別注意側模與端模接觸的4個角的混凝土的密實性。封底混凝土厚度為1 m,封底混凝土采用C50混凝土并加早強劑,保證封底混凝土40～60min達到要求強度。

4.2.6 端模(樁基鋼護筒)的切割、加固

系梁封底混凝土強度達到80%且套箱沒有漏水情況后,方可對端模(樁基孔口鋼護筒)進行切割、加固。

先對端模進行加固,用Φ130的無縫鋼管事先焊接在要切割的鋼護筒的缺口處,根據切割高度按50 cm距離豎向布置。端模撐桿加固完畢后方可進行鋼護筒的切割。在切割的過程中采取邊抽水邊切割的方法,以免套箱內的水危及到施工人員的安全。

抽水前需根據套箱內外水位差設置一定數量的內撐,抽水過程中必須派專人負責監視,一旦有滲水現象需立即采取措施進行封堵。如遇到漲水時,從安全角度考慮可采取回灌措施,以平衡套箱內外壓力。

5 鋼筋制作與安裝

鋼筋主筋的加工制作應在鋼筋房內進行,鋼筋焊接采用雙面搭接焊,焊縫長度大于5倍鋼筋直徑,下料時使接頭50%錯開不小于35d且不小于50 cm,在焊接好的鋼筋上取樣,檢測焊接鋼筋的抗拉強度,如焊接質量合格在工地現場綁扎,取樣所切斷鋼筋采用邦條焊接好,綁條焊為雙面邦雙面焊。

6 混凝土灌注

混凝土澆注的配合比控制:為保證配合比準確,每一斗砂石材料均要嚴格稱量,細集料和粗集料要分開稱量,安排專人稱量并作好記錄。用水量的控制采用控制混凝土坍落度的方法控制。

混凝土采用HZW 25A強制式攪拌站拌制,輸送方式采用混凝土輸送泵送至系梁處進行澆筑?；炷翝仓┕し椒?采用分層斜向澆筑,由于混凝土連續不斷供應,整個系梁體積混凝土只需5 h左右就能澆筑完畢,可不考慮初凝及重塑問題。但上層與下層前后澆筑距離應保持在1.5m以上?；炷练謱訚仓穸炔灰颂?由于泵送混凝土的塌落度較大,澆筑厚度控制在50 cm左右,振動移動距離控制在50 cm以內?；炷恋恼駬v方法采用階梯式接力方法進行振搗。保證混凝土振搗密實,待混凝土終凝后,讓其處于水中自然養護?；炷翍淮芜B續澆筑完畢,若施工縫不可避免,應按規范要求在施工縫上設置上下連接鋼筋,并將施工縫進行鑿毛處理。

7 模板拆除

H型套箱的兩側模板是通過JL32鋼筋連接并固定,因此拆模時通過特定的裝置松開JL32鋼筋,模板可自動脫落。由于系梁單跨跨徑為6.3m,大于規范規定的4m跨徑,所以系梁混凝土強度必須達到設計強度標準值的75%以上,即在混凝土強度能承受其自重力及其他可能疊加荷載時,方可拆除系梁模板。

8 結論

實踐證明資江大橋水中橋墩系梁采用簡易鋼套箱圍堰方式進行混凝土施工是一種因地制宜行之有效的方法。改變了套箱各單元塊采用螺栓連接并大量需要潛水員配合作業的傳統施工方法,由此加快了施工進度,降低了水下施工難度,節約了施工成本。

[1]JTJ 041-2O00,公路橋涵施工技術規范[S].

[2]蔡江帆,張應波.大沙河橋水中系梁的施工[J].湖南交通科技,2002(1).