水下系梁施工技术

骆宏勋

(湖南省娄新高速公路建设开发有限公司,湖南娄底 417000)

1 工程概况

资水大桥工程是娄新高速公路重点、控制性节点工程。资水大桥中心里程k75+822,该桥主桥跨越资水,桥位处水面宽约350m,常水位水深约6～12m。主桥上部结构为48m+3×80m+48 m一联预应力钢筋混凝土变截面连续箱梁(分左、右幅),梁体为变高度箱形梁,预应力钢筋混凝土连续梁采用挂篮悬臂施工。

资江大桥5#～8#墩处于河道中,水中系梁长6.3 m,宽3m,高4 m,与直径3.8 m过渡段桩基连接,形成整体结构。系梁顶标高为175.5m,系梁底标高为171.5m。资江水位常年保持在175.0m左右,给施工带来了诸多不便。水中系梁构造见图1。

2 方案比选

2.1 钢吊箱围堰施工方案

钢吊箱是悬在水中的有底套箱围堰,鉴于系梁混凝土方量大,钻孔桩水中平台虽可以作为承力点,但在封底混凝土浇注前及拆除吊箱时均需要潜水员配合,且吊箱底板拼装精度要求高,施工难度大。

图1 水中系梁构造图(单位:cm)

2.2 钢托箱围堰施工方案

钢托箱是支撑在托架上的有底套箱围堰,由托架、纵梁、横梁、底板、侧板和内支撑等组成,其中托架采用特制的钢抱箍固定于钻孔桩钢护筒上。由于系梁较长,本方案投入材料较多,同样底板拼装精度要求较高,且安放钢托架、封底混凝土浇注前及拆除托箱时均需要潜水员配合,施工难度大,工期较长。

2.3 传统钢套箱围堰施工方案

采用单壁矩形无底钢套箱围堰,围堰由4块侧板及内支撑组成,侧板间采用螺丝连接,本方案投入材料少,但同样存在安装、拆除时需要潜水员配合,施工成本较高。

2.4 H型轻型钢套箱施工方案

H型轻型钢套箱是对传统套箱的改进,充分利用了钻孔桩基的钢护筒作为系梁的端模,系梁侧模由两块侧板通过内撑拉体系连接,侧模与端模之间通过橡胶止水带密封。这样在围堰安装、拆除时由现场普通工人就可完成,避免了外聘潜水员发生的费用,施工成本较低,同时降低了施工难度,节约了施工时间,加快了施工进度。

以上几种方案从技术角度均可行,但根据本工程的实际情况,从施工成本、施工难度及施工进度方面比选,前3种方案明显施工成本高,施工难度大,工期长,因此采用H型轻型套箱进行系梁施工。

3 套箱的设计与施工

资江大桥水中系梁套箱的设计从河水深度、河床地形、地质结构以及易于操作性和经济等角度考虑,因地制宜,充分利用水中桩基的钢护筒作为系梁的两个端模。套箱侧模采用单壁结构,由型钢和钢板焊制而成。侧模的竖向加劲肋为2个20#槽钢的组合,间距40 cm,横向加劲肋为2个8#槽钢(拼缝处采用20#槽钢),间距50 cm。侧模面板采用6 mm钢板。套箱侧模与端模(钢护筒)之间连接采用5根JL32螺纹钢筋对拉,套箱侧模与端模(钢护筒)接缝设橡胶止水带以防漏水。止水带为两层膨胀橡胶中间夹一层硬橡胶板。见图2。

图2 系梁模板设计施工图(单位:cm)

套箱内加固由拉杆和撑杆组成,主要用来加强平衡施工期间套箱内外压力差。根据套箱在施工期间各个阶段不同的受力状况,有针对性地设置内加固措施。第一阶段(套箱拼装就位阶段),此时套箱内外压力差基本为零,不必设置内加固,但为了便于后续施工,先在下节模板上设置拉杆。第二阶段(套箱混凝土封底阶段),由于混凝土比重大于水2倍多,因此在浇注封底混凝土时套箱的内压大于外压,拉杆在此时将起到抵消内压作用,防止产生水底爆模事故。第三阶段(套箱抽水),一旦封底完成并将套箱内水抽干后,套箱内外的水位差将达到3.5m左右,撑杆将起到防止模板挤压变形的作用,为系梁施工提供一个安全的施工环境。拉杆采用JL32螺纹钢筋,撑杆采用Φ150钢管。

4 水中系梁混凝土施工

4.1 施工工艺及流程

水下系梁主要施工工艺见图3。

图3 水下系梁主要施工工艺

4.2 施工要点

4.2.1 系梁基底开挖

系梁施工在水中,且河床以漂石、砾石为主,没有孤石等比较大的石块,因此采用采砂船进行系梁基底开挖。

在基底开挖过程中,开挖基底要比系梁设计底标低1m,保证开挖基底平整。

4.2.2 钢套箱加工、拼装、运输

H型套箱由于其结构简单,重量轻,因此,在陆地上可一次拼装成型,然后用驳船及浮吊配合,将套箱运送至施工部位。

4.2.3 钢套箱下沉

钢套箱下沉分以下几个步骤进行:

1)复核测量河水深度和基底高度。

钢套箱下沉倾斜与否和钢套箱的制作和测量有直接关系,所以在套箱下沉之前,先对河水深度和河床标高及河水流速要进行复核测量,为了正确确定套箱四周每一面的河床基底变化,决定对套箱四周的每一侧面按平均间隔分别测4个点,并做详细记录,绘制河床断面图。对河水标高及河水流速和每一点水面与河床的关系记录准确,为钢套箱落底时可能出现的倾斜和钢套箱的制作时所提前采取措施作为充分的数字依据。测量时所用的测量绳、锤球、要有足够的重量,在测量时要保证不会因河水的流速影响测量结果的准确。

2)钢套箱下沉、着床。

钢套箱在陆地上组拼好后,通过运输船运到施工部位,用浮吊慢慢将钢套箱提起,慢慢下沉。下沉注意事项:

a)套箱下沉就位工作应尽量安排在水流较小的时间进行。

b)套箱下沉前要再一次对墩位处的河床进行一次全面的测量,根据测定情况,再次核实墩位处的河床至设计标高。

c)套箱着落河床高差较大时,应视情况抛小片石将河床找平,使套箱刃脚尽可能平衡着床。

d)套箱入水定位时,应注意观测围堰中线位置和套箱各点的标高,以防套箱倾斜。

e)套箱精确定位后,并进行跟踪测量,使套箱精确快速地落入河床,套箱稳定后通过调整JL32螺纹钢筋来调整侧模与端模之间接缝的紧密性。

4.2.4 钢套箱外围回填堵漏

因为水中系梁开挖采用的是挖沙船作业,因此其开挖面比较大,为保证套箱下沉后位置稳定,且其韧脚与系梁基底之间的紧密性,保证系梁封底时混凝土不会外流,在钢套箱下沉到位后,在套箱刃脚周围回填卵石至河床面。

4.2.5 封底混凝土浇筑

钢套箱沉至设计标高,套箱侧模与端模(桩基钢护筒)通过JLΦ32拉杆调整密实后,通过水下灌注的方式对系梁进行封底。封底的过程中,要特别注意侧模与端模接触的4个角的混凝土的密实性。封底混凝土厚度为1 m,封底混凝土采用C50混凝土并加早强剂,保证封底混凝土40～60min达到要求强度。

4.2.6 端模(桩基钢护筒)的切割、加固

系梁封底混凝土强度达到80%且套箱没有漏水情况后,方可对端模(桩基孔口钢护筒)进行切割、加固。

先对端模进行加固,用Φ130的无缝钢管事先焊接在要切割的钢护筒的缺口处,根据切割高度按50 cm距离竖向布置。端模撑杆加固完毕后方可进行钢护筒的切割。在切割的过程中采取边抽水边切割的方法,以免套箱内的水危及到施工人员的安全。

抽水前需根据套箱内外水位差设置一定数量的内撑,抽水过程中必须派专人负责监视,一旦有渗水现象需立即采取措施进行封堵。如遇到涨水时,从安全角度考虑可采取回灌措施,以平衡套箱内外压力。

5 钢筋制作与安装

钢筋主筋的加工制作应在钢筋房内进行,钢筋焊接采用双面搭接焊,焊缝长度大于5倍钢筋直径,下料时使接头50%错开不小于35d且不小于50 cm,在焊接好的钢筋上取样,检测焊接钢筋的抗拉强度,如焊接质量合格在工地现场绑扎,取样所切断钢筋采用邦条焊接好,绑条焊为双面邦双面焊。

6 混凝土灌注

混凝土浇注的配合比控制:为保证配合比准确,每一斗砂石材料均要严格称量,细集料和粗集料要分开称量,安排专人称量并作好记录。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强制式搅拌站拌制,输送方式采用混凝土输送泵送至系梁处进行浇筑。混凝土浇筑施工方法,采用分层斜向浇筑,由于混凝土连续不断供应,整个系梁体积混凝土只需5 h左右就能浇筑完毕,可不考虑初凝及重塑问题。但上层与下层前后浇筑距离应保持在1.5m以上。混凝土分层浇筑厚度不宜太厚,由于泵送混凝土的塌落度较大,浇筑厚度控制在50 cm左右,振动移动距离控制在50 cm以内。混凝土的振捣方法采用阶梯式接力方法进行振捣。保证混凝土振捣密实,待混凝土终凝后,让其处于水中自然养护。混凝土应一次连续浇筑完毕,若施工缝不可避免,应按规范要求在施工缝上设置上下连接钢筋,并将施工缝进行凿毛处理。

7 模板拆除

H型套箱的两侧模板是通过JL32钢筋连接并固定,因此拆模时通过特定的装置松开JL32钢筋,模板可自动脱落。由于系梁单跨跨径为6.3m,大于规范规定的4m跨径,所以系梁混凝土强度必须达到设计强度标准值的75%以上,即在混凝土强度能承受其自重力及其他可能叠加荷载时,方可拆除系梁模板。

8 结论

实践证明资江大桥水中桥墩系梁采用简易钢套箱围堰方式进行混凝土施工是一种因地制宜行之有效的方法。改变了套箱各单元块采用螺栓连接并大量需要潜水员配合作业的传统施工方法,由此加快了施工进度,降低了水下施工难度,节约了施工成本。

[1]JTJ 041-2O00,公路桥涵施工技术规范[S].

[2]蔡江帆,张应波.大沙河桥水中系梁的施工[J].湖南交通科技,2002(1).