混凝土预制底板钢吊箱水中桥墩承台施工技术
摘要:通过上海崇明越江通道长江大桥B1标工程水中墩施工事例,详细叙述了采用混凝土预制底板钢吊箱施工桥梁水中墩承台的设计计算和施工方法。
1 工程概况
上海崇明越江通道长江大桥B1标工程水中墩承台PM22号～PM28号主要分布在浅滩区,且均为高桩承台。各墩均设左右两幅承台,共有承台14个。
承台平面尺寸为11.7 m×7.8 m,呈六边形(见图1),承台顶标高均为+4.0,承台底标高均为+1.5。承台顶面四周设有2.94%或3.57%的斜坡。基础均采用4根!1.8 m的钻孔灌注桩。
最高设计水位取高潮累计频率10%潮位标高+4.10,最低设计水位取低潮累计频率90%潮位标高+0.52。结构计算按50 a一遇水位加上50 a一遇H1%波浪作用进行设计。根据水文条件、地质资料、工期要求及施工经验,并考虑节约成本,PM22号～PM28号墩承台采用单壁钢吊箱施工方案。
2 钢筋混凝土底板设计
2.1 设计参数
1)设计抽水水位。根据最高设计水位取+4.10,故设计抽水水位标高确定为+4.10(已考虑了暂定0.8 m的浪高)。
2)钢吊箱平面尺寸。考虑施工时误差10 cm,单壁钢吊箱平面尺寸为1 288.6 cm×849.2 cm。
3)钢吊箱基本参数。钢吊箱壁厚为24.6 cm,高370 cm,平面为六边形结构。底板采用厚30 cm的钢筋混凝土预制板,对称分成四块。采用“底包侧”的方案,底板各边均比吊箱各边大11.4 cm。钢吊箱壁板顶标高为+4.5;钢吊箱底板面标高为+0.80;封底混凝土底标高为+0.80,厚度为0.7 m。
2.2 钢筋混凝土底板受力计算
1)荷载取值。流水断面设计流速为2.9 m/s;钢筋混凝土底板容重26 kN/m³,厚度为0.3 m;封底混凝土容重为24 kN/m³;钢筋混凝土承台容重为26 kN/m³,厚度为2.5 m;水浮力为10 kPa;静水压力为10 kPa。设计荷载组合:水平荷载为静水压力+流水压力+其他;竖直荷载为吊箱自重+底篮自重+封底混凝土自重+浮力+其他。
2)预制钢筋混凝土底板配筋计算。取4个护筒之间的预制混凝土板作为简支板来计算(计算尺寸为5.6 m×4.8 m)。
(1)设计基本参数。预制板厚为30 cm,采用C20混凝土,II级钢筋。混凝土轴心抗压设计强度为Ra=11 MPa;钢筋抗拉设计强度为Rg=Rg′=340 MPa;混凝土受压区高度界限系数为ξjg=0.55;纵向受拉钢筋最小配筋率为μmin=0.15%;混凝土的材料安全系数为γc=1.25。
3 钢筋混凝土底板施工
3.1 钢筋混凝土底板预制钢筋混凝土底板预制前在预制台座上按照各墩位的护筒偏位情况进行放样,确定护筒沉放口位置,然后在预制台座上进行钢筋绑扎、安装、浇注混凝土。
钢筋分上下两层,受力钢筋间距为10 cm,保护层净厚度为:底层钢筋混凝土厚度6.5 cm,顶层和周边5.0 cm。护筒沉放口和吊点位置加设两层"8 mm的钢筋网片(见图3)。
3.2 钢筋混凝土底板拼装
1)钢吊箱悬吊下沉系统由支承牛腿、承重梁、导向架、型钢分配梁、精扎螺纹钢和Q-32液压顶等组成。
因为支承牛腿就位后是在正常水位以下,故设置为倒挂牛腿,每个钢护筒四周各设置6个,拼装钢吊箱时支承牛腿是在正常水位以上。支承牛腿是钢吊箱拼装和下沉中的关键受力部件,焊接时需保证其质量,焊脚高度≥8 mm,且同一工况下的牛腿应保持在同一水平面上,误差力求控制在2 mm左右。
每个护筒设置2个导向架,并在迎流面增加1个导向架。导向架每1 m设1个支点,共设置3层,并安放导向架平联,将导向架与护筒牢固连成一体,导向架至钢吊箱堰内侧的间隙为5 cm。导向架与钢护筒的连接采用型钢连接,与护筒焊接固定,焊结位置宜在与导向平联成90°的方向上。
钢吊箱采用8根"32JL785级精扎螺纹钢和8个Q-32液压顶(顶程为200 mm)作为下沉系统。
2)钢筋混凝土底板拼装时,先在钢护筒上设置拼装平台牛腿(采用倒挂牛腿),在牛腿焊接完成后即可进行拼装。钢筋混凝土底板对称分成4块,利用履带吊配合手拉葫芦进行安装。各块就位后将接缝处的型钢用钢板满焊连接。底板拼装力求平整,拼缝连接处尽可能进行双面焊接。
3)拼装钢吊箱壁板(见图4)。钢吊箱整体拼装焊接完成后,悬吊下沉系统均匀将钢吊箱上提10 cm,并拆除底平台,最后下沉钢吊箱至设计标高处。基底检验合格后,及时进行封底混凝土的浇筑。
4)钢吊箱沉放过程中,力求各液压顶均匀、一致,以防钢吊箱倾斜、偏位和吊点不均匀受力。在下沉到位前50 cm左右时进行测量,纠偏。下沉到位后,及时将其与钢护筒进行可靠连接,确保钢吊箱的稳定,从而保证封底混凝土的质量。
4 施工监控与小偏位纠偏技术措施
1)钢吊箱各分块位置和垂直度是确保吊箱整体正确就位的关键部分,故采用平台及平台顶定位措施确保钢筋混凝土底板平面位置及标高,采用吊杆和导向确保各分块吊箱垂直度。
2)钢吊箱下沉过程中要始终监测桥轴线和墩轴线及吊箱8个角点平面位置(允许偏位为5 cm);监测整体垂直度(<0.3%),如平偏位或倾斜度超出规定要求时,应采取措施进行纠偏。
3)下沉标高控制点放置在钢护筒上,由下沉指挥人员确定下沉速度和下沉位置(下沉是否到位根据钢护筒上的控制点到底篮面的距离来确定)。
5 结语
在上海崇明越江通道长江大桥B1标工程桥梁水中墩承台施工中,使用了钢筋混凝土预制底板钢吊箱,节省了钢材,降低了工程造价。此项施工技术也创造了无水的承台施工环境,使得水中墩承台施工过程与陆地上桥墩承台施工过程无异,确保了水中墩承台施工的质量。
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