深水桥梁的基础施工技术.docx

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深水桥梁的基础施工技术

深水桥梁的基础施工技术

一、概述

所谓深水桥施工，亦是指在水深大于5m、河面宽100m以上的江面上施工的大跨度桥梁。

依照桥梁所处河址的地形地貌、水文地质情形，采取科学、合理的施工方式。

二、大体思路

纵观国内外深水桥梁的施工实例，不论是跨海仍是跨越江河湖泊，核心的问题是如何解决基础工程的施工问题。

而基础工程的难点那么是水中施工问题，要解决这一问题，无外乎是船坞法、或围堰法。

船坞法即采纳大型船坞（500t以上）搭设水上工作平台，利用水上平台进行下部工程的施工（桩、承台、墩身等）；围堰法即咱们近来常利用的双壁钢围堰，利用钢围堰下沉到咱们所需的墩位处，在钢围堰上搭设工作平台进行基础施工。

如国内大伙儿所熟知的杭州湾跨海大桥、山东青岛的黄岛大桥、浙江宁波的舟山大桥，和最近几年来建成的天兴洲大桥、南京大胜关长江大桥等，均不同型式的采纳了上述两种施工方式。

船坞法需要大吨位的船驳及相应马力的牵引装置和水上配套设施，投入较大、要求较高；我国的大桥工程局、中交系统的中国港湾等常有利用。

而围堰法关于水深30m以下、流速在5m/s以下的河流或湖泊中，常被广大的施工单位所采纳，不失为一种经济、简便的深水桥梁施工方式。

下面，咱们将结合围堰法的特点，重点进行讲述。

三、围堰法

围堰分土围堰和钢围堰、钢筋混凝土围堰等三种。

钢围堰那么分钢板桩围堰、单壁钢围堰、双壁钢围堰、混合型钢围堰（即基层双壁、上层单壁钢围堰）等。

至于采纳哪一种型式为宜，应依照承台结构形式、底面高程、工程数量、河床面高程、地质情形、冲洗情形及施工期的水位流速转变、围堰安装的方式等因素综合考虑。

关于水深小于3m、流速小于3m/s的河中或岸边施工时，可采纳筑岛土围堰或钢筋混凝土围堰或钢板桩围堰或单壁钢围堰施工。

而关于水深大于5m、流速大于5m/s且有通航要求的水中墩施工，那么宜采纳双壁钢围堰施工。

下面，重点讲双壁钢围堰的设计与施工。

四、双壁钢围堰的设计与施工

㈠、双壁钢围堰的设计

一、大体数据的搜集

要设计双壁钢围堰，第一要弄清楚需设计一个如何的双壁钢围堰？

它是什么形状？

圆形？

矩形？

而或是两头为圆形、中间为矩形？

它的平面尺寸、立面尺寸如何确信？

等等。

这就要求搜集一些必要的大体资料和数据。

⑴、要测绘桥址处的平面图（或搜集），以便了解施工厂地的情形，为施工厂地的布置提供依据。

⑵、要测量桥轴线的河床地形断面图，搜集地质断面图，专门是水中墩墩位处的地质情形。

⑶、要搜集河流的水文情形、通航情形，要了解近五年来的水位高程、昔时枯水期水位高程、丰水期水位高程、百年一遇的水位设计高程、通航水位高程及通航净空要求等。

⑷、要通过施工设计图准确把握水中墩的桩基布置，包括桩的根数、直径、桩深；承台的平面、立面尺寸，和承台底、承台顶标高等。

二、围堰平、立面尺寸的拟定

依照以上搜集到的资料，进行双壁钢围堰的几何尺寸设计。

第一是外形设计：

在一样情形下，专门是要采纳双壁钢围堰作为搭设桩基或承台施工的平台时，宜采纳圆形钢围堰。

其优势是可利用的平面空间尺寸较大、整体受力较大、过水能力较强；但缺点是要花费较多的钢材，组拼工作量较大，焊接工作量大等。

实际施工中，采纳圆形或两头为圆形、中间为矩形的较多。

⑴、圆形钢围堰内径尺寸的拟定，其内径为：

公式中各项字母含义，参见图1所示。

图1双壁钢围堰结构尺寸组成示用意

式中：

D1——钢围堰的内径（以米计）；

a——承台（假设两层承台，那么为基层承台）顺桥向宽；

b——承台横桥向最大尺寸（以米计算）；

△B——承台对角线处距围堰最近点距离，一样取～米为

宜；

L——承台（基层）对角线长度（以米计算）；

D2——钢围堰的外径（以米计）；

h——双壁钢围堰厚度；视围堰高度及经受的荷载确信，一样为

～米。

⑵、围堰高度的确信

H=设计水位高程（或为五年一遇最高洪水位）-封底混凝土高

程+平安高△H

式中：

平安高△H一样为米；

封底混凝土高程=承台底高程-封底混凝土厚度；

封底混凝土厚度的确信：

一样应大于2米，并保证在抽水、进行承台施工时增加围堰抗浮力及底部不漏（渗）水的需要。

⑶、围堰上浮浮力的计算

围堰上浮力计算原理很简单，即依照阿基米德定律，浮力大小等于物体排开液体的重量。

即：

式中：

Wf——水的浮力（t）；

D2——围堰外径（m）；

Ht——围堰抽水后内外的水头差（m）；

γ1——水的容重（t/m3）。

⑷、抗击浮力的计算：

W抵=W自+W台+W填+W摩

式中：

W抵——围堰抗击水的浮力（t）；

W自——钢围堰的自重（t）；

W台——围堰上搭设工作平台及设备重（t）；

W填——围堰内注水或灌入混凝土的重量（t）；

W摩——围堰内壁及桩护筒与封底混凝土的摩擦力（t）；

W摩=（πD1+nπd）×H封×φ式中：

D1——围堰内径（m）；

n——桩的根数；

d——桩的钢护筒外径（m）；

H封——封底混凝土厚度（m）；

φ——钢与混凝土的粘着系数。

由此计算，假设W抵≥Wf那么封底混凝土厚度符合要求；如不知足要求，那么修正封底混凝土的厚度，直至知足要求为止。

注意：

有人曾在计算抗击浮力时，将整个封底混凝土的自重均计入，这是不够科学的；除非能保证封底混凝土与钢围堰形成一个结构整体。

图2双壁钢围堰结构示用意

3、钢围堰的结构设计

⑴、钢围堰的结构设计应按钢结构设计原理进行计算。

其整体设计组成如图2所示。

⑵、在计算出围堰总高度后，应依照自身的起吊能力对围堰总高进行分节。

为下沉及接高的需要，底节高不宜小于，其它节的高度在3～5m都可。

为减少焊接、拼装的工作量，不宜分得过小。

每节围堰又可分为8块或12块组拼。

⑶、围堰的刃脚部份应进行特殊设计。

一样采纳较强的型钢焊接而成，因要入岩及起整个围堰的支撑作用。

⑷、组成围堰的竖肋、水平横（斜）撑、面板等，均要进行构件的计算。

计算的原那么为：

竖肋应按两头固结的杆件或将整个围堰的竖带组合体视为一桁架结构的弦杆进行检算；水平横（斜）撑按桁架结构的杆件进行检算；面板那么应按四边嵌固的板验算板的应力及局部变形。

计算荷载如下：

①、平台上传递而来的竖向静活载（自重、设备、人员）；

②、如作为钻孔桩施工平台，还应考虑钻机的冲击荷载；

③、水压力；

④、自重。

具体计算方式，详见钢结构计算手册。

㈡、钢围堰的施工

一、钢围堰的加工及制作

钢围堰的制作及加工，应在指定的具有加工能力的大型钢构件厂进行，具体的加工工艺，各单位均有较成熟的工艺，从略。

二、钢围堰的就位、下沉、接高、落床

如何将制作好的钢围堰运到指定墩位，并准确就位下沉，是一个面临要解决的难题。

要解决此问题，大致有以下几种方式：

⑴、栈桥T接平台法（先堰后桩）

图3钢栈桥T接平台示用意

此法的核心思想是：

先在平行于桥轴中心线的上游20m左右的地址修建栈桥，栈桥长度依如实际需要决定；然后利用修好的栈桥向水中墩位处横向延伸，形成T接工作平台。

利用此平台组拼钢围堰底节，并在平台上设置两台50t以上的门式吊机起吊、操纵下沉、接高及就位。

围堰下沉时靠预先在设计好的位置插打4～6根钢管桩作为下沉的导向装置，以固定、制导钢围堰准确下沉。

如图3所示。

具体施作程序如下：

①、先修建栈桥。

②、栈桥T接。

③、利用100t以上打桩船、DZ60震动锤插打Φ630×6mm钢管桩，保证入岩深度不小于2m。

入岩困难时，可在钢管中先打入很多于3根Φ108的三个小孔、并插入钢管；待大钢管定位后浇注C25水下混凝土、高度不小于4m（从岩面起算），共打入4～6根。

④、在钢栈桥上拼装龙门吊。

⑤、利用拼装好的龙门吊修建工作平台，用于底节钢围堰拼装。

⑥、拼装底节钢围堰时，亦可将工厂生产并经试拼的底节钢围堰先在栈桥上拼成1/4（4块）大块；在已打好的4～6根定位钢管桩上搭设临时工作平台进行组拼，起吊整节底围堰时再拆除该工作平台，缓缓下沉。

⑦、当底节钢围堰在导向装置的带动下，下沉到围堰能自浮、并保证干弦高度不低于时，依托设定在钢导管侧面的临时锁定装置临时锁定，以备下节钢围堰的接高。

临时锁定装置可设抱箍或钢楔块或导向轮等装置。

大桥局南京大胜关长江大桥为此事专门设计了可水平调剂的挂桩装置，从围堰下沉时可控、可调，专门是在有潮汐及流速较大时，这种设计是必要的。

⑵、栈桥T接法之二：

先桩后堰法，即利用延伸的栈桥在墩位处先将桩的导管打入指定位置，利用导管搭设工作平台；先施工桩基并完成桩后，再利用桩的导管施作围堰、下水、接高就位、水下混凝土封底，以后施工承台、墩身。

⑶、临时码头加浮运平台法（先堰后桩）

此法的核心思想是：

在水中墩上游30m左右处、靠工作场地开阔的一岸修建临时码头，码头的规模可修建为宽、35m长、近2000平方米的场地，可知足底节钢围堰组拼的要求即可。

参见以下图4。

图4码头浮运法示用意

在码头修建好后，可按如下程序操作：

①、在靠近码头处利用租赁的中60浮箱（个数由钢围堰的大小决定）或自行在工厂焊制浮箱组成必然规模的浮运平台；

②、在浮运平台上组拼、焊接底节钢围堰；

③、用拖轮将已组拼好的钢围堰拖到指定的墩位处；

④、在要下沉钢围堰的水中墩处，事前设定、就位好定位船；定位船设有50t浮吊或门式吊机，作为起吊底节围堰、接高、就位而用；参见以下图5。

图5钢围堰在墩位处提升、就位示用意

⑤、待底节围堰利用定位船上的吊机起吊后，拖轮将牵引浮运平台至岸边进行下一节围堰的组拼、以备接高；大型组件如此反复工作，直至围堰达到全高；

⑥、钢围堰下沉的操纵靠设在船上的四台卷扬机彼此调整，操纵下沉。

此法的优势是工序简单，可不修建栈桥；但需要较多的水上施工设施。

⑷、临时码头起落平台浮运法（十七局沅江桥施工方案）

此法与上述方式大体相同，不同的地方在于：

①

、在靠近码头处修建一个能够起落的组拼平台，组拼平台由两台固定龙门吊梁拖住，而龙门吊的起升动力由穿心式千斤顶提供；每组由四根Φ38精轧螺纹钢筋穿过小横梁传递拉力或下滑。

见图6。

图6临时码头起落平台浮运法示用意

②、在码头处利用吊车在起落平台上组拼（组拼时高出水面左右），当底节钢围堰组拼完毕后，利用龙门吊机的吊杆下滑，使围堰入水、并达到自浮。

自浮后，利用两艘200t铁驳夹住钢围堰、用拖轮拖至墩位处，用锚碇锁定铁驳位置，并用铁驳上的浮吊（60t）起吊钢围堰完成入水、就位。

③、至于第二节……直至顶节的组拼，需船将散件通过水上运输运至定位船周围，再利用导向船上的60t浮吊组拼。

此法的优势是简易可行，不需要太大的起吊设备；但与浮运平台法相较，那么需修建浮运起落式平台，二者相较，工期可能较长；费用与租赁中-60浮箱或自制浮箱相较，不必然经济。

施工单位可自行详细核算后取弃。

⑸、底节围堰岸上整体制造、气囊法断缆下水法

中铁大桥局承接的京沪高速南京大胜关长江大桥，其主跨为：

（108+192+336×2+192+108）六跨持续钢桁拱、按六线设计，其水中墩采纳了此法施工。

此法的要点是：

①、在岸上整体制造底节钢围堰，使钢围堰支承于U型浮箱上，并对刃脚部份采纳气垫加以处置，以增加其浮力。

②、底节围堰在岸上组拼好后，利用1：

28的斜坡滑道、断缆下水，使其滑落到足以上浮的深水区不至于搁浅。

③、然后利用拖轮及铁驳导向，将其浮运至墩位，利用重锚精准定位。

④、定位后，插打定位钢护筒；利用钢护筒顶设置提升设备，使钢围堰挂于钢护筒上，形成固定工作平台；进行钻孔灌注桩的施工。

⑤、待所有的桩完成施工后，利用此固定平台接高钢围堰；在设于钢护筒上的导向装置下，使钢围堰下沉、着床。

⑥、然后进行水下封底混凝土施工。

围堰内灌注必然高度的混凝土，以知足在围堰抽水后围堰具有足够的重力以抗击上浮。

⑦、随后进行承台、墩身施工，程序同前。

采纳这种方式施工，是在大江大河并有潮汐阻碍的情形下，进行水中墩施工的好方式；但需要起重量1000t以上级的大型浮吊及配套的水上设施。

国内除中铁大桥局、中交三航局外，其它单位尚无能力组织施工，因此只能依照自身的设备能力及施工技术水平，采纳前述四种方式之一进行水中墩施工。

3、封底混凝土的施工

①、水下封底混凝土为采纳垂直导管法施工，因其体积大、面积大，应依照导管的直径、灌注砼的流动半径，均匀、合理布设灌注导管。

导管直径宜为Φ320至Φ360mm，采纳分层、先中后边，依次均匀向边灌注；应派潜水员及时观看水下灌注情形，保证水下混凝土的封底厚度及质量。

②、封底混凝土的灌注必需一次、持续完成，半途不得停顿。

要组织好混凝土的生产、运输，为避免封底时水从围堰顶溢出，应在围堰顶以下50cm处预留泻水孔。

五、承台、墩身施工

在围堰内封底混凝土达到设定的强度后，抽干围堰内的水进行承台施工。

承台施工时，应注意操纵大体积混凝土的内外温差不超过25℃；应采取埋设冷却管通水降温等方法，避免由于水化热过大造成浇注后混凝土开裂！

同时，应注意预埋好墩身、梁部0#块施工用必要的预埋件，和塔吊基础的施工等。