石梯巴河特大桥水中墩施工方案.docx

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石梯巴河特大桥水中墩施工方案

目录

一、工程概况1

二、钢围堰设计方案1

三、结构计算4

3.1钢围堰结构分析4

3.2套箱抗浮性能分析8

3.3套箱抗滑移性能分析10

3.4套箱抗倾覆性能分析11

3.5套箱抗撕裂性能分析12

3.6套箱抗大块漂石撞击性能分析12

3.7封底混凝土抗折验算13

3.8内支撑钢管受力验算13

四、封底混凝土前施工准备14

4.1钢围堰的调平14

4.2钢护筒定位15

4.3砂包抛填围堰外侧进行堵漏15

4.4钢围堰加固16

五、封底混凝土过程控制16

5.1混凝土浇注顺序16

5.2混凝土灌注16

5.3混凝土运输道路交通疏导17

六、质量安全保证措施18

6.1质量管理18

6.2安全管理19

石梯巴河特大桥水中墩基础辅助设施施工方案

一、工程概况

石梯巴河特大桥中心里程为DK90+723，桥跨布置：

1×24+10×32+（48+2×80+48）连续刚构+25×32+1×24m，采用2×80m主跨跨越巴河主航道，桥梁全长1462.94m。

12#、13#、14#三个主墩位于水中，主墩墩高为69m，3个主墩承台平面尺寸均为15.8m×19.3m，高度4m，承台底面设计高程均为244.748m。

基础为梅花形布设的17根2m桩基础构成，其中12#墩桩基深22m，13#墩桩基深19m，14#墩桩基深16m。

根据大桥施工图结构布置情况以及墩位处水文地质情况，12#、13#、14#墩采用双壁钢围堰方案进行承台施工。

二、钢围堰设计方案

钢围堰设计方案如下：

围堰壁厚采用I10工字钢作为竖肋，∠100×100×6㎜等边角钢作为横肋，∠75×75×6㎜等边角钢作为腹杆新城空间框架结构，双侧附以δ6㎜厚钢板形成组品快件，整个围堰分为三节制作。

单节分为14块，其中一号快10件，2号块2件。

2号块对称件2件。

块件间采用δ10㎜厚连接板焊接连接。

平面尺寸设计为18.8m×22.412m，围堰内外壁间距为1m，内壁承台边线最小距离为50㎝。

结构如下列图示：

平面布置图

1号块结构图

2号块结构图

三、结构计算

力学计算分为两部分。

包括钢围堰结构最不利工况抗力分析与验算及整体抗浮验算。

3.1钢围堰结构分析

本工程采用midas-civil有限元分析软件对钢围堰进行力学分析，力学模型建模思路，竖肋及横肋按量单元考虑。

横竖肋交点按分离式节点设置，交叉节点间采用刚度较大的弹性连接。

弹性连接类型考虑两节点间相对位移接近完全约束。

不考虑横肋竖肋间相互传递力矩。

腹杆按桁架单元考虑，即忽略腹杆杆端焊接对力矩的传递。

壁板按板单元考虑。

壁板与竖肋间连接视为节点刚接。

边界条件设置：

围堰刃脚底面节点仅约束竖向位移自由度，封底混凝土顶面的围堰内壁板节点约束水平方向的两个位移自由度。

由于围堰结构关于承台纵横轴线对称，故模型可简化为实际结构的四分之一进行分析即可。

对称轴位置设置相应轴向位移自由度约束及三轴扭转自由度约束。

验算最不利工况：

堰内水抽空，堰外水位达到253m高程时围堰漫顶前最大水压力作用下围堰受力工况。

电算情况如下：

1、电算模型：

平面模型

三维模型

2、横肋、竖肋——梁单元应力水平

横肋竖肋最大应力为σmax=162.7Mpa，出现在第二层角支撑的支点位置，另外围堰拐角及封底顶面横桥向对称轴位置也出现σ=137MPa左右的应力。

但作为临时结构，相对于永久结构其容许应力[σ]可适当增大通常控制在1.3[σ]=1.3×140=182MPa。

因此σmax=162.7MPa<[σ]=182MPa。

结构安全。

3、腹杆——桁架单元应力水平情况

腹杆（桁架单元）应力最大为σmax=162.37MPa，同样出现在第二层角支撑的支点位置，σmax=162.37MPa<[σ]=182MPa，结构安全。

4、面板——板单元应力分布情况

面板应力云图显示最大应力仅为σmax=40MPa，远小于[σ]=140MPa，结构满足受力要求。

5、钢围堰变形情况。

围堰在最不利工况下，最大变形发生在横桥向下层支撑与封底砼之间结构对称轴附近。

最大位移为5.04㎜，变形量较小满足施工要求。

根据上述电算结果可认为当水位超过253m高程，且尚未漫顶之前，结构安全可靠。

3.2套箱抗浮性能分析

石梯巴河特大桥实测河床面高程约245m左右。

承台底面设计高程均为244.748m。

当前施工水位约249到250之间，河床覆盖层极少，大部基岩裸露。

具体结构形式如下图所示。

在钢围堰就位前对河床进行爆破处理，处理之后河床高程约为242.6m，以12墩为例进行钢围堰的抗浮性能分析。

立面图平面布置图

1套箱自重计算

1.1计算钢套箱自重

钢套箱材料总质量为M=230t

则钢套箱材料的总自重为G1=Mg=230×10=2300（kN）。

1.2计算封底混凝土重量

混凝土容重为γ=23kN/m3

封底混凝土平均厚度h=2.10m，根据实测经过计算得。

套箱内层宽为a=16.8m，长为b=20.4m

则封底混凝土的重量为G2=γ×h×a×b=16553kN

1.3计算套箱内水重

考虑到洪水季节不施工，为防洪要求套箱内应注满水

水容重取γ=10kN/m3

水头为9.63m，即套箱顶到封底混凝土顶面的高差7.53。

套箱宽a=18.8m，长b=22.4m

套箱内水自重G3=a×b×7.53×γ=31710kN。

1.4为增加套箱自重，拟往套箱壁内灌砂4m，可增加重量：

G4=（18.8+22.4）*2*4*（14-10）=1318KN（为安全起见，河砂容重取14KN/m3。

）

1.5封底后套箱体系的自重

G=G1+G2+G3+G4

=2300+16553+31710+1318=51881kN

2.浮力计算

钢套箱受到的浮力为：

F1=γ×a×b×9.63=40554kN

3.抗浮力计算

安全系数K=G/F1=51881/40554=1.28>K0=1.1

结论：

套箱整体能够满足抗浮要求

3.3套箱抗滑移性能分析

1、钢套箱流水压力计算

作用于钢套箱上的流水压力可按下式计算：

取K=1.47，g=10m/s2,v=4.76m/s（为洪水时的最大流速）,则：

A=9.63×18.8=181m2

P=1.47×181×10×4.762/（2×10）=3014kN

2、抗滑移验算

套箱所受总竖直力为：

G-F1=51881-40554=11327kN,所受总水平力为P=3014KN。

根据《铁路桥涵地基和基础设计规范》TB10002.5-2005的规定，套箱滑动稳定系数

Kc=μ（G-F1）/P=0.4*11327/3014=1.5>1.2

注：

河床底为泥岩，按照《规范》规定，软质岩的基地摩擦系数为0.4-0.6，计算中μ取0.4。

结论：

钢套箱能满足抗滑移要求。

3.4套箱抗倾覆性能分析

经分析，最有可能沿下游侧刃脚倾覆，此时竖向力对其提供的稳定力矩为：

（G-F1）*a/2=11327*18.8/2=106473KN.m

水平推力对其提供的倾覆力矩为：

P*h/2=3014*9.53/2=14361KN.m

由此可见，套箱的稳定力矩远大于倾覆力矩，完全能够满足抗倾覆性要求。

3.5套箱抗撕裂性能分析

面板的极限抗拉强度为140MPa。

最大洪水时，其水平推力对面板产生的应力为：

p/A=3014/18.8/9.53/1000=0.017MPa

由此可见，最大洪水对面板产生的撕裂应力远小于面板的极限抗拉强度，套箱完全可以满足抗撕裂要求。

3.6套箱抗大块漂石撞击性能分析

从卫星地图上我们可以看出，石梯巴河特大桥上游约3km，下游约1.2km处各有一处河滩。

经现场测量，巴河经过两处河滩时水深约1m，而石梯巴河特大桥套箱处目前最大水深约10m。

由此可以推断，两处河滩间为一水槽，钢套箱所在位置相对上游河滩的最大高差约9m。

经现场调查，石梯巴河特大桥上游3km范围内，两侧河岸稳定，大块岩石滑落河道的可能性极低。

大块漂石通常来自上游。

当漂石通过套箱上游3km处的河滩时，其可能的最大速度为最大洪水流速4.76m/s。

从河滩至套箱的距离约3000m，需用时至少3000/4.76=630秒。

考虑到洪水时，水面标高还将上涨约20m，套箱处的最大水深约30m。

通过计算，岩石在30m深的水里，从水面到水底的沉底时间约3.2秒。

即洪水时，套箱上游3000m处水面出现的漂石，3.2秒时间内即已沉到河床。

此时，漂石仅向下游运行了15m。

考虑到河床的摩擦阻力及河水在双壁套箱所在地的水槽段流速将大大降低等因素，河水经过2985m将漂石搬运到套箱处时，漂石对套箱的冲击势能将是极其微小的。

套箱完全能够抵抗大块漂石的冲击。

3.7封底混凝土抗折验算

封底混凝土的平均厚度为h=2.1m，水头为

92112

由于封底混凝土为C30其抗折强度为20.1MPa，故其抗折强度满足要求。

3.8内支撑钢管受力验算

围堰内支撑设计情况为：

沿线路方向在标高为249m及251m各设2根φ630钢管（沿围堰横向方向1/3及2/3处）并在四角设4根斜撑，斜撑不得影响垫块施工。

由于支撑钢管起支撑围堰的作用，所以支撑钢管主要承受钢套箱受到的流水压力P=3014kN。

由四根钢管承担流水方向的支撑作用，所以每根钢管的承载力需能满足P/4=753.5kN，

钢管的直径为d=0.63mm，壁厚t=0.01m

则其承受的应力为σ=

钢管材质为Q235其屈服压强度为235Mpa，故钢管满足强度要求。

经过对套箱的结构性能、套箱上下游地形、洪水流速等多种因素的定性、定量分析，套箱完全能够满足洪水期的抗浮、抗滑移、抗倾覆、抗撕裂、抗漂石撞击性能要求。

12#墩封底完成，钢套箱能完全够够平安度汛，不会对自身及下游建筑物造成任何威胁，继续进行下步工序作业是可行的。

四、封底混凝土前施工准备

栈桥顶面高程为255m，钢围堰顶面高程为253m，施工水位为249～250m，处理之后河床高程约为242.6m。

钢围堰加工内部平面尺寸为16.8×20.4m，夹壁厚1m，分三节整体加工，水运至现场整体拼装焊接、下沉。

4.1钢围堰的调平

由于钢围堰基床不平整，实际着床情况不太理想，与原计划围堰韧角嵌入泥岩存在差异。

为了确保钢围堰顶面的平整度及受力均衡性，采取以下措施纠正，对钢围堰巴中侧方向抽水悬浮后，由潜水员依据水下实测悬空高度特制钢管桩，钢管桩短管上下两端用钢板封住，沿围堰悬空处每隔1m塞垫一处。

由潜水员下水塞垫，再通过灌水下沉重新着床，将钢围堰压紧钢管桩。

4.2钢护筒定位

钢护筒长度11.5~14.5m，由现场加工分两节水运至现场。

为加快施工进度，钢护筒在现场出运平台进行接长焊接后，吊船整体吊装至钢围堰导向架处进行前期存放。

最终钢护筒定位采用整体双层导向架模式，在上层导向架测量放样出钢护筒的桥轴线、墩轴线位置，吊线锤将测量点引至下层导向架，定位时采用工字钢或槽钢十字方向焊接顶住限位,预留1cm下放空隙,起吊后通过定位缓慢下放，达到精确定位目的。

钢护筒精确定位完成，为防止封底时混凝土流进护筒里，在护筒内抛填2m厚的砂包，砂包应均匀堆压于钢护筒内壁四周。

4.3砂包抛填围堰外侧进行堵漏

完成围堰精确定位及稳定钢管桩振沉后，开始围堰外侧抛填，由货船运砂至围堰边，人工装砂抛填，重点抛填位置为巴中侧及下游侧，确保浇筑封底时砂包稳住混凝土。

4.4钢围堰加固

为了平衡在浇注过程中混凝土产生的应力，增加钢围堰的稳定，在钢围堰巴中侧及下游侧每隔5米设置φ630钢管斜撑。

五、封底混凝土过程控制

5.1混凝土浇注顺序

横桥向由下游往上游依次推进，顺桥向由巴中侧往达州侧推进。

封底混凝土浇注顺序图

5.2混凝土灌注

混凝土采用C30水下混凝土，应具有足够的和易性、流动性，塌落度为20~22cm，初凝时间为24小时。

导管采用内径280mm的钢管，灌注作用半径约为4m。

导管内壁应光滑，使用前应经水密性试验合格。

导管采用4套，每套导管长度约15m，管顶部分导管采用多根0.5m短管，以便调节，其余导管长度2.5～4m。

导管接好后在上面作长度标记，与浇筑料斗安装在一起，料斗的容量应满足首灌埋管0.8m的要求，灌注时先灌满料斗，拉球的同时由装满8m3混凝土运输车继续往料斗泵送混凝土。

剪球时导管下口与地面距离0.3m，先将导管沉放到底，以平台面作参照在导管上作标记。

混凝土灌注从下游开始往上游，灌注过程随时检查混凝土的流动距离、导管埋入深度、浇注速度及混凝土面上升高度，及时调整，安排3人专门负责浇筑厚度的测量，现场技术员负责记录。

水下混凝土灌注过程应连续，一般情况下不得中断。

浇筑完成后对布控监控点全面检查测量，保证封底混凝土的厚度及平整度。

设计封底顶面标高244.748m（承台底），灌注过程控制顶面标高244.748m。

5.3混凝土运输道路交通疏导

混凝土由2＃搅拌站负责产生，1＃搅拌站备用，由8台运输车连续运输，经现场勘查，结合周边的环境，混凝土运输路线利用202省道直接到达施工现场。

为了保证工程施工顺利及道路交通顺畅，为了保障村民的安全，减少对村民正常生活的干扰，采取以下主要控制措施，浇筑前与当地交通管理部门、村委沟通，在主要通道、路口、临时道路两侧设置交通标志,落实交通疏解员和巡护员编制，施工期间24小轮班执勤，每班2人。

六、质量安全保证措施

6.1质量管理

1、落实岗位职责

制定岗位责任制，明确施工各级管理及技术、施工、操作人员的岗位职责，让人人对质量各负其责。

坚持工程质量“谁主管谁负责”的原则。

2、施工过程质量管理

工程材料和辅助材料（包括构件、半成品）都是构成建筑工程的实体，保证工程材料质量是提高和保证工程质量的前提，试验室对采购的原材料、构（配）件、半成品等材料，必须健全进场前检查验收和取样送检制度，杜绝不合格材料进入施工现场。

施工操作人员是工程质量的直接责任者，对专业性强的工序，必须具备相应的操作技能，并经考核持证上岗。

施工操作中，要坚持自检、互检、交接检制度，要牢固村立“上道工序为下道工序服务”的思想，坚持做到不合格工序不交工。

操作过程中，要坚持工前有技术交底，工中有检查，工后有验收的操作管理方法，做到施工操作程序化、标准化、规范化。

3、技术管理

在施工中，确保设计意图按照有关规范、技术标准在施工中得以实现，并推广应用新技术和新工艺，确保水中墩施工的质量和进度。

在施工前对施工方法、施工参数、质量、安全、进度、人员组合、设备、材料等进行计划及控制，对施工过程中的特殊工序、关键过程、重点等进行指导，对产品进行防护。

6.2安全管理

1.成立防洪领导小组，组建防洪抢险队，做到组织机构人员落实、在讯期前准备足够的防洪物资及机具配备齐全并建立台帐，防洪物资及设备随用随补，始终保持足够的储备。

2.防洪工作实行领导负责制，分级负责，统一指挥，坚持24小时值班制，如有重大险情立即报告项目部防洪领导小组。

3.施工队要加强对员工的防洪安全教育，并在汛期前就结合施工实际情况，制定防洪措施和发生险情后的抢险方案。

4.根据当地汛情规律，确定防洪值班起止日期，并主动与当地水利、气象部门建立联系，及时收听、收看当地的天气预报，及时掌握天变化情况。

当遇有灾害天气预报时、施工现场必须有施工队负责人值班，确保出现险情能够迅速做出反应。

5.在围堰靠两侧侧4个角上设置4根防护桩，防护桩采用直径φ630mm钢管，防护桩的高度为超过围堰顶10m。

防护桩上设警示标志（夜间警示灯）。

并且按航道主管部门有关安全方面的要求，设置必要的安全作业区或警戒区，设置有关标志，施工期间指派专人警戒及防护。

6.汛期内加强工地巡查、信息的传递和反馈工作，做好施工范围内汛期雨中、雨后检查，一旦发成险情水害，及时组织抢救，将水害造成的损失降至最低限度内。

7.防洪抢险人员要相对稳定，并适时进行防洪演练，随时处于待命状态。

8.施工现场、驻地、料场、库房应有排水功能随时保证畅通不堵塞。

材料堆放要分类堆码，下部进行支垫，确保通风，并有防雨防潮措施。

9.施工中电线、电缆应不要拖地，不要多根电线、电缆相互缠绕，配电箱必须有漏电保护器防止漏电造成事故。

10.注意天气预报并与气象部门及时联系、确认台风的风力、雨量、运动方向、登陆位置，合理组织施工，台风到达前停止作业，避让台风，减少损失。

台风过后对施工区域进行详细检查，确保安全恢复施工。