国外援建大桥水中桥墩施工工艺.docx
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国外援建大桥水中桥墩施工工艺
国外援建大桥水中桥墩施工工艺
一、基本情况
大桥桥位距勃固河口约5km，距海口约42km，属海相潮汐河流；西岸属仰光市郊区，东岸为丁茵（未来的工业区）。
大桥建成后把丁茵和仰光市区连为一个整体，对仰光老市的工业建设有着非常重要的意义。
1.水中墩的工程概况
下部结构、型式经初步设计比选以及缅方考虑之后，决定采用沉井方案。
全桥53个墩台全为沉井基础；其中正桥水中墩1－17号墩为Φ16m直径，高17m的钢沉井，上面接高部分为混凝土沉井，沉井下沉的深度根据地质情况而异。
最浅的下沉到－37.5m高程，最深的达－45.5m；沉井顶面高程全部为－3.5m；也有个别桥墩修改了设计，例如N17墩由于靠近岸边河床高程偏高，为避免行船触礁，将该墩沉井顶面高程改为－3.85m。
N8墩位于主河槽，水深流急（涨落潮时），为安全计，将钢沉井高度由17m改为18m。
今后施工中对其它桥墩是否还会有所改变，还难以预料，到目前为止，水中墩第八座桥墩才开始施工，第九个墩的方案已定；剩余的八座桥墩是否还会有所改动，这要根据以后的实际情况而定。
从86年10月22日，N15墩正式开工到目前为止，已建成四座桥墩（N15、13、11、17），N16、14、10、3等四座桥墩正在施工，以N15、13、11、17四座桥墩为例，最长工期为433天，平均工期为396.25天。
2.水文地质情况简介
1）水文情况，桥址离海口约42km，该河为海相潮汐河流，潮水每天涨落两次；其特点为潮差大，涨落潮较快，平潮持续时间较短，水流呈周期性的反复流动。
本桥设计流量，根据桥位所测潮流资料及历年的潮位、潮差记载，通过分析计算；得出本桥设计流量为25,100m3/s（涨潮），设计流速为2.5m/s（涨潮），设计水位为＋4.68m，浪高为0.52m。
桥下航通净空要求在最高通航水位＋3.18m以上10m，单孔通航净宽不小于50m。
根据考察、计算，两岸桥台以内地段不需设防护设备；建成后，桥下冲刷最低高程可达-9.2m，桥墩局部冲刷最低高程允许到-24.7m。
水质情况，考察时经取样分析，勃固河水对各种水泥均无侵蚀性；在开工前再次对水质作了一些调查、化验、分析。
河水由于受潮水的影响，氯离子含量偏高。
水的含泥量亦偏高。
因此，拌合混凝土的水需由岸上（地下水）供给，河水只能作为养护之用。
为防止钢筋的锈蚀，对浸水部分的混凝土的抗渗性及保护层厚度均有明确的要求。
2）地质情况
水中墩的地质情况从缅方提供的钻探资料BH1－BH17的桩柱图来看
a.0～18墩河床表面有一层砂粘土，但不连续，在N1、2、3、4、8、9墩的河床表面没有出现，厚度为3～9m，软塑，部分流塑。
仰光岸一侧的河床表面在局部范围有部分沉积淤泥质砂粘土。
b.1～12墩间，上部粉砂层厚为6～18m，其中N3墩最深达30m，N13～18墩河床面砂粘土以下至高程－40～－50m均为粉砂层，中密，N'＝14。
c.N1～12墩的上部，粉砂层的下面为厚层砂粘土，最厚达37m，从丁茵逐渐向仰光减薄到N12墩尖灭，软塑，部分硬塑和流塑。
d.N1～N12墩下部为粉砂层，中密N'＝23。
以上a、b、c、d所述为初步设计文件介绍，在实际施工中还发现一些与原地质钻探相悖之处。
如N17墩清基时发现不少钙质胶结层，质地较坚硬，但层厚不知（因未再钻地质孔）。
为此，曾向缅方提出，原有的地质资料不能完全说明问题，要求在施工前再进行一次补钻，且点数增多（如已钻的N6墩和即将开钻的N8墩）这样，能对地质情况作详细的了解。
3.高程采用建筑公司高程:
即建筑公司高程＝港口公司高程＋2.824m
二、钢沉井的制造及拼装
从已制造的10个钢沉井（其中八个已拼装完毕，一个正在拼装，一个正在制造中）来看，从制造质量、工艺流程，速度和原材料的消耗来剖析生产情况；钢沉井的制造和拼装工艺已日臻完善，并已为缅方技术人员和工人所掌握。
承担制造全桥钢结构的钢结构车间，平均每月生产130～150t钢结构，最多时达到月产近200t钢结构；当然，其中绝大部分为钢沉井制造，每个钢沉井重为190t，约需1.5个月制造完毕。
拼装的速度从已拼装完毕的八座钢沉井的情况来看，最多的为54天，最少的为37天，平均为43.75天。
1.钢结构车间的主要机械设备
表1
序号
名称
单位
数量
附注
1
Bot风压机
台
1
2
三用联合剪冲机
台
1
3
剪板机
台
1
4
卷板机
台
1
5
摇臂钻床L=1.5m
台
1
6
立式钻床
台
1
7
砂轮机
台
1
8
空气压缩机
台
1
10m3/分钟
9
L=14m桥式吊机
台
2
起重能力=5t
10
L=30m桥式吊机
台
1
起重能力=10t
11
直流电焊机
台
6
12
交流电焊机
台
12
13
氧割工具
套
12
14
钢结构制造平台
个
4
15
钢结构制造平台
个
1
18×9F=162m2
16
钢结构制造车间
中东
1
266×15=2000m2
17
钢沉井制造各种胎型
套
1
18
露天存放场地
m2
～5000
2.制造钢沉井必须具备的条件
①对材质的要求，所用钢材钢号的有关物理及化学性能应满足国标所列的各项指标。
同时钢材表面应无裂纹、麻面、重皮、夹渣等缺陷。
②焊条型号应符合国标T422或T506的各项指标。
③对钢材材质或表面有不符规定者禁止使用，或经研究采取措施后方能使用。
④电焊全部采用手工焊。
从事电焊工作的工人须经考试合格（并持有合格证）才能参加钢结构电焊工作。
⑤对钢沉井制造须有严密的制造工艺、条款和施工顺序。
⑥应具有制造钢沉井各种型号块件的胎型及相应的工具。
3.钢沉井的制造及主要工序
①沉井分底节、中节、顶（上）节制造，其高度及直径分别为
H1＝5.5m（直径为Φ16m底节）
H2＝5.75m（直径为Φ15.8m中节）
H3＝5.75m（直径为Φ15.8m上节）全高H=17m
②沉井底节制造如图示
由于刃尖处结构较为复杂，特制定拼装顺序如上图所示。
a、首先将外井壁板N1置于专用胎型上，并调整位置固定之。
b、对接刃尖外壁板，图中N20板。
c、安装预先组拼好的桁架N24、26、54、72，N25、32、54、72、75等板组成及隔舱板N10。
d、安装内井壁板N3。
e、安装刃尖处加劲板N12。
f、安装刃尖处肋骨角钢N52。
g、安装刃尖处斜壁板N21。
h、安装刃尖处上部斜壁板N11。
上述各板安装完毕后，经检查各部尺寸认可后，对平焊焊缝应予焊完，仰焊焊缝可点焊结实，使块件各部焊接具有一定强度之后即可进行翻身，并移到室外进行电焊。
焊接时应将块件垫平，使块件焊完后，各部尺寸达到设计要求。
水平桁架内外弧型板（N24、26、25、32）两端20cm一段不予电焊，留待块件组装时便于调整相互间的误差。
上述工艺顺序仅是对沉井底节A1～A5块件的拼装顺序。
至于中上节B1～B5（B1a～B5a）块件的组装，其工序较底节简单一些。
只须采取底节拼装中的a、c、d三项即能将沉井块件组装完毕。
这些工作均系在特制的胎型上完成。
所有的水平桁架内外弧型板两端20cm一段均不电焊，其意义同前述。
对于直线段块件如A6、A7（底节）中，上节的B6、B7、B8（B6a、B7a、B8a）等块件制造工艺就较为简单。
当然制造上述块件也必须在专用平台上放样，将一边井壁板呈水平置于平台上并固定之。
然后将预先组拼好的桁架按设计位置固定在水平板上，并将水平焊缝焊完，然后再装另侧水平板，并点焊固定结实，保证有一定的强度，即可翻身进行电焊。
电焊须分段对称交叉的进行，以免局部产生变形。
同时，要逐块进行检查焊缝质量。
不合格者须及时补焊。
每块块件的组拼焊缝各不相同，记录员应将各块件绘成草图，注明焊缝位置、数量及长度，以作为材料消耗的测定资料。
3.钢沉井的拼装：
钢沉井的节数块件数量、重量如表2所列
块件
编号
底节
块件
编号
中节
块件
编号
上节
数量
单件重
合重
数量
单件重
合重
数量
单件重
合重
A1
2
3.88t
7.768t
B1
2
3.689t
7.378t
B1a
2
3.689
7.578
A2
2
3.56
7.12
B2
2
3.365
6.73
B2a
2
3.365
6.73
A3
4
3.88
15.52
B3
4
3.683
14.732
B3a
4
3.683
14.732
A4
2
4.302
8.604
B4
2
4.372
8.744
B4a
2
4.372
8.744
A5
2
3.991
7.982
B5
2
4.123
8.246
B5a
2
4.123
8.246
A6
2
2.834
5.668
B6
2
3.253
6.506
B6a
2
3.253
6.506
A8
2
2.854
5.668
B7
2
3.253
6.506
B7a
2
3.253
6.506
B8
2
3.408
6.816
B8a
2
3.408
6.816
小计
16
58.33t
小计
18
65．658
小计
18
65.658
表3钢沉井（D＝16m、H＝17m）电焊缝统计数量表（以一个钢沉井为例）
项目
焊缝长度
合计
工厂
焊缝
工地焊缝
单面平焊
单面仰焊
单面立焊
单面横焊
其它单面焊
底节
2151
67m
40m
335
2593m
中节
2589
424
67
460
16
3556
上节
2883
425
67
460
15
3850
空气幕
52
52
拉缆固定件
5
5
总计
7623
916
174
1255
31
57
10056m
钢沉井分三节制造，拼装亦分三节拼装，拼装系在专用设备拼装船上进行。
拼装船由中式浮箱组装而成，长26m，宽15m，由于钢沉井直径为Φ16m，工作时还需留一通道，因此，在宽15m的拼装船舱面设置一层槽钢，每边伸出拼装船16m，并在槽钢上垂直方向再铺一层钢轨，并在中心部分设置一钢结构支架，以作为支撑底节钢沉井A6、A7块件之用。
如图示
底节拼装示意底节平面图
在拼装支架之前，以拼装船的纵横向交点为中心（该中心即为钢沉井之圆心）以该圆心为原点R＝8m在平台上划一圆周轮廓线，在圆周上按口等分标出12个点，为拼装12块沉井块件的依据。
同时，在拼装船四角竖四根角钢，并将浮箱船调平，高差≯5cm（利用箱内灌水调整）建立基准面以作为拼装钢沉井及接高的依据。
拼装之前，将支架距基准面的高度调为2.99m，并建立刃尖支承平面。
拼装支架，安放木楔和钢垫板各点之前的高差以≯5mm为宜。
钢沉井块件拼装顺序
①先拼中间4块2A6、2A7，并与承托的支架临时固定之。
对A6、A7的拼装要求。
a、高程准确
b、在平面上的位置准确。
c、隔墙之间的净距。
因A6、A7的位置准确与否直接影响到园周12块块件的安装质量。
②对称的拼装A4、A5……A3、A1最后在A2处合拢。
拼装时既要照顾到块件的垂直度，同时亦要照顾到预先放好在基准面的12个等分点，互相间不应越逾位置，以免累积公差过大，影响最后块件的合拢。
③每拼装一块块件均要求临时支撑并和相邻块件点焊固定，以确保安全。
④全部拼装完毕后，应检查沉井顶底平面直径纵横向误差≯20mm，且顶面尺寸不宜大于刃尖平面尺寸。
沉井顶平面高差，相邻两块≯10mm，全沉井高差≯20mm。
在焊接纵缝之前，应在相邻块件之间焊接骑缝板，将各块件之间的位置相互固定下来，再开始进行全面纵向电焊。
纵缝的焊接应对称地、交叉分段焊接，以免沉井各缝间因收缩不匀而引起局部变形。
底节沉井焊完之后，应作如下检查：
a、顶平面按45°所量4个直径的误差≯±20mm
b、顶平面相对高低差，相邻≯10mm，任意点相对高差≯20mm。
c、以底节沉井顶平面的圆心作R＝7.9m圆，同上述分为12等分，并设点以作为拼装中节钢沉井的依据。
上述工作完成之后应作如下两件事情：
第一，做井箱的水密试验。
试验前，用肉眼检查全部焊缝，发现漏焊者及时补焊之。
同时将中间支承的木楔全部拆除，使沉井重量全部支承在刃脚处。
（见图示木楔位置）试验时，用两台水泵（或一台水泵两个分水管均可视供水量而定）向井箱内灌水，每次二个舱对称进行（详见沉井平面图示）分五次试完，灌水高度为4.5m，停20分钟，发现漏水处做记号以便补焊。
水密试验结束后在沉井刃尖处灌筑h＝0.6m高的200级混凝土。
中、上节钢沉井的拼装顺序同底节一样，所不同者为增加了每节间的横向水平焊缝，同时，中间隔墙由4块改为6块（重量过重）编号为B6、B7、B8（B6a、B7a、B8a）。
施焊原则，先焊竖向焊缝，再焊横向焊缝，焊接顺序以“先内后外”为宜，并应对称焊接以免引起局部变形。
从已制造完毕的八个钢沉井焊条用量的统计资料来看，普遍均低于4%的指标，如表4所列：
序号
墩号
钢沉井重量（t）
电焊条用量（t）
焊条与钢材重的比例
说明
1
N15
189.62
5.1754
2.73%
2
N13
189.62
4.8728
2.57%
3
N11
189.62
4.5807
2.42%
4
N17
178.32
4.2384
2.38%
沉井高15.85m
5
N16
189.62
4.1265
2.18%
6
N14
189.62
4.0792
2.15%
7
N10
189.62
3.8881
2.05%
8
N3
177.98
3.3521
1.88%
C舱3.45m改为钢筋混凝土
小计
1494.02
34.3132
2.3%
按4%，每个需用焊条7.58t
其中最多的N15墩为2.73%与4%相比，为定额的68.27%，最少的N3墩为2.05%与4%相比为定额的44.22%。
节约焊条的主要原因如下：
a、充分利用焊条，焊条（每根）的剩余长度约为3cm。
b、焊工操作技术熟练，基本上均是一次焊成，焊波达到工艺要求，很少进行补焊。
c、焊条使用前采取烘干措施，损耗较少。
对中上节的电焊质量还进行煤油试验，发现问题及时补焊。
空气幕气龛的设置。
仰光丁茵桥唯一的新技术即空气幕，在施工中应精心施工才能在沉井下沉或纠偏过程中发挥其作用。
钢沉井底节不设气龛（h=5.5m），中上节设置气龛及空气幕管路，层距1.0m，水平距为1.15m，在一个象限内每三层水平管连接在一根竖管上，一直接到沉井顶部，每个象限有八根竖向管路（共32个气阀）分管该象限内的全部水平管。
使用时可根据需要开任意象限及所辖三层水平管的气阀（用一个阀控制），所以，在逐节接高沉井过程中要逐层钻孔并试风，以保证空气幕的质量。
钢沉井的气龛按设计图布置，成型方法为在氧气电石风的烘烤下，用一园铁杵锤击而成。
一般击11～12次即达要求，凹坑弦长为Φ100～Φ150mm，矢高f＝30mm如图示：
气龛中心正对水平管处钻Φ1mm气孔。
但是，使用空气幕这一在国内成功的经验在这里却遇到麻烦，其原因为河水中氯离子含量偏高，气孔在水中浸泡半月后即被锈蚀堵塞。
因此，在N15、13、11墩施工中，钢沉井上的气龛未发挥作用。
而在N15墩施工中，将Φ1mm气孔改为Φ2mm气孔，在沉井下沉和纠编过程中均发挥了作用，但供风量相应用得多一些。
后经改进在钢沉井上，先钻一个Φ5mm孔，然后用铜条铆补，再在铜补块上钻Φ1mm气孔。
实践证明改用有色金属后Φ1mm气孔不受河水中氯离子的影响而堵塞。
这一点微小的改进为在潮汐河流中使用空气幕有了一些微小的突破。
至于混凝土接高沉井部分，气龛系在聚乙烯管上钻孔，不受水中氯离子含量的影响。
三、为施工配置的主要机械设备
序号
机械名称
单位
数量
说明
1
第一、二组导向船
万能杆件约300t×2
1-1
400t铁驳
艘
4
附门吊1台（每套导向船）
1-2
20t桅杆吊机
台
4
1-3
8t电动卷扬机
台
4
1-4
5t电动卷扬机
台
2
2
临时导向船
2-1
400t铁驳
艘
2
2-2
联结梁及门吊万能杆件
t
169
3
7025吊机
台
2
做墩旁吊机用
4
30t浮吊
台
2
5
水上混凝土工厂（双机厂）
艘
1
5-1
800t拌合机
台
2
5-2
5t慢速卷扬机
台
2
5-3
1t快速卷扬机
台
1
5-4
水泵3BA-B-Bφ65
台
1
5-5
皮带输送机L=10m
台
8
5-6
皮带输送机L=5m
台
4
5-7
潜水泵2.2kw
台
1
6
水上混凝土工厂（单机厂）
艘
2
6-1
800t拌合机
台
2×1
6-2
5t慢速卷扬机
台
2×1
6-3
1t快速卷扬机
台
2×1
6-4
水泵3BA-bφ40
台
2×1
6-5
皮带输送机L=10m
台
2×4
6-6
皮带输送机L=5m
台
2×2
6-7
潜水泵2.2kw
台
2×1
7
抛锚船
艘
1
附5t3台卷扬机各一台
8
登电船
艘
1
8-1
柴油登机船300kw
台
2
8-2
水泵
台
3
8-3
电动空压机0.34m3/分
台
1
8-4
柴油空压机0.34m3/分
台
1
9
打桩船
艘
1
9-1
打桩架BDF-R10型
台
1
附BDH-35打桩锤-1
9-2
柴油发电机75kw
台
1
序号
机械名称
单位
数量
说明
10
1、2、3号工作船
艘
3
10-1
电动空压机21.5m3/分
台
8
其中二艘为3台，另一艘为2台
10-2
离心水泵250s-39A
φ250
台
10
其中为2×4+2
10-3
离心水泵3BA-Bφ65
台
5
其中为2×2+1
10-4
多级高压离心泵
台
4
其中为2×1+2
10-5
洗水泵
台
2
其中为2×1+0
11
潜水工作船
艘
1
11-1
电动空压机6m3/分
台
1
11-2
电动空压机1.25m3/分
台
1
高压25kg/cm2
11-3
离心水泵3BA-B
台
1
11-4
减压仓（附冷冻机）
台
1
12
砂厂驳
艘
8
13
400t铁驳
艘
13
共23艘，其他用去10艘
14
拖轮540HP-1
460HP-2240He-1
艘
4
15
拼装船
艘
1
16
起重码头
座
1
配7025吊机1台
17
交通码头
座
1
18
钢结构车间
座
1
制造钢沉井及钢结构
19
总配电站
座
1
供电设施及附属设备从略
四、沉井施工概况
1.锚碇设置
欲将沉井准确的定位在设计位置上，按设计要求在施工的区域先设置锚碇系统，原设计有前后定位船如图示
图5
图6
抛锚按图6所示。
在钢沉井导向船组未浮运到墩位之前，在墩位处先设一临时铁驳，临时铁驳的位置可偏上游40～50m，离墩中线20m左右，待导向船组（含钢沉井）浮运时，先靠上临时铁驳；然后抓紧时间将缆绳过渡到导向船上来，同时，将临时铁驳挤向另侧，然后再利用船上设置的绞磨将导向船组逐渐移向设计位置，直至沉井纵横向位置和设计位置相吻合或调至容许误差之内为止。
通过两个桥墩的实践，同时勃固河亦很少有漂流物通过桥梁施工位置，故决定取消前后定位船。
这样可以省去4个400t铁驳，同时抛锚的数量亦相应减少。
如图7示：
图7
图8
在采用墩旁吊机施工的桥墩，不须设置前后定位船，锚碇布置同图7一样。
抛锚的方法仍和国内一样，用两台经纬仪交会定位抛锚。
在此不予赘述。
具有特点的是：
a、设置临时铁驳，其位置一般偏上游40～50m离墩中线20m。
边锚的绳头可预先悬挂在轻型浮标筒上临时固定。
待船到位时用人力或机械将浮筒拉上导向船固定。
b、由于河水含氯离子含量偏高，海水对钢丝绳的腐蚀较为严重。
原设想七套钢丝绳即能修建完水中墩（17座）。
实践证明，有部份钢丝绳使用一次就不能再用了（在水中浸泡时间约400天），最多也只能用1.5～2次。
相对而言，锚链的使用效果较好。
2.导向船及钢沉井船组浮运到墩位
钢沉井船组浮运之前一切准备工作均应就绪：
①锚碇工作已经结束。
②钢沉井已拼焊完毕，并经检查合格，办理完毕各项签证手续。
③通知航道部门船组所经过的路线和时间并登报（包括当天，提前两天，共登报三日）。
④船组所经由的航道应事先拖带一吃水较深的铁锚试航，试航结果确认选定的航道是安全可靠的。
⑤设立明确的指挥系统及通讯设备。
⑥组织好人员的安排，并排出名单，定岗定人，做到事事有人管。
⑦机械（含拖轮）设备均处于良好使用状态。
⑧选定大潮后将导向船沉井船组拖运到墩位较为有利。
具备上述条件后即可启航浮运，浮运期间应设置专船作警戒之用，以防外来船舶闯入船组的航道。
船组在航行过程中速度不宜太快，当靠上临时铁驳后要抓紧时间做完过缆工作，必须于当天完成，并初步绞紧锚绳才能告一段落。
3.钢沉井起吊着落河床。
起吊沉井着落河床的几点原则：
①沉井定位工作，按规范规定，沉井平面位置纵横向中心线允许在（1/50）H+25cm=59cm（钢沉井全高为17m）但实际上都调整到10～20cm之内，有的达到5～10cm以内，尽量的将误差减小为好。
②作好风水管路的安装工作，并经试验认为合格。
③在大潮过后平潮到来时进行沉井着落河床工作，这样可以减少涨落潮时，流速增加对河床的冲刷。
④具备上述条件即可起吊沉井，并退出拼装船，将沉井沉入水中2～3m（视导船附近河床高程而定）沉井落入水中后即成为一个浮体，应将原系定的拉缆解除。
⑤根据计算低潮位水深小于3m时空舱入水深度应小于3m，并计算门吊主吊点容许吊重，决定在沉井隔墙内灌筑混凝土的高度（隔墙面积为一常数F=24.66m2因这时沉井仍被门吊吊住）。
⑥再次对沉井进行精确定位，待平潮到来时即将沉井着落河床。
由于沉井的浮力随着入水深度而增加，因此，要预先准备好水泵及水管路在A、B舱（见附图9所示）内同时灌水（一般灌至9m深）强迫沉井嵌入河床，此时门吊滑车
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