钢吊箱围堰施工方案.docx
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钢吊箱围堰施工方案
杭州湾跨海大桥IX－B合同段
钢吊箱围堰施工方案
一、编制依据
1．1《公路桥涵地基与基础设计规范》JTJ024－85
1．2《公路桥涵施工技术规范》JTJ041－2000
1．3《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ025－86
1．4《公路工程施工安全技术规程》JTJ076－95
1．5《杭州湾跨海大桥设计施工图》
1．6《杭州湾跨海大桥施工技术规范》
二、工程概述
杭州湾跨海大桥IX－B合同段工程由中铁十九局承建，主桥全长6.25km，244个墩身，244个承台。
承台截面形式为圆形，直径有φ8.5m、φ9.8m两种，厚度为2.5m。
其承台设计见下表。
墩号
承台直径
承台厚度
顶面标高
F69～F120
9.8m
2.5m
+2.0
F121～F168
8.5m
2.5m
+2.0
F169～F189、194
8.5m
2.5m
+1.5
本合同段滩涂区滩面设计高程为+1.7～－2.44m，根据承台的结构特征、滩涂面高程、潮水位变化情况，采用钢板桩围堰施工。
根据提供的地质水文资料，在开始施工时，采用钢板桩围堰，目前已成功进行了F167~F189、194墩的围堰施工，但随着施工的向前推进，海床面高程变化很大，目前实际冲刷后海床面标高在-6.0m-12.0m左右，继续采用钢板桩围堰施工难度较大，根据经济技术比较，决定在部分墩位采用钢吊箱围堰进行施工。
三．吊箱参数确定
钢吊箱尺寸确定：
高度确定：
（1）顶面高程确定：
十年一遇潮水位：
+4.92m；浪高：
0.6m;露出水面：
0.5m
顶标高＝4.92+0.6+0.5=6.02m
但根据已施工的近二十个墩位的钢板桩围堰的经验，除每年阴历八月份天文大潮期外，顶标高采用5.1米是可行的。
顶面标高确定为+5.0m
（2）底标高确定：
F69～F120承台底标高：
－0.5m；封底厚度：
0.6m；直径：
9.8m。
F121～F167承台底标高：
－0.5m；封底厚度：
0.5m；直径：
8.5m。
钢吊箱落在封底砼顶面上，钢吊箱底面标高与承台底标高一致，F69～F120底标高＝－1.1m，封底厚度0.6m。
F121～F167底标高＝－1.0m，封底厚度0.5m。
因此，F69～F120钢吊箱高度拟确定为6.2m。
为方便加工，F121～F167钢吊箱高度也拟定为6.2m。
直径确定：
因不另设承台模板，即以围护结构作为承台模板，所以，F69～120吊箱内径φ＝9.8m，F121～F167吊箱内径φ＝8.5m
四、主要施工方案
1、钢吊箱设计
钢吊箱平面设计采用圆形，内部直径9.8m，高6.2m，分别两节加工，底节节高3.0m，顶节节高为3.2m，每节侧模按照圆周等分为四块。
吊箱节块间设有法兰盘，采用螺栓连接，并夹入槽形橡胶条密封，以防渗水、漏水。
吊箱底节面板采用δ＝8mm，顶节面板采用δ＝5mm，由δ＝8mm、δ＝5mm钢板焊接加工而成；侧模水平肋为圆形，采用δ＝10mm钢板制作，宽度20cm，每43cm一道，竖肋采用δ＝10mm钢板加工，宽度20cm，间距40cm。
承台砼施工时为了与外界隔热，将承台吊箱底口外测向上2.95m用δ＝6mm钢板密封，里面用泡沫板填充。
5根桩承台吊箱数量
序号
名称
单位
数量
总重
备注
一
吊箱模板
28.0t
1
δ8mm钢板
平方
92.4
5.8t
2
δ5mm钢板
平方
190.8
7.5t
3
δ10mm钢板
平方
188.3
14.7t
4
M14螺栓
套
296
详见钢吊箱结构设计图：
2、牛腿的设计
牛腿采用δ10钢板加工成三角形，高度0.5m，水平宽度0.5m，沿圆周方向布置4组，每组由3块钢板组成；间距10cm，牛腿设有内径为1.8m，宽度0.5m，δ8mm钢板作为砼底模护筒处湿接缝模板。
3、砼底模设计
F69～F120承台钢吊箱底模采用混凝土结构，砼标号为C30，厚度为25cm，直径为10.2m（承台直径为9.8m，每边预留0.2m宽度）；钢护筒间设有宽0.3m，厚18cm的加强肋，加强肋通过钢筋与底模连接成一个整体；每个钢护筒设有30cm宽，18cm厚的圆形加强肋；砼保护层厚度为2.5cm。
砼配筋采用φ20螺纹钢筋，两层网片，钢筋间距成20×20cm正方形结构，沿护筒周围30cm宽范围内钢筋为圆形结构，采用φ16螺纹钢筋。
钢吊箱底模砼设有2个φ200mm的降低水浮力的预留孔，以便在涨退潮时减小砼底模所受的水的浮力作用，同时，根据每个承台上桩的平面布置图，在钢吊箱底模砼上设置安装预留孔，对5根桩设有5个φ2.2m的预留孔，对4根桩设有4个φ2.8m的预留孔，其中心位置与桩中心一致。
（见下图）
钢筋网片布置图
4、预埋件设计
在底模砼顶面沿φ10.15m圆周上预埋φ25螺纹钢筋，间距为0.4m，预埋钢筋与砼底模钢筋焊接成一个整体，安装时必须保证钢筋位置的准确性，预埋钢筋的圆心与砼底模圆心必须一致。
在钢吊箱安装时，将预埋φ25螺纹钢全部弯曲压住吊箱底口法兰盘，使吊箱与砼底模连接牢固。
（见下图）
5、封底砼设计
F69～F120封底砼砼标号为C30，厚度为60cm，直径为9.8m（与承台直径一致），砼顶面标高－0.5m（与承台底标高一致），底面标高－1.2m。
F121～F167封底砼砼标号为C30，厚度为50cm，直径为8.5m（与承台直径一致），砼顶面标高－0.5m（与承台底标高一致），底面标高－1.0m。
砼配筋采用φ20螺纹钢筋，顶层网片，钢筋间距呈20×20cm正方型结构，设有架立筋，在砼底模加劲肋处设有弯起钢筋，与砼底模钢筋大样基本相同；钢筋净保护层2.5cm；在钢护筒处封底砼钢筋断开；利用退潮时间进行现场绑扎，根据砼底模减压孔的位置安装预埋减压孔。
（见下图）
五、主要施工工艺
1、牛腿施工
在钻孔桩施工过程中，将牛腿钢板分快与钢护筒焊接，焊缝长度0.5m，采用双面焊，焊缝高度不小于6mm，顶面标高－1.1m，安装时必须保证4组牛腿顶面在统一水平面上，在砼底模安装之前将钢板环就位。
2、砼底模预制
（1）、砼底模预制
在后方进行整体预制，预制时将整个砼底模对称分成两块，块与块之间设15cm湿接缝，根据设计尺寸先安装砼底模钢筋，设置φ200mm减压孔，φ2200mm预留孔，以及进行预埋件安装，检查合格后灌注砼。
砼灌注时，采用22t吊车配合灰斗进行，罐车运输，在灌注过程中一定要检查和控制各预留孔的位置；严格控制砼的厚度，以及预埋件处砼顶面标高，确保整个预埋件处砼顶面水平；并将底模砼表面作拉毛处理。
（2）、砼底模的运输
砼底模预制完毕到设计强度90％时，分二块用大板车分别运至现场，考虑每块砼最大宽度为5.2m，每块砼底模运输过程中将其立起，用钢丝绳从两侧将其固定在大板车上。
（3）、砼底模安装
由于砼底模标高－0.95m，必须利用退潮期间进行，每块砼底模自重15.43t，4根桩承台每块26.4t，运至现场后，利用80t履带吊起吊、安装，回转半径8.7m，安装时利用钢护筒作为导向系统，并根据桩中心位置调整每块砼底模的中心位置，利用同样的工艺安装另一块砼底模，当两块斗安装完毕后，根据承台中心位置精确调整砼底模的中心位置，确保砼底模预埋钢带的圆心与承台中心一致。
（4）、湿接缝砼灌注
用铁丝将胶合板吊起，紧贴砼底模底面固定，形成吊模，护筒周围利用抱箍作为接缝砼模板；而后将湿接缝钢筋采用搭接焊连接，护筒周围接缝钢筋按照设计进行安装、连接；检查后灌注湿接缝砼，罐车将砼运至现场，利用25t吊车配合灰斗进行现场灌注。
（5）、吊箱底节安装
待砼底模接缝砼达到设计强度90％时，利用退潮期间安装吊箱底节，安装时将吊箱底节4块分快运至现场，拼装成整体吊装，吊箱底自重18t，回转半径8.7m，采用80t履带吊吊装；必须调整吊箱底节圆心的位置，使其与承台圆心一致；调整完毕，将砼底模预埋φ25钢筋弯曲，卡住吊箱底节口法兰盘，使吊箱底节与砼底模连接牢固，由于封底砼利用钢吊箱作施工模板，即其与承台直径相同，钢吊箱与砼无需采取止水处理，利用封底砼直接止水。
3、封底砼灌注
封底砼施工时利用钢吊箱作模板，在退潮期间进行，砼数量27.4m3，罐车将砼运至现场，采用溜槽直接进行封底砼灌注，涨潮之前砼必须灌注完毕，通过减压孔使钢吊箱内外水头差始终一致。
六．钢吊箱施工工艺流程，
七、安全质量技术要求
1、吊箱作业应指派专人统一指挥，参加吊装的起重机工要掌握作业的安全要求，其他人员要明确分工；
2、吊装作业前必须严格检查起重设备各部件及钢丝绳的可靠性和安全性，并进行试吊；各种起重机具不得超负荷使用；
3、作业中遇有停电或其他特殊情况，应将重物落至底面，不得悬在空中。
4、作业地面应坚实平整，支脚必须支垫牢靠，回转半径内不得有障碍物，不得站人，两台或多台起重机吊运同一重物时钢丝绳应保持垂直，各台起重机升降应同步，各台起重机不得超过各自的额定起重能力。
5、吊起重物时，应先将重物吊离底面10cm左右，停机检查制动器灵敏性和可靠性以及重物绑扎的牢固程度，确认情况正常后，方可继续工作。
作业中不得悬吊重物行走，吊装的物体下严禁站人。
在钢管桩振动下压过程中，施工人员严禁站在振动锤下，以防止重物落下砸伤人员。
6、起升或降下重物时，速度要均匀、平稳，保持机身的稳定，防止重心倾斜。
严禁起吊的重物自由下落。
7、配备必要的灭火器，驾驶室内不得存放易燃品。
雨天作业，制动带淋雨打滑时，应停止工作。
8、履带吊在施工过程中，严禁超负荷使用，且必须支撑牢固，不得悬空震打钢管桩及其他作业。
9、在输电线路下作业时，起重臂、吊具、辅具、钢丝绳等雨输电线的距离不得小于下表的规定。
输电线路电压
最小距离（m）
输电线路电压
最小距离（m）
输电线路电压
最小距离（m）
1kV以下
1.5
1～35kV
3
≥60kV
0.01×（V-50）+3
10、使用手拉葫芦时，悬挂支撑点必须牢固，严禁斜拉重物。
11、凡在坠落高度基准面2m以上（含2m）有可能坠落的场所处进行作业，均称为高出作业，在贝雷梁、定位架、钢管桩、桥面上施工均属于高空作业。
12、从事高处作业的人员应定期体检。
凡患有高血压、低血压、癫痫病、贫血、弱视以及其它不适合高处作业的疾病者，不得从事高处作业。
严禁酒后作业。
高处作业时必须穿防滑鞋，系安全绳。
13、施工作业人员应从人行爬梯上下作业平台，不得沿贝雷梁。
钢管进行攀登，也不得利用吊车或打桩用锤头进出打桩架及其他作业面。
14、高处作业与地面的联络。
指挥，应有统一规定的信号、哨音，最好采用无线通信对讲机，不得以喊话取代指挥。
15、高处作业遇有不能施工的恶劣天气，如大雨、大雪、六级以上大风时，应停止露天高处作业。
16、暴雨大风过后，应检查施工脚手架和临时设施的安全状况，发现倾斜、变形、下沉、漏意等应即时修复。
17、水上施工的安全管理工作应负荷现行《内河交通安全管理条例》的规定，开工前应报告当地港航监督部门。
18、水上作业时（包括涨潮和落潮期间）不论是否属于高空作业均应穿救生衣，佩戴安全绳，并将其系在牢固的地方。
19、在施工作业地点附近放置一定数量的救生圈，并配备两艘救生艇，安排操作熟练的专职水手、驾驶员24小时值班。
若遇见落水等危险情况，应立即同志经理部并出动救生艇等实施救援。
20、钻孔平台施工中应严格按照设计图纸、施工规范和有关技术操作规程进行。
21、钢吊箱各构件在安装过程中焊接、拼装、涂装等工序的施工质量要求应负荷桥涵施工规范的有关规定。
22、钢吊箱各构件在运输，存放和安装过程中损坏部位，应按照桥涵施工中的有关规定进行修补。
23、凡是钢吊箱施工的工程材料，在使用前均需进行检查，严禁不合格材料进入施工场地，发现不合格要求者，坚决不予使用。
24、施工过程中，做好工艺技术参数和指标的严格监测和控制，确定每一个部位，每道工序达到优良。
八、钢吊箱围堰受力检算
1、荷载确定
由设计资料知，基本情况如下：
施工时最高水位高程：
4.92m。
水流速度：
涨潮时最大速度为2.54m/s。
浪高：
0.6m，波：
22.41m
风压：
30年一遇。
钢吊箱计算时主要有以下几种荷载：
①流水压力
作用于水中构筑物的动水侧压力可按下式计算：
式中：
——系数，圆形取1.2；
——海水取10.2kN/m3
——阻水面积
——水的流速2.54m/s
即
流水压力的分布假定为倒三角形，其合力的着力点位于水位线
以下水深处。
作用在钢吊箱上的单位宽度面积上的水压力按下式计算：
②静水压力
最大施工水位差：
施工水位高程-封底混凝土顶高程
=4.92-（-0.5）=5.42m
静水压力如下：
——单位面积上的静水压力（kN/m2）；
——水的容重（kN/m3）；
——水深（m）
抽水时的最大静水压力为：
③波浪冲击力
根据杭州湾海域实际情况，计算时浪高H取0.6m，波长为L22.41m钢板桩围堰直径D=9.8m，考虑到冲刷深度，水深d=5.42+3=8.42m。
因为D/L=0.44>0.2，所以采用大尺寸墩柱作用力的计算方法。
单宽作用的波浪力为
=22.60kN/m2
合力作用点（距静水面以下的距离）：
④风力
风荷载按下式计算：
式中
——基本风压值
，根据资料取0.55kN/m2
——系数，采用0.85；
——风载体型系数。
取1.0；
——风压高度变化系数，取1.0；
——地形、地理条件系数，取1.4；
故
⑤承台砼灌注时侧压力
h：
承台砼厚度2.5m
γ：
砼自重25kN/m3
q：
单位面积上的砼侧压力（kN/m2）
q=γh=62.5kN/m2
（6）荷载工况
a.对吊箱围堰计算时荷载组合时主要有以下两种最不利工况：
工况一：
高潮位时，钢吊箱抽水进行承台施工，此时主要荷载有流水压力、静水压力、波浪力
工况二：
退潮后，灌注承台砼时的侧压力
b.对预制混凝土底板来说，主要受力为承受底节吊箱的重量和现浇封底混凝土板的重量。
c.对封底混凝土（预制板和现浇板形成一个整体）来说有二种工况：
其一为封底混凝土达到设计强度并堵上减压孔后，在涨潮时承后浮力的作用和承台混凝土共同作用，计算时偏于安全，仅取浮力，不计承台重量。
其二为在退潮后承受现浇封底混凝土和吊箱围堰的自重。
d.对牛腿计算时也有二种工况：
一是放上底节吊箱后，浇注封底混凝土但封底混凝土还没达到强度，封底混凝土与钢护筒之间的摩擦力不能考虑；二是考虑退潮后承受封底混凝土和吊箱围堰的自重，但此时封底混凝土和钢护筒之间的摩擦力可以考虑。
静水压力分布图
流水压力布置图
波浪力布置图
砼侧压力分布图
2．钢吊箱计算
工况一、受静水压力、流水压力和波浪力的共同作用。
采用ANSYS进行计算，结果如下：
有限元模型图
有限元模型局部放大图
全模型等效应力图
仅外侧板等效应力图
仅竖向加劲板等效应力图
仅环向加劲板等效应力图
由图可以看出最大应力为：
109MPa，最大位移为：
0.69mm。
结构安全。
工况二、仅受混凝土向外侧的侧压力作用
全模型等效应力图
等效应力图局部放大
位移图
由图中可以看出最大等效应力为：
85.9MPa，最大位移为0.75mm。
3.5根桩承台钢吊箱预制混凝土板
主要荷载有：
砼底模自重，钢吊箱底节自重，封底砼自重。
利用《MIDAS》软件计算，建模如下：
有限元模型—底节吊箱重量
有限元模型—封底混凝土压力
等效应力图
位移等值线图
由图中可以看到最大应力为2.9MPa，最大位移为0.5mm，且应力较大值集中在钢护筒周围，通过配筋，结构是安全的。
4．封底混凝土板计算
工况一、浮力作用下板的应力计算
有限元模型图
等效应力图
变形图
工况二、承台混凝土压力和钢吊箱重力作用下
有限元模型
等效应力图
位移图
由图中知最大应力为1.67MPa，最大位移为：
0.1mm。
结构安全。
5．牛腿计算：
工况一计算：
荷载如下：
承台混凝土底模重30t，钢吊箱自重28.9t，封底混凝土重69t。
计：
30＋28.9＋69＝118.9t
工况二荷载计算：
承台混凝土底模重30t，钢吊箱自重28.9t，封底混凝土重69t，承台混凝土自重：
471t。
计：
30＋28.9＋69＋471＝589.9t
根据设计经验：
封底混凝土和钢护筒之间的摩擦力可按15t/m2来计算，则60厘米厚的封底混凝土和钢护筒能提供的摩擦力为：
5X3.14X1.8X0.6X15＝255.3t
则作用在牛腿上的力为589.9－255.3＝334.6t
故仅按工况二计算即可。
每个牛腿上作用的力为：
334.6/5/12＝10t，其作用点可认为在离钢护筒25cm处，故牛腿焊缝受力为弯矩和剪力共同作用。
由图知焊缝上作用的弯矩为：
10X0.25＝2.5t.m，剪力为：
10t.
焊缝高度为6mm，根据规范，为避免焊缝受力不均，在弯剪共同作用下其焊缝长度不能大于70倍的焊缝高度，故焊缝长度最大取：
70X6＝420mm。
角焊缝抗拉强度为160MPa,抗剪强度为125MPa，但规范要求计算荷载时要乘上荷载系数，这里为简化计算，把该值除以1.4进行折减，分别为185/1.4=132.3MPa和125/1.4＝89MPa
先设计为单面焊：
拉应力25000X6/（0.005X0.42X0.42）=170.1MPa,大于设计强度。
剪应力为：
100000/（5X420）=47.6MPa,可以！
故焊缝应采用双面焊，即牛腿钢板的两侧均要焊接，焊接长度不小于40cm。
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