吨缆索吊机浮箱施工技术双壁钢围堰深水桩基式法

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1、40t 缆索吊机浮箱施工双壁钢围堰深水桩基工法(TLEJGF-93-13)铁道部第二工程局一、前言双壁钢围堰施工钻孔桩基础是一种新地深水桥基施工方法. 采用缆索吊机吊运, 浮箱定位、 导向平台施工双壁钢围堰深水桩基, 曾在南屁铁路南那段马村左江大桥2 号墩桩基施工中应用. 钢围堰在桥位按高度分节制造 , 用缆索吊机整节吊运就位, 以浮箱平台定位、导向；钢围堰顶部作业平台整体吊装就位, 钢围堰封底混凝土在岸上搅拌、缆索吊机吊运灌注；用CZ-30 型冲击钻机实施钻孔灌注桩作业, 为不用水上作业船只施工双壁钢围堰深水桩基提供了范例.本工法获我局1992 年科技进步优秀成果奖.二、工法特点1. 在桥位

2、按高度分节整体制造双壁钢围堰：钢围堰结构中地水平桁架角钢为125125 10, 刃脚防水板 =14, 由工厂加工运到工地, 其余部分均在桥位加工、组拼.2. 采用一次起重量为 40t 地架空缆索吊机 , 钢围堰可整节吊装、拆除 .3.采用缆索吊机吊运钢围堰底部封底混凝土, 用 1.7m3 大吊罐可满足多根导管灌注地需要.4.钢围堰上口用万能杆件组拼作业平台, 整体吊装就位 , 可用 2 台 CZ-30 型冲击钻机进行钻孔灌注桩作业 .5.用浮箱组拼钢围堰地定位、导向平台.三、适用范围本工法适用于无水上作业船只地深水桩基施工.四、施工工艺( 一) 施工程序施工程序见图1.( 二) 施工要点1.

3、用中 -60 型浮箱拼组钢围堰地定位、导向平台( 平台组拼形状、使用浮箱个数, 根据钢围堰直径和操作需要而定 ), 见图 2.钢围堰定位、导向平台地组拼和锚碇按下述方法进行：(1) 在岸上设置组拼滑道, 滑道下设置便于浮箱底面连接地“”形槽, 如图3.平台按四大块在滑道上组拼滑入河中.图 1施工工艺流程图 3 浮箱滑道(2)由潜水员在水中将四大块组拼合拢形成平台, 将卷扬机、锚缆收紧设备安装就位.(3)用缆索吊机将平台拖至墩位临时锚碇.(4) 抛锚：将锚及锚缆 ( 钢丝绳及锚链 ) 用抛锚设备运到锚位 , 观察岸上设立地锚拉交会杆进行抛锚作业 , 然后将锚缆送到平台上 , 分别与各自地卷扬机

4、( 或索道吊钩 ) 相连 . 按主锚、尾锚、斜锚地顺序依次收紧锚缆 , 校正平台位置 , 用测力计测定锚力 , 达到设计值时锁定 .2. 平台地锚碇设计(1) 平台、钢围堰各锚锭地总作用力R=R1+R2+R3式中 R总地锚碇力；R1平台地水流作用力；R2钢围堰地不流作用力；R3平台、钢围堰水面以上部分所受地风力.(2) 锚碇地选择和计算根据选用锚型 , 在锚区作锚力试验 , 确定锚力 R c, 按 n=R/RC 计算主锚个数 .(3) 锚绳计算锚绳直径按下式计算：RT maxTb / 6式中 Tmax钢丝绳使用最大拉力(kN) ；Tb相应直径钢丝绳地破断拉力(kN).锚绳长度 ( 长锚绳 )

5、按下式计算：L=Sm+l 0式中lSm网丝绳出马口至河床底地长度；0锚链平躺在河床地长度.3. 双壁钢围堰地制造双壁钢围堰是一个带有刃脚地圆形双壁水密钢结构井筒, 底部以环形刃脚封闭, 施工时有自浮能力. 刃脚根据墩位岩面倾斜情况可做成高低刃脚形状. 内外壁间以刚性支撑联结, 并设有竖向隔舱板, 把井筒平面等分成 8 个互不连通地隔舱, 以保证围堰在下沉过程中、分舱灌注混凝土或灌水时保持稳定.钢围堰地高度, 以桥墩处基岩面至施工水位以上0.5m 为度 . 考虑到制造时地困难和下沉重量地需要, 钢围堰地壁厚 ( 内、外壁板间地距离), 一般为 1.2 1.4m, 其结构见图4.钢围堰分节制造高度

6、, 根据缆索吊机设计吊重能力确定.图 4双壁钢围堰钢围堰制作工艺流程为： 按设计图下料压制刃脚防水板和水平桁架角钢按隔舱分榀制作水平桁架按隔舱分块组拼骨架 ( 隔舱板组焊于其上 ) 按节组拼骨架检查、校正骨架围焊内外壁板水密试验检查焊缝质量并补焊焊制吊耳、锚环、划高度标尺线成品检查验收吊运到墩位接高下沉.制作钢围堰时应注意：(1) 水平桁架角钢 ( 125125 10) 和刃脚外壁板 ( 14) 用 50t 油压机冷轧成型 .(2)每节钢围堰骨架分成八块制作. 水平桁架、骨架应在地模和组拼台架上组拼, 不符合精度要求者用起道机和顶杆校正 . 焊接时 , 先点焊 , 后从一端向另一端推进依次进行

7、. 为防止焊接变形需夹持施焊 .(3)钢围堰分节组拼在混凝土样台上( 按 1 1 放大样 ) 进行 . 样台基础要牢固 , 表面平整度满足要求；组拼前抄平校对 . 用铁板支垫 , 防止上口内外倾斜 , 确保组装精度 . 组拼不符合要求地用顶杆撑和 5t 链条葫芦拉进行校正 .(4) 第一节钢围堰 ( 刃脚节 ) 组拼时 , 由于刃脚尖 , 稳定性差 , 刃脚内外壁板组装施焊困难 , 采取刃脚朝天组拼 . 待刃脚内外壁板施焊并进行水密试验检查后, 切割翻转合拢, 再焊其余内外壁板.(5) 每节钢围堰地吊耳根据缆索吊机设计时考虑地千斤绳长度进行受力分析和计算. 考虑到钢围堰骨架要整体受力, 在隔舱

8、板地顶端需进行局部补强, 补强部分应进行抗弯、剪切和挤压计算.(6) 每节钢围堰制作完毕按制作精度和水密试验进行验收, 在外壁板成90地 4 个位置划好高度标尺线后吊运安装或移位存放.(7) 焊缝执行国家标准 GB324 64, 用油浸试验检查 , 不合格地进行补焊 .(8) 钢材性能不低于 A3.(9) 制作精度：成型误差：曲线部分半径差值不超过0.5%, 壁厚 1.5cm.每节钢围堰平面尺寸不大于刃脚处地平面尺寸, 堰壁表面不向外突出或倾斜.第节地倾斜度不大于2 .钢围堰骨架构件必须保持设计位置, 误差不超过3mm.(10) 钢围堰分节检查、验收 , 将检查结果填表存档 . 4. 缆索吊机

9、根据钢围堰分节最大吊重和水下切割拆除吊运至解体作业场地高度要求对缆索吊机进行设计、施工、检查、试吊验收后方可投入使用.缆索吊机设计、施工、验收应符合规定.缆索吊机应提前施工, 为浮箱组拼施拉就位、钢围堰制作提供服务.5. 钢围堰吊运、接高、下沉、着床(1) 掌握气象 ( 台风、水情预报 ), 测定水位、流速、风速 . 绘制围堰刃脚河床展示图 , 在定位平台上标注围堰中心十字线 .(2) 吊运：吊运人员持证上岗.缆索吊机吊运前应进行空载走行.吊运时不准歪拉斜吊, 不准在重物上、重物下站人情况后进行起运. 运至墩位停止摆动后再徐徐下降、对位入水. 围堰吊离地面 0.2m 后停留 10min, 经检

10、查无异常 . 吊运第二节及以后各节段时 , 待上下节拨正对齐 , 上节轻轻搁在下节钢围堰上, 经点焊稳定后方能摘走吊钩.(3) 接高、下沉、着床：钢围堰在接高下沉时应将每节钢围堰顶部外壁上焊地两个索耳通过拉缆连接到定位平台上锁住, 防止钢围堰在接高、下沉过程中转动.钢围堰接高、下沉、着床应先行计算, 按下述步骤和方法进行：钢围堰接高时, 为方便施焊其上口距平台顶面1.4m, 并用两个浮箱拼接内壁施焊工作平台.接口内、 外壁板不吻合地部位应进行处理. 接缝经油浸试验检查合格, 才能灌注刃脚混凝土或灌水加载使钢围堰下沉.吊耳上地吊孔焊铁板封堵, 防止隔舱互相串通.为保持每次接头位置距平台顶面1.4

11、m 左右 , 通过计算每节钢围堰自重, 分舱灌注混凝土量和灌水压重量控制下沉量. 灌水压重要待灌注混凝土一天后进行.钢围堰灌水压重下沉, 刃脚距河床面0.4m 时 , 停止灌水 , 进行纠偏 . 当位置正确 , 经一夜观测未发生变化 , 河床无大地改变时即迅速灌水着床.纠偏方法：在钢围堰刃脚上方水平桁架处设围堰纠偏缆, 与纠偏锚上地转向滑车和定位平台上地卷扬机连结 ( 如图 5). 将两侧纠偏缆同时收紧、放松, 或一侧松、一侧紧达到纠偏目地.图 5纠偏装置钢围堰着床后, 要继续灌水压重, 使刃脚切入覆盖层中, 稳定在河床上.用空气吸泥机吸泥下沉： 用缆索吊机吊着吸泥管升降或移位 , 由潜水员在

12、水下指挥 . 可同时用高压水喷头冲刷覆盖层提高吸泥效率 , 水面上观测围堰四方水位标尺 , 掌握下沉量和偏移情况 , 指挥水下作业 .当覆盖层较厚时, 采用加大围堰自重或采用空气幕地工艺下沉.钢围堰下沉一点触岩后 , 其余悬空部位用工字钢垫 , 用麻袋混凝土填塞 , 保持钢围堰位正、 平稳 , 并防止水流、泥砂进入围堰内 . 钢围堰下沉至基岩, 由潜水员沿围堰刃脚进行检查, 并填写落岩位置比较表和围堰触岩情况表.围堰内清基：全部清除围堰内松软杂物 , 保证混凝土与岩面接触良好 , 按网格法潜水检查 , 并将检查结果记入清基效果检查表 .6. 吊插钢护筒(1) 钢护筒直径 1.3m, 用卷板机分

13、段卷制 , 成型后运到工地 , 按需要地长度拼接 . 钢护筒顶面应高出施工水位 0.5m.(2) 为保证钢护筒地安装精度, 设有钢护筒定位架, 它安装在钢护筒定位架支架上, 定位支架分上下两层 , 焊在钢围堰地内壁板上. 其平面、水平位置要准确, 确保上下层钢护筒定位架重合.(3) 定位架安装： 在定位架顶面上按桩基中心用白色油漆标注十字线, 先吊安底层定位架. 安设方法是：底层定位架起吊保持水平位置, 旋转180下降 , 越过上层支架后再转回正确位置( 严格用十字线对位 ), 核对无误后再徐徐下降入水, 搁在定位支架上, 暂不固定 .上层定位架顶面高出水面0.2m, 以便于找正位置和吊插钢护

14、筒, 挂线检查定位架进行调整后, 由潜水员用铅丝将定位架和支架牢固地捆扎在一起.将校正好地上层定位架, 在对称地四角( 避开支架 ) 用重锤吊下四点, 对底层定位架进行水平、方向校正 , 用木楔在支架上支垫并捆扎牢实.用缆索吊机逐根吊插钢护筒. 吊插完毕后, 逐根检查校正, 并按先卡上层, 再卡下层地顺序卡死在上下层定位架上, 护筒固定后将其位置详细检查, 将检查结果填表备查.护筒埋设后, 在底部装入0.5m 厚地碎 ( 卵 ) 石 , 再装入 2.5m 厚地黄泥 , 以防止灌注封底混凝土时, 护筒变位和封底混凝土进入护筒.7. 安装钻机作业平台及支承结构钻机作业平台由支承工字钢和用万能杆件拼

15、成4m高地网架组成 , 有 36 个支点 , 为保证每个支点接触良好 , 支承结构地安装必须十分仔细和准确. 安装时应注意以下几点：(1) 放线：在钢围堰顶面按基础中心放出十字线, 以十字线为基准 , 放出支承结构下层工字钢地位置, 并以丈量对角线地方法复核放线地精度.(2) 对钢围堰顶端水平桁架所在各支承位置抄平和计算支垫高度 , 对有影响地内外壁板顶端作好切削处理 .(3) 铺设下层支承结构工字钢时, 若遇悬臂长度大及不稳定者 , 需作临时支顶 , 并在钢围堰顶部内外壁板处焊卡块以防栽倒；架设第二层工字钢时, 需防止撞击下层已安好地工字钢. 两层工字钢安好后, 要反复丈量 , 抄平检查 ,

16、 支垫调整 , 确保支座高度在一个平面内.(4) 施焊支承结构斜撑和两层工字钢支承限位块时, 要牢固可靠 , 确保支承结构稳定 .(5) 网架组拼时 , 利用钢围堰组拼样台 , 按 36 个支座位置支垫平稳、 牢实 , 单件组拼成型 , 根据缆索吊机最大吊重确定一次吊装组拼重量 .(6) 吊运时 , 设 4 个吊点 , 在吊点下方用木垫保护, 以防止千斤顶绳被万能杆件角钢刃口割破危及安全.(7) 钻机作业平台吊运到位后 , 徐徐下降 , 根据基础十字线对正就位 . 网架支座与支架结构顶面不密贴时 , 用塞尺量测后吊起网架少许用薄铁皮支垫以达到各支座接触密贴为止.(8) 各支座限位角铁块要焊牢.

17、8. 灌注钢围堰封底水下混凝土灌注钢围堰底部封底水下混凝土时, 为确保阻断堰外水流入堰内和钻孔钢护筒, 需采取下列措施：(1) 根据混凝土流动度和有效灌注半径布置足够地导管根数.(2) 专门制作运输混凝土地大料罐 , 使之能将两台拌合机拌制混凝土一罐运走, 以缩短集料时间 .(3) 按需要延缓混凝土终凝时间和提高混凝土早期强度, 并据之选择混凝土配合比 .(4) 在灌注作业平台上搭设集料槽和输送槽, 用于砍球和依次灌注混凝土. 混凝土来料要依次, 集中灌注 , 加大混凝土地流动 .(5) 严格遵循水中混凝土灌注规定 , 作好量测和记录 , 确保封底成功 . 9. 水下切割拆除钢围堰在桥墩灌注出

18、水后 , 钢围堰在承台顶面 1m以上部分可拆除回收 . 根据缆索吊机吊重能力 , 按钢围堰高度分段在水中逐段切割, 吊运到岸上修整待用或按运输条件分块解体.五、机械设备( 一 ) 钢围堰制作及设备( 见表 1)表 1制作钢围堰机械设备( 三 ) 缆索吊机主要设备( 见表 3)表 3缆索吊机主要设备( 四) 潜水 (浅水 ) 作业设备 (见表 4)表 4潜水(浅水)作业设备( 五 ) 水下切割设备( 见表 5)表 5水下切割设备( 六 ) 其他机械及设备( 见表 6)表 6其他机械设备六、劳动组织钢围堰施工钻孔桩基础是一项系统工程 , 根据各工程设计特点、 设备情况 , 从编制实施性施工组织设计

19、入手到具体地组织实施 , 从安全、质量到施工进度 , 无不体现综合管理水平 .本工法除施工准备工作以外, 几乎是单工序作业, 其劳动力按工序、工种配备见表7.表 7劳动组织七、质量标准本工法各工序针对工艺特点参照有关规定, 制定有明确地质量标准和检查记录以外, 尚应执行 铁路特大桥工程质量评定验收标准(TBJ416-87) 和铁路桥涵施工规范(TBJ203 86) 地有关规定 .八、安全措施本工法执行铁路桥涵施工技术安全规则 (TBJ403 87) 和铁路临时工程附属辅助生产工程施工技术安全规则 (TBJ411 87) 地有关规定外 , 特别要注意以下事项：1. 双壁钢围堰施工钻孔桩基础应针对

20、起重安装作业、水上作业、潜水作业、焊接作业和其他施工作业分别制订操作细则 , 防止高空坠落、物体打击、溺水、灼伤、触电等伤害事故地发生.2.双壁钢围堰施工钻孔桩基础是新工艺、新方法 , 应对从事各工种地施工人员进行安全技术培训, 通过考核上岗 . 在工作中执行安全岗位责任制, 邻岗互相照应 .3.各级施工管理人员必须管安全, 在施工地全过程中 , 把安全工作融汇到自己地工作中去.4.凡进入施工场地人员都必须戴安全帽, 高空作业系好安全带 , 水上作业穿好救生衣, 潜水作业戴好潜水用具, 电焊作业戴好防护镜和手套 .5.各类机械、设备严格按有关操作规程操纵, 严禁违章和超负荷运转 .6. 材料、

21、工具、设备、管线布置有序 , 堆放整齐牢固 , 做到文明施工 . 九、社会效益和经济效益以南昆铁路南那段左江大桥2 号墩双壁钢围堰施工钻孔桩基础为例：采用大吨位缆索吊机 , 为双壁钢围堰分节制造、 不用水上作业船只施工创出了新路, 扩大了双壁钢围堰施工钻孔桩地使用范围.按该桥施工组织设计要求, 在一个枯水期建成了2 号深水墩 , 为 2 80m 下承式栓焊连续钢桁梁拖拉架设提供了足够地时间, 确保实现该段铺轨总工期.十、工程实例南昆铁路南宁至那厘段 DK22+633马村左江大桥为 32m+2 80m+32m下承式栓焊连续钢桁梁和预应力混凝土梁桥 , 其 2 号墩位于左江主河槽 , 是两孔 80

22、m钢桁梁地主墩 , 施工水深 10.50m, 设计采用双壁钢围堰施工钻孔桩基础 , 共计 12 根桩 , 桩径 1m,桩长 16m,嵌入岩层14m,因受冲刷深度地影响, 按高桩承台柱桩设计.钢围堰根据缆索吊机设计吊重40t,按高度分成三节在桥位就地制造；租用23 个 6m 3m 2m 地中-60( 乙 ) 浮箱 , 用 20 个组成定位、导向平台, 用 3 个(后发现用2 个即可满足需要 ) 组拼在一起作为抛锚设备和钢围堰接高施焊内壁工作台；将钢围堰接高、下沉、着床；吊插12 根 1.3m,L=11m 钻孔钢护筒；用两组工作索道吊运灌注23C20 封底混凝土 , 封底面积 163m、水中混凝土 263m；在钢围堰顶部直接安装钻机作业平台 , 供两台 CZ 30 型冲击钻机同时进行冲孔作业. 在 1992 年 2 月 27 日吊出最后一节水下切割回收地钢围堰 , 实现了在一个枯水期施工一个深水桥基地目标, 突破了控制全桥地关键工程, 为南那段如期铺轨赢得了时间 .执笔 汪德礼