CN111779015A - 水中承台有底钢套箱封底混凝土的施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水中承台有底钢套箱封底混凝土的施工方法，其特征在于包括如下步骤：安装底桁架→安装预制底板→安装吊挂系统→安装侧模及外围囹→钢套箱定位→安装内围囹→浇筑第一层封底混凝土→安装牛腿装置→浇筑第二层封底混凝土→承台施工；其中，所述安装牛腿装置具体为：待第一层封底混凝土达到设计强度后，抽干套箱内的水，割断精轧螺纹钢，在钢护筒四周安装牛腿，使牛腿的一端与钢护筒固定，另一端与精轧螺纹钢固定；之后于钢护筒四周布设“L”型加强筋，使加强筋的短边与钢护筒固定连接，加强筋的长边与封底混凝土贴合。通过本发明方法可以增加封底混凝土整体性，减少了封底混凝土的用量，降低了施工成本，提高了封底混凝土的安全系数。

Description

水中承台有底钢套箱封底混凝土的施工方法
技术领域
本发明属于桥梁施工工程技术领域，具体涉及一种水中承台有底钢套箱封底混凝土的施工方法。
技术背景
随着经济的发展，跨海湾、江、河大桥日益增多，水上桥梁施工工艺也越来越多。工程中常见的水中承台施工方法有：土石围堰、钢板桩围堰、单壁或双壁钢围堰、钢筋混凝土围堰、锁扣管柱围堰等。其中，水中承台有底钢套箱施工以钢护筒作为支撑，以千斤顶、精轧螺纹钢筋、工字钢、贝雷梁、型钢底架组成吊挂系统，以钢套箱侧模、混凝土底板、工字钢围囹组成钢套箱围堰。通过吊挂系统将受力传递至桩基钢护筒，实现钢套箱围堰整体下放。钢套箱侧模拼缝通过橡胶止水带进行止水，钢套箱底板封水则采用钢套箱围堰下放到位后，进行水下混凝土封底浇筑进行止水。由封底混凝土与钢护筒的粘结力承受承台施工过程中的重力，侧模和围囹承受水的侧压力和承台混凝土的侧压力。而封底混凝土与钢护筒之间的粘结力大小完全取决于混凝土与钢护筒接触面积。而混凝土与钢护筒接触面积通常与封底混凝土的厚度成正比关系，因此随着封底混凝土的厚度增加，粘结力越大。虽然混凝土厚度的变大，增加了封底混凝土与钢护筒之间的粘结力，但是同样存在以下几个方面的问题：(1)封底混凝土自重变大，需要对悬吊体系的各个部位(工字钢、贝雷梁、型钢底架、底板预制板)进行加强设计。(2)封底混凝土厚度增厚，侧墙模板需要进一步加高，用于补充封底混凝土增厚的部分。浪费材料，同时也增加了施工荷载。(3)混凝土数量增加，施工成本也会进一步增加。因此，为避免封底混凝土浇筑厚度过厚，增加一系列成本投入，需要采取一定措施增加钢护筒与混凝土之间的整体性，同时避免浇筑过厚的封底混凝土。
发明专利内容
针对上述问题，为实现减少封底混凝土用量，并提供足以抵抗承台施工过程中的各类状况的荷载，本发明提供了一种水中承台有底钢套箱封底混凝土的施工方法，通过本发明方法可以增加封底混凝土整体性，减少了封底混凝土的用量，降低了施工成本，提高了封底混凝土的安全系数。
本发明通过下述技术方案实现。
水中承台有底钢套箱封底混凝土的施工方法，其特征在于包括如下步骤：
安装底桁架→安装预制底板→安装吊挂系统→安装侧模及外围囹→钢套箱定位→安装内围囹→浇筑第一层封底混凝土→安装牛腿装置→浇筑第二层封底混凝土→承台施工；
所述浇筑第一层封底混凝土具体为：采用多点浇筑的方式进行水下混凝土浇筑施工，控制第一层封底混凝土的浇筑厚度为60～80cm；
所述安装牛腿装置具体为：待第一层封底混凝土达到设计强度后，抽干套箱内的水，割断精轧螺纹钢，在钢护筒四周安装牛腿，使牛腿的一端与钢护筒固定，另一端与精轧螺纹钢固定；之后于钢护筒四周布设“L”型加强筋，使加强筋的短边与钢护筒固定连接，加强筋的长边与封底混凝土贴合；其中，牛腿安装前应凿除安装部位突出的混凝土，保证牛腿装置安装在设计标高；
所述浇筑第二层封底混凝土具体为：待安装牛腿、加强筋安装完毕，拆除顶部吊挂系统，浇筑第二层封底混凝土，控制第二层封底混凝土的浇筑厚度为20～40cm。
作为具体技术方案，所述安装吊挂系统步骤具体为：在钢护筒顶部安装纵梁、横梁，横梁上方安装千斤顶、扁担梁，之后于每根钢护筒四周均匀布置4～8根精轧螺纹钢，且精轧螺纹钢上、下部分别与扁担梁、底桁架连接固定。
作为具体技术方案，所述纵梁为贝雷梁。
作为具体技术方案，所述安装牛腿装置步骤中，牛腿采用双拼工字钢通过跳焊拼接而成。
作为具体技术方案，所述安装牛腿装置步骤中，于牛腿的一端开设通孔，所述精轧螺纹钢穿过通孔利用螺母、垫片与牛腿连接固定。
作为具体技术方案，所述安装牛腿装置步骤中，牛腿的一端与钢护筒焊接固定，另一端与精轧螺纹钢焊接固定。
作为具体技术方案，所述安装牛腿装置步骤中，于钢护筒四周，位于每相邻牛腿之间布设相同数量的加强筋，布设数量为2～4根。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明装置通过牛腿、加强筋的设置，将钢护筒和封底混凝土连接为一个整体，以牛腿与钢护筒之间的抗剪力代替一部分混凝土与钢护筒粘结力；
2、本发明专利很大程度的减少了封底混凝土的用量，降低了施工成本，提高了封底混凝土整体安全性。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实例或现有施工中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要施工的附图做以简单的介绍，描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，再不付出创造性劳动性的前提下，还可根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明中安装底桁架、预制底板的主视图；
图2为本发明中安装底桁架、预制底板的左视图；
图3为本发明中安装吊挂系统的主视图；
图4为本发明中安装吊挂系统的左视图；
图5为本发明中安装侧模及外围囹的主视图；
图6为本发明中钢套箱定位、浇筑封底混凝土的主视图；
图7为本发明中安装牛腿、加强筋的俯视图；
图8为本发明中安装牛腿、加强筋的主视图；
上述图中各标识的含义为：1-钢护筒，2-牛腿板，3-底桁架，4-混凝土底板，5-纵梁，6-横梁，7-扁担梁，8-精轧螺纹钢，9-钢套箱，10-牛腿，11-加强筋。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明专利实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明实施例的一部分，而不是全部的实施例。
实施例1
水中承台有底钢套箱封底混凝土的施工方法：
(1)安装底桁架：请参阅图1、图2，在钢护筒上安装牛腿板2，之后在牛腿板上安装底桁架3；
(2)安装预制底板：将混凝土底板4安装至底桁架3上，并利用角钢将混凝土底板4周围与底桁架3固定；
(3)安装吊挂系统：请参阅图3、图4，在钢护筒1顶部安装纵梁5、横梁6，横梁6上方安装千斤顶、扁担梁7，之后于每根钢护筒四周均布布置4～8根精轧螺纹钢8，且精轧螺纹钢8上、下部分别与扁担梁7、底桁架3连接固定；
(4)安装侧模及外围囹，请参阅图5；
(5)钢套箱定位：请参阅图6，将钢套箱9整体提升5～10cm，割除底部牛腿板2；调节千斤顶将钢套箱下放至设计标高，调整钢套箱平面位置与设计相符；
(6)安装内围囹：于钢套箱9内安装钢套箱内围囹；
(7)浇筑第一层封底混凝土：请参阅图6，采用多点浇筑的方式进行水下混凝土浇筑施工，控制第一层封底混凝土的浇筑厚度为60～80cm；
(8)安装牛腿装置：请参阅图7、图8，待第一层封底混凝土达到设计强度后，抽干钢套箱内的水，割断精轧螺纹钢8，在钢护筒四周安装牛腿10，使牛腿的一端与钢护筒1固定，另一端与精轧螺纹钢8固定；之后于钢护筒1四周布设“L”型加强筋11，使加强筋11的短边与钢护筒1固定连接，加强筋11的长边与封底混凝土贴合；其中，牛腿安装前应凿除安装部位突出的混凝土，保证牛腿装置安装在设计标高；
(9)浇筑第二层封底混凝土：待安装牛腿、加强筋安装完毕，拆除顶部吊挂系统，浇筑第二层封底混凝土，控制第二层封底混凝土的浇筑厚度为20～40cm；
(10)承台施工：绑扎承台钢筋，浇筑承台混凝土，承台混凝土一次性浇筑完成。
实施例2
本实施例例举了一个具体的工程项目采用本发明方法进行水中承台有底钢套箱封底混凝土施工的步骤。
该工程项目位于海湾，主桥跨越大西洋泄湖水域，泄湖设计水位：+0.7～-0.3m，环境类别：Ⅰ类；主桥跨组合为(54+7×90+68+42.25)m，左右幅间距0.6m；P1#～P7#桥墩承台位于泄湖中，水中承台顶设计标高为+1.2m，承台厚3m，承台底部桩基直径2.3m，为施工方便，拟采用钢套箱施工方法施工桥墩承台；项目设计钢套箱高度4.5m(不含底板)、长度15.3m、宽度10m，承台封底总厚度为100cm，第一层封底混凝土70cm，第二层封底混凝土30cm；该项目采用本发明方法的具体施工步骤如下：
(1)安装底桁架：请参阅图1、图2，在钢护筒上安装牛腿板2，之后在牛腿板上安装底桁架3；
(2)安装预制底板：将混凝土底板4安装至底桁架3上，并利用角钢将混凝土底板4周围与底桁架3固定；
(3)安装吊挂系统：请参阅图3、图4，在钢护筒1顶部安装纵梁5、横梁6，横梁6上方安装千斤顶、扁担梁7，之后于每根钢护筒四周均布布置4～8根精轧螺纹钢4，且精轧螺纹钢8上、下部分别与扁担梁7、底桁架3连接固定；
(4)安装侧模及外围囹，请参阅图5；
(5)钢套箱定位：请参阅图6，将钢套箱9整体提升5～10cm，割除底部牛腿板2；调节千斤顶将钢套箱下放至设计标高，调整钢套箱平面位置与设计相符；
(6)安装内围囹：于钢套箱9内安装钢套箱内围囹；
(7)浇筑第一层封底混凝土：请参阅图6，采用多点浇筑的方式进行水下混凝土浇筑施工，控制第一层封底混凝土的浇筑厚度为70cm；第一次封底混凝土施工完成，钢套箱内部水抽干后，水的浮力与结构自重、混凝土与钢护筒之间的粘结力相平衡；
(8)安装牛腿装置：请参阅图7、图8，待第一层封底混凝土达到设计强度后，抽干钢套箱9内的水，割断精轧螺纹钢8，在隔断时应注意预留一定长度；之后在钢护筒1四周安装牛腿10，牛腿结构是长度为1.2m的双拼I 25#工字钢，两根工字钢之间采用跳焊进行焊接，在牛腿一端距端头0.2m位置开
Figure BDA0002556599750000051
的通孔，精轧螺纹钢8穿过通孔利用螺母、垫片(采用14mm厚钢板做垫片，垫片大小为20cm×20cm，在垫片中心开
Figure BDA0002556599750000052
的通孔)与牛腿连接固定，使牛腿10的一端与钢护筒1固定，另一端与精轧螺纹钢8固定；之后于钢护筒1四周、位于每相邻牛腿之间布设相同数量的“L”型加强筋11，布设数量为3根，“L”型加强筋采用
Figure BDA0002556599750000053
的螺纹钢筋制作，“L”型加强筋的长度为75cm，使加强筋的短边与钢护筒焊接固定连接，加强筋的长边与封底混凝土贴合；其中，牛腿安装前应凿除安装部位突出的混凝土，保证牛腿装置安装在设计标高；
(9)浇筑第二层封底混凝土：待安装牛腿、加强筋安装完毕，拆除顶部吊挂系统，浇筑第二层封底混凝土，控制第二层封底混凝土的浇筑厚度为30cm；第二次封底混凝土浇筑完成后，水的浮力与结构自重、混凝土与钢护筒之间粘结力相平衡；
(10)承台施工：绑扎承台钢筋，浇筑承台混凝土，承台混凝土一次性浇筑完成；在施工承台混凝土时，结构自重与水的浮力、钢护筒与封底混凝土之间粘结力相平衡。
该项目采用本发明方法施工(设置牛腿和加强筋)与常规方法施工(不设置牛腿和加强筋)的封底混凝土承载力计算及经济性对比分析如下。
1、该项目采用本发明方法施工(设置牛腿和加强筋，混凝土的厚度为1m)的封底混凝土承载力计算
1.1自重荷载
由于承台底部桩基直径2.3m，计算承台混凝土荷载时桩基顶部承台混凝土重量由桩基承担，故不考虑桩基顶部等面积钢筋混凝土重量。自重荷载＝底桁架自重+混凝土底板自重+模板自重+封底混凝土自重+围囹自重+承台混凝土自重。经计算，底桁架自重为79.46KN、混凝土底板自重576.3KN、封底混凝土自重3201.79KN、模板自重416.48KN、围囹自重91.22KN、承台混凝土自重9605.36KN，因此自重荷载＝＝79.46+576.3+3201.79+416.48+91.22+9605.36＝13970.6KN；
其中，封底混凝土的厚度为1m，封底混凝土自重采用下式计算：
Figure BDA0002556599750000061
1.2反力荷载
(1)水的浮力F1
按最不利荷载，即最低水位-0.3m计算，水头高差2.62m：
Figure BDA0002556599750000062
(2)底板牛腿F2
双拼I 25#工字钢牛腿受力状态为弯矩和剪力，由于将牛腿安装在封底混凝土内，混凝土为刚性材料，可将牛腿与封底混凝土看做一个整体，则牛腿所能承受的最大荷载为其所能承受的最大剪应力：
根据最大剪力计算：由
Figure BDA0002556599750000063
得：
Figure BDA0002556599750000064
F2max＝Vmax＝235.7KN；；
每个承台布置24个牛腿，则单个承台牛腿最大力为：
F2＝Fmax·N＝235.7×24＝5656.8KN；
(3)封底混凝土最大粘结力F3
封底混凝土采用B35混凝土，粘结力计算中粘结力系数[f]参考文献(杨红等.苏通大桥承台封底混凝土与钢护筒间握裹力的试验研究与应用.现代交通技术，2008,8)中的取值，粘结力系数[f]＝0.2MPa，则：
F3＝[f]·S＝0.2×π×2.3×1×6×1000＝8670.8KN；
(4)反力合力F
F＝F1+F2+F3＝5656.8+3850.56+8670.8＝17683.1KN；
1.3合力计算
由以上计算可知：F＝17683.1KN>G＝13970.6KN；
故采用本发明方法施工结构安全，且结构受力富余系数为：
Figure BDA0002556599750000071
2、该项目采用常规方法施工(不设置牛腿和加强筋，混凝土的厚度为2m)的封底混凝土承载力计算
2.1自重荷载
由于承台底部桩基直径2.3m，计算承台混凝土荷载时桩基顶部承台混凝土重量由桩基承担，故不考虑桩基顶部等面积钢筋混凝土重量。自重荷载＝底桁架自重+混凝土底板自重+模板自重+封底混凝土自重+围囹自重+承台混凝土自重。经计算，底桁架自重为79.46KN、混凝土底板自重576.3KN、封底混凝土自重3201.79KN、模板自重416.48KN、围囹自重91.22KN、承台混凝土自重9605.36KN，因此自重荷载＝＝79.46+576.3+6403.57+416.48+91.22+9605.36＝17172.4KN；
其中，封底混凝土的厚度为2m，封底混凝土自重采用下式计算：
Figure BDA0002556599750000072
2.2反力荷载
(1)水的浮力F1
按最不利荷载，即最低水位-0.3m计算，水头高差3.62m：
Figure BDA0002556599750000073
(2)封底混凝土最大粘结力F3
封底混凝土采用B35混凝土，粘结力计算中粘结力系数[f]参考文献(杨红等.苏通大桥承台封底混凝土与钢护筒间握裹力的试验研究与应用.现代交通技术，2008,8)中的取值，粘结力系数[f]＝0.2MPa，则：
F3＝[f]·S＝0.2×π×2.3×2×6×1000＝17341.59KN；
(4)反力合力F
F＝F1+F3＝4636.19+17341.59＝21977.78KN；
2.3合力计算
由以上计算可知：F＝21977.78KN>G＝17172.4KN；
故结构安全，且结构受力富余系数为：
Figure BDA0002556599750000081
3、该项目采用本发明方法施工(不设置牛腿和加强筋，混凝土的厚度为1m)与常规方法施工(不设置牛腿和加强筋，混凝土的厚度为2m)的经济性对比分析如表1、表2。
表1采用本发明方法施工的施工费用
Figure BDA0002556599750000082
Figure BDA0002556599750000091
表2采用常规方法施工的施工费用
Figure BDA0002556599750000092
通过上述计算、对比可知，选用采用本发明方法施工和常规方法施工的过程中安全系数基本相同，但采用本发明方法施工，可直接减少封底混凝土用量128m3，单个承台封底混凝土施工可节省工程费用约108280元，经济性显著增加。其次加强钢筋的布置，极大的消除了水下混凝土施工质量的不确定性，使结构的安全性能更高，保证了承台混凝土施工过程中安全可靠。

Claims (7)

1.水中承台有底钢套箱封底混凝土的施工方法，其特征在于包括如下步骤：
安装底桁架→安装预制底板→安装吊挂系统→安装侧模及外围囹→钢套箱定位→安装内围囹→浇筑第一层封底混凝土→安装牛腿装置→浇筑第二层封底混凝土→承台施工；
所述浇筑第一层封底混凝土具体为：采用多点浇筑的方式进行水下混凝土浇筑施工，控制第一层封底混凝土的浇筑厚度为60～80cm；
所述安装牛腿装置具体为：待第一层封底混凝土达到设计强度后，抽干套箱内的水，割断精轧螺纹钢，在钢护筒四周安装牛腿，使牛腿的一端与钢护筒固定，另一端与精轧螺纹钢固定；之后于钢护筒四周布设“L”型加强筋，使加强筋的短边与钢护筒固定连接，加强筋的长边与封底混凝土贴合；其中，牛腿安装前应凿除安装部位突出的混凝土，保证牛腿装置安装在设计标高；
所述浇筑第二层封底混凝土具体为：待安装牛腿、加强筋安装完毕，拆除顶部吊挂系统，浇筑第二层封底混凝土，控制第二层封底混凝土的浇筑厚度为20～40cm。
2.如权利要求1所述的水中承台有底钢套箱封底混凝土的施工方法，其特征在于所述安装吊挂系统步骤具体为：在钢护筒顶部安装纵梁、横梁，横梁上方安装千斤顶、扁担梁，之后于每根钢护筒四周均匀布置4～8根精轧螺纹钢，且精轧螺纹钢上、下部分别与扁担梁、底桁架连接固定。
3.如权利要求2所述的水中承台有底钢套箱封底混凝土的施工方法，其特征在于所述纵梁为贝雷梁。
4.如权利要求1所述的水中承台有底钢套箱封底混凝土的施工方法，其特征在于所述安装牛腿装置步骤中，牛腿采用双拼工字钢通过跳焊拼接而成。
5.如权利要求1所述的水中承台有底钢套箱封底混凝土的施工方法，其特征在于所述安装牛腿装置步骤中，于牛腿的一端开设通孔，所述精轧螺纹钢穿过通孔利用螺母、垫片与牛腿连接固定。
6.如权利要求1所述的水中承台有底钢套箱封底混凝土的施工方法，其特征在于所述安装牛腿装置步骤中，牛腿的一端与钢护筒焊接固定，另一端与精轧螺纹钢焊接固定。
7.如权利要求1～6任意所述的水中承台有底钢套箱封底混凝土的施工方法，其特征在于所述安装牛腿装置步骤中，于钢护筒四周，位于每相邻牛腿之间布设相同数量的加强筋，布设数量为2～4根。
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