CN116219876B - 一种深水区超大下横梁施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深水区超大下横梁施工方法，将底模安装完成，安装止水钢套箱与承重支架，浇筑塔柱并完成作业；将第一层底板、腹板及隔墙钢筋绑扎，将冷却水管预埋安装，使内外模安装固定；进行下横梁第一层混凝土浇筑；将第二层底板、腹板及隔墙钢筋绑扎，将冷却水管预埋安装，使内外模安装固定；进行下横梁第二层混凝土浇筑；将第三层底板、腹板及隔墙钢筋绑扎，将冷却水管预埋安装，使内外模安装固定；进行下横梁第三层混凝土浇筑；对后浇带施工，进行横梁内预应力张拉；灌浆、封锚，下横梁施工完成。通过止水钢套箱与承重支架的创新结合，解决了水中超大体量横梁的建设难题，在项目实施过程中取的了较好的效果。

Description

一种深水区超大下横梁施工方法

技术领域

本发明涉及下横梁施工领域，尤其涉及一种深水区超大下横梁施工方法。

背景技术

目前，大跨径桥梁(例如千米级跨江跨峡谷通道)一般采用悬索桥体系，而大跨径悬索桥的索塔一般由桩基、承台、塔柱、横梁等组成。索塔做为主缆的重要支承结构物，主要承担桥梁的竖向荷载和纵横桥向水平荷载，为增大塔柱横向刚度来抵抗横桥向水平荷载，确保塔柱从下至上的设计倾斜度，通常在索塔两个独立塔柱间设置一道或多道横梁形成刚架结构的门式索塔，以增强高塔柱在施工及运营期间的安全稳定性。

下横梁做为主塔结构的重要组成部分，其主要作用表现在，一方面可以平衡左右塔肢水平分力；另一方面联系主塔双塔肢，增强主塔结构稳定性。随着桥梁跨度的增大，下横梁的体量也在逐渐增大，另外，为了体现桥梁结构力与美的完美结合，下横梁也会被设计成各种优美且独特的结构形式，这无疑都大大地增加了下横梁的施工难度。

对于千米级跨度的桥梁而言，塔柱高度可达到300m的高度，下横梁做为联系左右幅塔柱的第一道横向联系，目前国内大部分桥梁一般都设置在标高50m处附近的位置，例如南沙大桥的两座千米级悬索桥，其下横梁位置为38m、46.5m。下横梁设置在该处的位置具有体量相对较小、方便与塔柱异步施工、不涉及水上作业的优点。

深中通道伶仃洋大桥为主跨1666m的三跨全漂浮体系悬索桥，索塔塔柱高270m，下横梁端部高16.57m，顶宽14.7m，底宽15.5m；跨中高13.0m，顶宽10.3m，底宽10.9m，中间由顶面两段直线过渡，混凝土总方量达到6000m3，重量约1.56万吨，且该下横梁梁底与承台顶面同标(+0.000m)，低于该处水域的常水位标高(+0.52m)，因此该下横梁不仅面临超大体量常规支架无法承载的施工难题，还需解决横梁在水中作业的环境难题，综合考虑两者因素，研发了一种“止水钢套箱+承重支架”的组合支架系统来解决深水区超大横梁的建设难题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种深水区超大下横梁施工方法，其能解决深水区超大横梁建设难的问题。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种深水区超大下横梁施工方法，包括以下步骤：

S10步骤：进行施工准备，将底模安装完成，安装止水钢套箱与承重支架，浇筑塔柱并完成作业；

S20步骤：将第一层底板、腹板及隔墙钢筋绑扎，将冷却水管预埋安装，使内外模安装固定；

S30步骤：进行下横梁第一层混凝土浇筑；

S40步骤：将第二层底板、腹板及隔墙钢筋绑扎，将冷却水管预埋安装，使内外模安装固定；

S50步骤：进行下横梁第二层混凝土浇筑；

S60步骤：将第三层底板、腹板及隔墙钢筋绑扎，将冷却水管预埋安装，使内外模安装固定；

S70步骤：进行下横梁第三层混凝土浇筑；

S80步骤：对后浇带施工，进行横梁内预应力张拉；

S90步骤：灌浆、封锚，下横梁施工完成。

进一步地，在所述S10步骤中，进行“施工准备，将底模安装完成，浇筑塔柱并完成作业”时，施工准备过程中，提前在钢套箱上预留止水钢套箱承重梁孔洞。

进一步地，在所述S10步骤中，进行“将底模安装完成，浇筑塔柱并完成作业”时，在混凝土灌注桩施工完成后，再拆除桩基施工平台。

进一步地，在所述S10步骤中，进行“将底模安装完成，浇筑塔柱并完成作业”时，使用潜水员配合履带吊安装套箱承重梁，在承重梁安装完成后，接长钢护筒并安装搁置牛腿，现场拼装底板形成拼装平台，并同步安装围檩及内撑系统。

进一步地，在所述S10步骤中，进行“将底模安装完成，浇筑塔柱并完成作业”时，套箱拼装完成后安装下放千斤顶、钢棒、吊耳组合的下放系统，下放钢套箱至底板承重梁上，潜水员进行堵漏，同步浇注套箱C-T接头快凝砼，水下浇注封底砼，抽水处理后，安装支架底板承重梁、分布梁及支架底模系统，完成支架安装。

进一步地，进行“下放千斤顶、钢棒、吊耳组合的下放系统”时，千斤顶、钢棒及吊耳分别布置在止水钢套箱壁体两侧及中间处，通过千斤顶的油泵来实现钢套箱下放过程中的精准控制。

进一步地，在下放系统中，吊耳焊接在底板上，千斤顶布置在下放主梁上，吊耳与千斤顶通过钢棒连接以完成止水钢套箱的整体提升与下放。

进一步地，在所述S30步骤中，进行“下横梁第一层混凝土浇筑”时，在作业完成后，进行混凝土养护。

进一步地，在所述S50步骤中，进行“下横梁第二层混凝土浇筑”时，在作业完成后，进行混凝土养护，拆模。

进一步地，在所述S70步骤中，进行“下横梁第三层混凝土浇筑”时，在作业完成后，进行混凝土养护，拆模。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

将底模安装完成，安装止水钢套箱与承重支架，浇筑塔柱并完成作业；将第一层底板、腹板及隔墙钢筋绑扎，将冷却水管预埋安装，使内外模安装固定；进行下横梁第一层混凝土浇筑；将第二层底板、腹板及隔墙钢筋绑扎，将冷却水管预埋安装，使内外模安装固定；进行下横梁第二层混凝土浇筑；将第三层底板、腹板及隔墙钢筋绑扎，将冷却水管预埋安装，使内外模安装固定；进行下横梁第三层混凝土浇筑；对后浇带施工，进行横梁内预应力张拉；灌浆、封锚，下横梁施工完成。通过止水钢套箱与承重支架的创新结合，解决了水中超大体量横梁的建设难题，在项目实施过程中取的了较好的效果，也为以后类似的跨海大桥水中结构施工提供了一种新思路、新方法。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明深水区超大下横梁施工方法中一较佳实施例的流程图；

图2为立体布置图；

图3为侧面布置图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1-3，一种深水区超大下横梁施工方法，包括以下步骤：

S10步骤：进行施工准备，将底模安装完成，安装止水钢套箱与承重支架，浇筑塔柱第4节段并完成作业；

优选的，(1)、施工准备过程中，提前在钢套箱上预留止水钢套箱承重梁孔洞；(2)、在混凝土灌注桩施工完成后，再拆除桩基施工平台；(3)、使用潜水员配合履带吊安装套箱承重梁，在承重梁安装完成后，接长钢护筒并安装搁置牛腿，现场拼装底板形成拼装平台，并同步安装围檩及内撑系统；(4)、套箱拼装完成后安装下放千斤顶、钢棒、吊耳组合的下放系统，下放钢套箱至底板承重梁上，潜水员进行堵漏，同步浇注套箱C-T接头快凝砼，水下浇注封底砼，抽水处理后，安装支架底板承重梁、分布梁及支架底模系统，完成支架安装。具体的，进行“下放千斤顶、钢棒、吊耳组合的下放系统”时，千斤顶、钢棒及吊耳分别布置在止水钢套箱壁体两侧及中间处，通过千斤顶的油泵来实现钢套箱下放过程中的精准控制。

优选的，在下放系统中，吊耳焊接在底板上，千斤顶布置在下放主梁上，吊耳与千斤顶通过钢棒连接以完成止水钢套箱的整体提升与下放。

S20步骤：将第一层底板、腹板及隔墙钢筋绑扎，将冷却水管预埋安装，使内外模安装固定；

S30步骤：进行下横梁第一层混凝土浇筑；优选的，在所述S30步骤中，进行“下横梁第一层混凝土浇筑”时，在作业完成后，进行混凝土养护。

S40步骤：将第二层底板、腹板及隔墙钢筋绑扎，将冷却水管预埋安装，使内外模安装固定；

S50步骤：进行下横梁第二层混凝土浇筑；优选的，在所述S50步骤中，进行“下横梁第二层混凝土浇筑”时，在作业完成后，进行混凝土养护，拆模。

S60步骤：将第三层底板、腹板及隔墙钢筋绑扎，将冷却水管预埋安装，使内外模安装固定；

S70步骤：进行下横梁第三层混凝土浇筑；优选的，在所述S70步骤中，进行“下横梁第三层混凝土浇筑”时，在作业完成后，进行混凝土养护，拆模。

S80步骤：对后浇带施工，进行横梁内预应力张拉；

S90步骤：灌浆、封锚，下横梁施工完成。通过止水钢套箱与承重支架的创新结合，解决了水中超大体量横梁的建设难题，在项目实施过程中取的了较好的效果，也为以后类似的跨海大桥水中结构施工提供了一种新思路、新方法。

需要说明的是：

在止水钢套箱中，止水钢套箱从下往上依次布置为承重梁、底板、封底混凝土、斜撑、围檩、水平撑、壁体、止水接头等。承重梁采用双拼HM588型钢，梁段均安装在承台钢套箱的开孔处，用于支撑止水钢套箱的底板及封底混凝土，并将所受荷载传递至承台钢套箱上。承重梁可根据实际需要采用其它型号的型钢或者多型钢主拼来代替，例如双拼HN700、HN900、三拼HM588等。底板则采用钢模板制作而成，对材料无特殊要求，其形状则需根据所设置的灌注桩位置进行开孔，封底混凝土厚1米，其形状与底板相同，在整个止水钢套箱完成安装后对底板浇筑1m厚的素混凝土，其主要作用是隔绝水进入止水钢套箱内，确保干燥的作业环境。斜撑一端设置在横桥向的灌注桩顶部位置，一端则顶住最底层第三道钢围檩，提高止水钢套箱的稳定性。围檩采用HM588型钢，通长设置在壁体的合适位置，本项目共设置3道钢围檩，其端头与承台钢套箱焊接牢固，其主要作用是与水平撑共同抵抗止水钢套箱所承受的外界水压力，三道钢围檩在竖直方向通过I25工字钢的连杆连接一个整体的框架，增加整个钢围檩的稳定性。水平撑采用钢管桩结构，设置在第1、2道钢围檩上，其主要作用与斜撑一样，是用来提高止水钢套箱的整体稳定性，与钢围檩共同抵抗外界水压力。壁体同底板一样采用钢模板制作而成，其主要作用相当于止水钢套箱的外壳，通过止水接头与预留在承台钢套箱上的锁扣连接，进而阻挡外界的水进入围堰内。止水接头设置为C-T接头形式，提前在原承台钢套箱指定位置上焊接已开口的钢管，在壁体上安装双拼工字钢，壁体安装时将工字钢卡入开口的钢管，随后浇筑速凝砂浆，即可完成壁体与原承台钢套箱的连接，实现止水钢套箱的止水功能。

需要说明的是，承重支架从下往上依次布置为钻孔灌注桩基础、卸荷砂箱、型钢承重梁、型钢分配梁、底模等。承重支架做为超大下横梁的主要支撑结构，根据荷载传递规律，需要满足下横梁第一次分层浇筑混凝土全部重量+第2次分层浇筑约50％的混凝土重量，总计约4000m3混凝土，约1.4万吨的受力要求，在如此大的受力要求下，桩基础的选择至关重要，对于常规的钢管桩基础，在密布25根1m直径12mm壁厚钢管桩的情况下，单桩平均受力也已达到420吨的反力，钢管桩需要打设至坚硬的岩层才行，此情况下，钢管桩极易出现端口卷边变形、断裂导致支架整体失稳。故此，选择采用12根1.2m直径的混凝土灌注桩做为支撑基础。该方案从结构安全稳定、成本造价方面均优于钢管桩基础。在每根混凝土灌注桩顶部上设置一个卸荷砂箱，卸荷砂箱采用大小钢管填砂倒扣型式，主要作用用于型钢承重梁、型钢分配梁及底模的拆除。型钢承重梁采用三拼HN900型钢，沿横桥向焊接在卸荷砂箱上，间距布置为3.5m+4m+3.5m，主要作用是将顺桥向的型钢分配梁组成栅格框架，形成整体受力体系。型钢分配梁采用HN400型钢，按照1.8m的间距均布在承重梁上，与承重梁形成型钢格栅，减小底模的受力跨度。底模采用钢模板，根据下横梁底部线型平铺在分配梁上。

需要说明的是：

下放系统的主要作用是用来下放止水钢套箱，由接长钢护筒、下放主梁、搁置牛腿、下放组件、临时内撑等5部分组成。下放系统的技术原理是通过接长纵桥向6根灌注桩的钢护筒至指定高度，随后安装下放主梁至接长钢护筒上，随后通过下放组件(下放千斤顶、下放钢棒、下放吊耳)将拼装好的止水钢套箱整体下放至搁置牛腿上。下放牛腿采用HN400型钢，搁置在接长后的钢护筒上，其主要作用是用来悬吊下放组件。下放组件由下放千斤顶、下放钢棒及下放吊耳3部分组成，分别布置在止水钢套箱壁体两侧及中间处，通过千斤顶的油泵来实现钢套箱下放过程中的精准控制，其中，吊耳焊接在底板上，千斤顶布置在下放主梁上，两者通过钢棒连接来实现止水钢套箱的整体提升与下放。搁置牛腿采用25工字钢焊接在钢护筒指定标高处，其主要作用是在止水钢套箱底板安装在其上后作为套箱壁体及内撑的拼装平台。临时内撑采用25工字钢焊接在钢围檩上，其主要作用是在底板下放到位后通过25工字钢与钢围檩的焊接来提高底板的刚度，增加其稳定性。

具体实施说明：

某大桥西索塔位于平均水深10m的宽阔海域，西索塔为门式塔结构，塔柱采用8边形截面，设置上、中、下3道横梁，下横梁采用领结型设计，下横梁梁底与承台顶面同标高(+0.000m)，横梁端部高16.57m，顶宽14.7m，底宽15.5m；跨中高13.0m，顶宽10.3m，底宽10.9m，中间由顶面两段直线过渡。下横梁采用箱形构造，横桥向设置3道隔板，其中底板腹板厚度均为3m，隔板厚度2m，总体方量5898.5m³。下横梁共设置56束15-22预应力钢绞线，预应力钢束均设置在两侧腹板上，最下层预应力距离横梁底4.2m，预应力在塔端采用深埋，横梁内单端张拉施工。

施工技术重难点主要体现在一下几个方面：

下横梁为领结型，设计方量大，约6000m³，中间部位重量无法传递至承台，需要设置支架作为支撑系统，常规钢管桩支撑系统布置过于密集，施工困难，故选择钻孔灌注桩及上部支架系统作为支撑系统，增加了施工难度。

(2)下横梁底标高和承台平齐，处于常水位+0.52以下，支架结构在水面以下，需要设置止水钢套箱营造干施工环境。

(3)下横梁抗裂难度大，下横梁与承台塔柱形成固结，且与上述结构有较大龄期差，收缩裂缝产生风险大；下横梁为箱形结构，但壁厚达到3m，为大体积混凝土施工，温控困难。

(4)下横梁基础施工包括灌注桩施工、止水钢套箱施工、型钢支架施工等，工序繁琐，变化频繁，施工场地空间布置和时间安排要求高。

本专利发明主要提供深水区超大下横梁施工的组合支架系统及施工方法，通过将止水钢套箱与承重支架的创新组合，在保证施工安全与质量的前提下，很好的解决了深水超大下横梁的建设难题。

在另一优选的实施例中，本发明虽然采用混凝土灌注桩做为承重支架的支撑基础，但当涉及的结构体量相对较小或底部操作空间宽裕时，亦可采用钢管桩、PHC桩等基础型式做为支撑结构。止水钢套箱的结构形式可根据实际结构的需要灵活设计，本技术方案中所设计的型钢材料均可根据实际情况进行调整。下横梁实体施工可根据体量大小、温控方案等有针对性的选择分层浇筑次数，预应力张拉顺序等。

技术优点：

1、该组合支架系统在已经施工完成后的承台钢套箱上的指定位置上提前开孔，用于止水钢套箱承重梁的安装，在指定位置上提前安装钢管锁扣，用于止水钢套箱的安装，很好的解决了止水钢套箱与承台的连接止水问题和承重支架承重梁悬臂超限的问题。

2、创造性的利用原承台钢套箱发明一种止水钢套箱做为挡水围堰，待止水钢套箱封底完成后，即可在止水钢套箱围堰内搭设承重支架，很好的解决了下横梁的水域环境施工难题。

3、在做为临时结构的承重支架中采用钻孔灌注桩基础型式，在减少桩基础根数的情况下提高了承重支架的承载力，很好的解决了在空间受限的情况下布置密集的钢管桩。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种深水区超大下横梁施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10步骤：进行施工准备，将底模安装完成，安装止水钢套箱与承重支架，浇筑塔柱并完成作业；进行“施工准备，将底模安装完成，浇筑塔柱并完成作业”时，施工准备过程中，提前在钢套箱上预留止水钢套箱承重梁孔洞；进行“将底模安装完成，浇筑塔柱并完成作业”时，在带混凝土灌注桩施工完成后，再拆除桩基施工平台；进行“将底模安装完成，浇筑塔柱并完成作业”时，使用潜水员配合履带吊安装套箱承重梁，在承重梁安装完成后，接长钢护筒并安装搁置牛腿，现场拼装底板形成拼装平台，并同步安装围檩及内撑系统；进行“将底模安装完成，浇筑塔柱并完成作业”时，套箱拼装完成后安装下放千斤顶、钢棒、吊耳组合的下放系统，下放钢套箱至底板承重梁上，潜水员进行堵漏，同步浇注套箱C-T接头快凝砼，水下浇注封底砼，抽水处理后，安装支架底板承重梁、分布梁及支架底模系统，完成支架安装；进行“下放千斤顶、钢棒、吊耳组合的下放系统”时，千斤顶、钢棒及吊耳分别布置在止水钢套箱壁体两侧及中间处，通过千斤顶的油泵来实现钢套箱下放过程中的精准控制；

S20步骤：将第一层底板、腹板及隔墙钢筋绑扎，将冷却水管预埋安装，使内外模安装固定；

S30步骤：进行下横梁第一层混凝土浇筑；

S40步骤：将第二层底板、腹板及隔墙钢筋绑扎，将冷却水管预埋安装，使内外模安装固定；

S50步骤：进行下横梁第二层混凝土浇筑；

S60步骤：将第三层底板、腹板及隔墙钢筋绑扎，将冷却水管预埋安装，使内外模安装固定；

S70步骤：进行下横梁第三层混凝土浇筑；

S80步骤：对后浇带施工，进行横梁内预应力张拉；

S90步骤：灌浆、封锚，下横梁施工完成。

2.如权利要求1所述的深水区超大下横梁施工方法，其特征在于：在下放系统中，吊耳焊接在底板上，千斤顶布置在下放主梁上，吊耳与千斤顶通过钢棒连接以完成止水钢套箱的整体提升与下放。

3.如权利要求1所述的深水区超大下横梁施工方法，其特征在于：在所述S30步骤中，进行“下横梁第一层混凝土浇筑”时，在作业完成后，进行混凝土养护。

4.如权利要求1所述的深水区超大下横梁施工方法，其特征在于：在所述S50步骤中，进行“下横梁第二层混凝土浇筑”时，在作业完成后，进行混凝土养护，拆模。

5.如权利要求1所述的深水区超大下横梁施工方法，其特征在于：在所述S70步骤中，进行“下横梁第三层混凝土浇筑”时，在作业完成后，进行混凝土养护，拆模。