2018浅谈深水基础承台施工工艺

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　　摘 要：水中墩基础承台为深水大体积混凝土承台施工，水中墩钢吊（套）箱围堰的设计与施工，封底混凝土施工及承台混凝土浇筑等施工作业。
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　　关键词：深水基础承台 钢吊（套）箱设计、施工 封底混凝土施工承台混凝土浇筑
　　一、前言
　　目前国内跨江、海、河流域工程较多，涉及的深水基础施工显而易见，深水基础承台深度一般在5-30米之内常见，甚至一度达到50米，其特点是承台所处地质环境差，水流流速大、坞工体积大等特点，下面就深水基础施工技术作简要介绍。
　　二、深水基础方案选择：
　　1、承台施工采用单壁钢吊（套）箱围堰或双壁钢吊（套）箱围堰的方法施工。
　　2、、深水基础施工工艺流程：
　　
　　
　　3．钢吊（套）箱设计
　　钢吊（套）箱围堰是为承台施工而设计的临时阻水结构，其作用是通过吊箱围堰侧板和封底混凝土围水，为承台施工提供无水的干处施工环境，同时侧板作为浇筑封底砼和承台砼的侧模。
　　1、 钢吊箱设计条件：
　　1. 1施工工况条件
　　根据钢吊箱围堰施工作业时段，设计受力状态按以下几个工况进行分析：
　　1.1.1悬浮下沉阶段
　　1.1.2封底砼施阶段
　　1.1.3抽水后承台施工阶段，此阶段钢吊箱侧压力为最大，作为侧壁设计依据。
　　1.2水文条件
　　确定历年桥址处水位最高，以此水位条件控制钢吊箱设计。
　　1.3施工要求
　　钢吊箱设计需综合考虑，运输方式、缆索吊起吊能力，下沉工艺及河床高程等因素，均应满足施工要求，设计钢吊箱节数及设置支撑道数
　　1. 4结构设计条件
　　综合各工况条件、水文条件及施工要求确定钢吊箱结构设计条件。包括：抽水水位、钢吊箱平面内净尺寸、
　　2、钢吊箱结构简介：由侧板、底板、内支撑、悬吊系统四大部分组成。根据钢吊（套）箱围堰施工时段进行结构设计验算。经过验算表明，钢吊（套）箱在吊装悬浮下沉阶段，浇注封底砼阶段，钢吊（套）箱抽水施工阶段，其结构强度和稳定性均满足要求，且具有一定安全储备，限于篇幅此不详述其过程，只简单介绍计算思路。
　　2. 1钢吊（套）箱围堰设计荷载组合：
　　水平荷载：ΣHj=静水压力+流水压力+风力+其它
　　竖直荷载：ΣGj=吊箱静载+封底砼+互载+浮力+其它
　　2.2计算内容：
　　2.2.1钢吊（套）箱结构设计计算包括侧板、底板、内支撑系统。
　　2.2.2钢吊箱吊装悬浮下沉阶段计算，
　　2.2.3浇注封底砼阶段计算。
　　2.2.4钢吊箱抽水后施工阶段计算。
　　3.3验算：
　　综合工况条件分析和计算内容，对钢吊箱各部分取最不利受力工况进行计算。
　　3.3.1底板主要承受封底砼恒载和吊箱静载，其受力的竖向荷载为主，其最不利受力工况为封底砼浇注阶段。
　　3.3.2侧板以承受水平荷载为主，其最不利受力工况为抽水阶段，在侧板计算内同时完成支撑计算。
　　3.3.3吊箱吊装下沉阶段主要与吊箱静荷载有关，以竖向荷载为主，以第二节吊箱接与下沉为最不利进行计算控制。
　　3.3.4抗浮计算分两个阶段：一阶段是吊箱内抽完水后，浇注承台砼前，另一阶段是浇注完承台砼后初凝前；分别计算封底砼与钢护筒间粘结力及吊箱围堰的上浮力，使其满足下式要求。
　　=P/F1-（F3+F4）（a）
　　=P/（F3+F4+F5）-F2 （b）
　　式中：K―抗浮安全系数
　　P―封底砼与钢护筒间粘结力取p=50t/m2
　　F1―吊箱抽水后，浇注承台砼前高水位时的浮力。
　　F2―吊箱围堰浇注承台砼后初凝前低水位时的浮力。
　　F3―封底砼静载
　　F4―钢吊箱静载
　　F5―承台砼静载
　　3.3.5封底砼强度计算：其主要承受吊箱、封底砼、承台砼的静载和浮力，以竖向荷载为主，计算分两阶段同抗浮计算，选取最不利荷载组合进行控制。
　　三、 钢吊箱施工
　　a) 钢吊（套）箱施工前准备工作：
　　i. 1钢护筒外围情况探测：
　　1.1. 1有底钢吊箱：可采用δ=6mm钢板制成Ф171cm的钢圈，水平套入钢护筒徐徐下放，是否是落到设计标高位置，对不能到位者，潜水员水下探明情况并进行处理。
　　1.1. 2无底钢吊箱：探明情况河床较高者，在钢（套）箱范围外5m采用挖砂船清淤，直至到位。
　　1.2. 钻孔平台拆除及钢护筒割除：
　　钻孔灌注桩完成并检测合格后，须将钻孔平台拆除和高于+10.4m的钢护筒割除，以进行钢吊箱施工。
　　b) 钢吊（套）箱加工制作及运输
　　本桥中因钢吊（套）箱有7个，尺寸各不一，受现场环境和运输制约，造成施工环境多，施工难度大，针对现场实际情况，在完善结构设计、工艺设计的同时我们采取灵活多变的施工方法，取得了成功。
　　2.1钢吊（套）箱加工制作：
　　钢吊（套）箱结构设计审定后，由修造公司加工制作侧板和底板，而内支撑、支吊系统、下沉吊点和定位系统，均在现场加工制作。
　　2.2钢吊箱验收标准：
　　平面尺寸误差：≤±5cm内空尺寸误差：≤±3cm
　　对角线误差：≤±10cm 底板预留孔：≤±1cm
　　2.3钢吊（套）箱运输和拼装：
　　钢吊（套）箱加工完并检验合格后，分批分块用车运到缆索吊吊钓位置正下方，进行第一节、第二节拼装，依次进行底板开孔，安装10cm宽橡胶垫和圆形钢板，焊接8根Ф22钢筋和分舱隔板，焊接第三、第二层内支撑系统和吊环，拆卸第二节钢吊（套）箱，最后由缆索吊吊至各墩位正上方，到位下水和水上拼接。
　　四、 水下封底混凝土施工
　　钢吊（套）箱下沉到位后，需进行水下封底砼施工，确定了“泵送砼、分舱开灌，一次到位”的施工工艺，为实现此工艺，准备工作如下：
　　a) 水下封底施工工艺确定：
　　i. 1封底砼配合比选择：
　　可选用钻孔水下砼配合比坍落度为18-22cm，4天强度达到15Mpa，实际封底施工时，混凝土各项性能均满足要求。
　　1. 2分舱方式施工平台、导管和料斗砼输送方式选择：
　　1.2.1 封底砼施工分舱：根据钢吊箱不同分为“十字型”和“井字形”2个分舱办法，同时根据桩基根数设计好舱数。
　　1.2.2 施工平台：均选用第一层内支撑作封底砼施工平台。
　　1.2.3 导管：选用δ=6mm的钢板卷制而成外径Φ325mm的导管,法兰盘连接。
　　1.2.4 料斗：采用1m3左右料斗。
　　1. 3封底砼浇注顺序与工艺：
　　封底砼浇注顺序为先护筒舱，对称浇注，一次一舱及时补料原则，一般浇注分封底（首灌）阶段，正常浇注阶段，结束阶段。
　　b) 封底施工：
　　2. 1施工准备：
　　钢吊（套）箱下沉到位并固定后，即可进行浇注平台的搭设，平台由10×10cm方木和竹排组成，它支承于第一层内支承上，完成导管料斗和导管夹具以及输送泵和泵管就位。
　　2.3封底施工：
　　封底施工开始后，输送泵连续向料斗泵送砼，待料斗满时，指挥人员下达拔塞指令，混凝土经导管流向一个舱，待首灌成功，连续向舱供料，直至设计标高，提升导管同理进行其它各舱封底，直至全部完成。每个舱首灌前，测量人员对该舱导管进行测量保证开灌时该导管底口距吊箱底或河床顶15cm。
　　五、承台施工
　　1、钢吊（套）箱内抽水
　　封底砼浇注完成，强度满足设计要求后开始抽水，水位每下降1m，停抽30分钟，检查套箱有无异常情况。
　　2、清渣、焊接固定钢筋，割护筒及凿桩头。
　　箱内水抽完后，检查箱漏水性，并及时堵漏，着手进行高于承台的砼清除，找出护筒周围固定钢筋并焊于承台以下护筒周边上，必要时与桩基钢筋笼焊接；待完成后，割除设计桩顶标高处以上钢护筒，倒运上岸，进行桩头凿除工作。
　　3、承台砼浇注：
　　采用泵送砼，分一次浇注。考虑到吊（套）箱受力，浇注时从中
　　间开始，往四周扩散，尔后又按顺序回来，力求吊（套）箱均匀受力，浇注过程中用插入式振捣棒点，振捣点呈梅花形布置。由于承台浇注是无水作业，承台砼散热成主要问题，混凝土配合比设计时采用矿渣水泥，以减少水比热，施工完后用湿麻袋覆盖进行养生。
　　六、 结束语
　　水中基础施工运用钻孔平台、钢围堰施工，解决了传统草袋围堰、土石围堰对施工现场条件的局限性和施工安全风险性，同时加快了施工进度，争取了施工时间，为跨江、海、河深水基础施工提供了宝贵的施工经验。
　　
　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。