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01-青岛海湾大桥水下无封底混凝土套箱施工技术(吴健,已发表)

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内容简介:青岛海湾大桥水下无封底混凝土套箱施工技术 吴健 彭卫东 欧阳瑰琳 (路桥集团国际建设股份有限公司) 摘要: 本文以青岛海湾大桥第六合同段海中区非通航孔桥承台为例子详细的……32,3797399。

青岛海湾大桥水下无封底混凝土套箱施工技术

吴健 彭卫东 欧阳瑰琳 (路桥集团国际建设股份有限公司)

摘要: 本文以青岛海湾大桥第六合同段海中区非通航孔桥承台为例子详细的介绍了青岛海湾大桥首创的水下无封底混凝土套箱施工技术,该技术的核心为利用充水胶囊实现止水,利用混凝土套箱底板预埋件与钢护筒焊接连接代替常规方案中封底混凝土的握裹力,从而避免了进行水下封底混凝土工序,风险减少,工效提高。

关键词:承台 混凝土套箱 防浪板 冲水胶囊 遇水膨胀止水条 止水 连接板

1 前言

青岛海湾大桥是国内第三大跨海大桥,海中区非通航孔桥承台众多,承台底标高处于常低潮位以下,并且水深较大,若按照传统的钢吊箱方案进行施工时需要进行水下封底混凝土施工。在环境恶劣的海上进行众多的钢吊箱的水下封底施工,在质量、安全和环保方面存在许多不利于工程施工的不可预见因素,并且施工速度缓慢,耗时长使海上船机设备的投入极大。另一方面,承台侧面设计有防腐涂装,钢吊箱的壁板不能直接作为承台的外模,需要投入承台模板;承台拆模后等待进行表面涂装的时间很长,因此为满足工期的要求,钢吊箱的投入巨大。为此,我公司联合山东高速青岛公路有限公司,借鉴东海大桥、杭州湾大桥混凝土套箱的应用经验,研发设计了水下无封底的混凝土套箱施工技术。试验施工后该技术在2007年12月27日通过了青岛市科技局的技术创新鉴定。跨过07年冬季后我公司承建的第六合同段从08年4月至7月短短的4个月时间安全保质的完成40多个承台的施工,现该技术已经成功应用于青岛海湾大桥海中区非通航孔桥承台施工,充分体现了该施工方案的优势。下面以我公司承建的青岛海湾大桥第六合同段非通航孔桥承台为例对该施工技术进行介绍。

2 非通航孔桥承台设计概况

青岛海湾大桥第六合同段非通航孔桥承台合计82个,分D类和E类两种,其结构尺寸分别为:D类,690×690×300cm;E类,770×770×300cm;承台四个角上为半径为100cm的圆弧倒角设计,如下图1所示:

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+3.04m20年一遇高潮位450墩身+1.72m平均高潮位300墩身2020+0.30m承台顶标高202010300-1.37m平均低潮位7018027018070-2.7m承台底标高-3.20m20年一遇低潮位-5.5m海床面标高701018027018070E类承台立面图450E类承台侧面图2025030045016010020160450770160160770E类承台平面图3无水下封底混凝土套箱的结构设计 3.1混凝土套箱的结构组成

水下无封底混凝土套箱主要由以下四部分组成:①、钢筋混凝土套箱及其钢质预埋件和连接件;②、混凝土套箱顶部的钢质防浪板;③、混凝土套箱安装时的吊杆、吊架;④、止水胶囊。混凝土套箱的结构形式如下图2所示:

0R10图1 非通航孔桥E类承台结构图

10×12×2cm垫板δ14×250钢板钢质防浪板0R12单位:cm

370止水条砼套箱侧板预埋螺栓φ25mm栓接大样预埋螺栓30305钢筋砼套箱侧板774钢筋砼套箱侧板30砼底板预埋件52预留孔钢筋砼底板预留孔79.5φ225225φ225单位:厘米79.5

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图2-1 混凝土套箱安装前结构示意图

吊架+5.0m钢护筒顶+4.0m防浪板顶0吊杆73防浪板+0.30m承台顶标高预埋螺栓3077430503套筒螺母砼侧板砼侧板-2.70m承台底标高2-3.27m5砼底板砼底板预埋件套箱底标高79.5φ225225φ22579.5钢护筒钢护筒φ210φ210450图2-2 混凝土套箱安装时结构示意图

+4.0m防浪板顶073钢质防浪板+0.30m承台顶标高2cm厚泡沫板30774305砼底板上的预埋件与钢护筒焊接03侧板侧板-2.70m承台底标高2-3.27m5底板止水胶囊套箱底标高79.5φ225225φ22579.5钢护筒底板预埋件钢护筒 图2-3 混凝土套箱安装后结构示意图

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预埋件1钢护筒预埋件2连接板吊耳钢护筒

图2-4 混凝土套箱与钢护筒焊接连接平面示意图

3.2混凝土套箱结构设计的关键点 3.2.1防浪板的连接方式

钢质防浪板是根据海况条件进行设计并设置的混凝土套箱接高的围水结构物,以满足套箱安装后承台、墩身施工的挡水需要。防浪板采用螺栓栓接在混凝土套箱的顶部,为了实现止水,在防浪板与混凝土套箱顶部垫遇水膨胀止水条并利用螺栓压紧,具体设置方式详见上图2-1。

3.2.2套箱的止水方式

混凝土套箱的止水采用止水胶囊,套箱预制时在底板处设施胶囊的固定槽,胶囊与套箱一同下放后,往胶囊内冲水至0.2~0.35Mpa,实现止水后在胶囊的顶部设置速凝砂浆,以保护胶囊并作为止水的又一道屏障,具体设置如下图3所示。胶囊充水止水是无水下封底混凝土套箱施工的关键技术,这一措施的成功实施实现了套箱内的无水工作条件,以便于后续连接板的焊接、承台钢筋混凝土施工各项工序的开展,也省去了常规钢吊箱进行水下封底混凝土施工工序。

连接板厚20mm22锚筋30钢筋砼套箱侧板膨胀砂浆止水胶囊52钢筋砼套箱底板钢护筒锚板厚20mm 图3 混凝土套箱止水胶囊及连接板的设置

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3.2.3套箱与钢护筒的连接方式

利用连接板焊接连接套箱底板预埋件与钢护筒,以满足抵抗自重、承台钢筋混凝土重量、浮力、波浪、水流、施工荷载等的合力,连接板的数量及焊缝要求根据该合力进行设计并在施工中严格控制焊缝质量,连接板的效能等同于需要封底的套箱中的封底混凝土与钢护筒之间的握裹力,具体连接方式设置如上图3所示。

3.2.4套箱与承台新老混凝土接合面的处理方式

⑴、为防止后续施工时承台混凝土的膨胀造成对套箱侧板的挤压而发生开裂,在套箱内壁设置

一层2cm后泡沫板,这样有效的确保了套箱在施工过程中的安全,同时也使套箱侧板四周密闭,可有效的保护承台钢筋混凝土不受海洋环境的侵蚀;

⑵、承台施工完毕,防浪板拆除后,若套箱侧板与承台侧面的缝隙不进行处理,海水必将渗入而侵蚀承台钢筋混凝土。按照以往的处理方法是在缝隙的顶部填塞一层环氧砂浆,但是效果不够理想。为了彻底解决此难题,在套箱侧板内壁顶部设置一圈3cm高×2cm厚的使用寿命达50年以上的遇水膨胀止水条,具体设置方式如下图5所示。该止水条是利用橡胶的高弹性和压缩变形性,以及遇水膨胀橡胶遇水膨胀止水的功能,在各种荷载下产生弹性变形,从而起到紧固密封,有效的防止漏水、渗水,并起到减震缓冲作用,从而确保工程的使用寿命。该产品的物理试验性能指标如下表1所示。

2cm厚泡沫板遇水膨胀止水条2cm×3cm8套箱侧板承台混凝土30 图4 遇水膨胀止水条的设置方式

表1 遇水膨胀止水条的物理试验性能指标 序号 1 2 3

项目 硬度(邵尔A)/度 拉伸强度,MPa≥ 扯断伸长率,% ≥ 指标 150 42±7 3.5 450 300 45±7 3 350 5

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