【桥梁】高寒地区桥梁深水基础冬季施工技术范本

高寒地区桥梁深水基础冬季施工技术内容提要:本文对哈尔滨绕城公路东北段(秦家至东风)松花江大桥钻孔桩冬季施工技术，异形双壁钢围堰加工、拼装、下沉、纠偏施工技术，主桥的承台、墩身冬季施工过程和冬季井点降水、模板安装、钢筋焊接，混凝土拌合、运输、浇注、养护、降温、测温的施工技术及相关的施工过程中应注意的问题进行了阐述，旨在对同类工程的施工提供一点参考。关 键 词:钻孔桩 冬季施工 异形双壁钢围堰 大体积混凝土 井点降水1.工程概况1.1工程简介松花江大桥工程项目为哈尔滨绕城公路东北段(秦家至东风)的主要控制工程，本合同段起点里程桩号为K77+704.72K80+029.64，全长2324.92m，桥跨布置为240m+340m+450m南引桥+90.5m+3138m+90.5m主桥+440m+10(3040m)北引桥。主桥上部结构为大跨度预应力混凝土连续梁结构，引桥采用40m预应力混凝土简支T梁结构，桥面连续。下部结构主桥均采用上、下行分离式钢筋混凝土实体墩，引桥为双柱式墩身。主桥构造见图1。图1 松花江大桥主桥构造图松花江大桥主桥主墩承台为整体式，平面形状为六边形，长为29.5m，宽为12.6m。水中主墩承台设计的厚度为4m，以施工平台顶面为标高基准点，主墩承台顶面标高为-14.0m，底面标高为-18.0m。设计封底混凝土底面标高为-22.0m。松花江大桥承台下设16根直径为2m的钻孔灌注桩，桩长为77m(水中主墩)。钻孔桩呈梅花状布置。桩顶标高为-17.85m，设计桩底标高为-95.0m。1.2气象情况路线所经地区属于大陆季风性气候，为北寒带气候条件，冬季漫长达5个月之久，春秋季节较短，年平均气温3.63.8，最高气温35.936.4，年温差超过70。年平均降雨量445.0523.3mm，雨季集中在68月份。最大冻结深度1.782.05m，地面稳定冻结期11月24日，地面稳定解冻期4月13日。1.3地形地貌、地质水文松花江大桥位于松嫩中断(坳)陷带中的东南隆起区级改造单元内，地势较平多水，主桥跨越松花江主河道，引桥跨越松花江河漫滩，松花江常水位111.5m，最高通航水位118.76m，设计水位120.33m。现场钻探地质资料显示，地质构造为细砂、中砂、粗砂、砾石、亚粘土及粘土分层堆积层，桥梁基础均穿越上述各堆积层后，桩底座落于全风化或微风化砂岩或泥岩。2.钻孔桩冬季施工技术2.1基础结构主桥墩基础为群桩，每墩有16根2.0m的钻孔桩，梅花分布，间距5.2m，水中墩桩长77m，陆地主桥桩长70m，以整体式承台连接。主桥过渡墩的基础为钻孔桩，桩径为2.0m，桩长53m，左、右幅各4根，成方形布置，桩顶以分离式承台联接，承台的平面尺寸9.0m8.4m和9.55m8.4m，厚度3m。桥墩柱形墩，左、右幅分离，每幅独柱。引桥钻孔灌注桩基础，桥台钻孔桩为1.2m，左、右幅分离，每幅6根，桩顶以承台联接。桥墩在墩高小于11m时采用1.8m钻孔桩为基础；在墩高大于11m时采用2.0m钻孔桩为基础，左、右幅分离，每幅2根，桩顶以系梁联接。2.2钻孔桩施工计划安排总体进度计划安排主桥水中墩钻孔桩于20_年9月底完成。北引桥于20_年11月底完成钻孔桩，南引桥在20_年5月底完成钻孔桩。详细钻孔桩施工计划如下:34#、35#、38#主墩钻孔桩于20_年6月至20_年12月完成。36#、37#主桥水中墩钻孔桩于20_年10月至20_年9月完成。0#33#北引桥钻孔桩于20_年3月至20_年11月底完成。39#48#南引桥钻孔桩于20_年3月至20_年5月底完成。根据钻孔桩施工进度安排，34#、35#、36#、38#主墩钻孔桩部分桩将在主桥钻孔桩要在11月12月之间施工，而在12月份本地区最低温度在-20_-30之间，规范要求在室外日平均气温连续5天稳定低于5时须进行冬季施工。2.3施工工艺和设备的选择2.3.1施工工艺的选择根据地质资料和设计桩长等因素，主桥钻孔灌注桩施工采用反循环钻机成孔，2座搅拌站拌和混凝土，混凝土罐车运输混凝土，进行水下混凝土灌注。冬期施工时，当混凝土拌和物搅拌合成后不能满足所需要的温度时，考虑对拌和用水加热，如仍不能满足需要时，则对骨料进行加热处理，出拌和站温度应达到1020，运输罐车棉毡围护覆盖以减少与环境的热交换，到达现场后对混凝土进行温度抽检，入模温度不得小于5。在气温0及以下时，待灌注的孔口搭设移动式防风大棚并视混凝土温度情况考虑炉火加温。2.3.2成孔设备和灌注设备的选择成孔设备和灌注设备详见表1。表1 钻孔桩施工主要工程设备表序号设备名称型号数量用途1回转钻机2504台成孔3泥浆泵3PNL5台造浆和输送泥浆4装载机ZLM30E2台渣土清运5抽砂泵3PS5台回输泥浆6搅拌站非标402座生产混凝土7锅炉2T1座加热8锅炉1T1座加热2.4关键施工技术2.4.1操作系统的加热保温为了创造良好的冬期施工环境，保证机械的正常运行及钻孔成桩的质量，在施工现场设置移动式防风大棚；将钻孔的钻机等机械设备置于防风大棚之中；使棚内温度维持在0-10之间，以便于生产人员的操作和机械的正常运转，也便于保证灌注混凝土的入孔温度不低于5。在钻孔桩处用型钢与钻机支架结合，搭设支架，用棉毡围裹。在36#、37#水中墩施工平台也需用棉毡封闭。内设煤炉或碳火盆。保证棚内温度不低于-10。2.4.2护筒埋设36#、37#墩钻孔桩护筒在冬期施工之前全部埋设完毕。每个水中桩均设有钢护筒，钢护筒用厚16mm和10mm的钢板卷成，内径较桩径大20cm。护筒焊接成整体，护筒顶端留有高0.4m，宽0.2m的出浆口，底节护筒下端设刃脚。底部穿过砂层深度不小于3.5m。用25t汽车吊上施工平台作业，吊车吊起1600kN振拔桩锤，用桩锤夹具夹住护筒口，在导向架内对中准确后开动桩锤把护筒打入河床。陆地桩护筒埋设为24m，受冬季影响不大。 2.4.3 泥浆处理由于平台距河岸距离较远，水中钻孔桩的泥浆池的位置设在施工平台上，可以采用施钻周围的护筒作为泥浆池，用钢板制作成矩形槽，矩形槽两端的开口与护筒的开口相联接，多余泥浆及沉渣采用泥浆泵抽至砼罐车运至指定弃土场堆放。在冬期施工，对泥浆在低温下容易析水问题应予以重视。经试验发现膨胀土泥浆受冻后容易析水，使用粘土也应掺加CMC(羚基纤维素)和纯碱(Na2CO3),务必使泥浆在冬期的各项指标能满足规范要求。在冬期施工，为了保证泥浆的拌制、储存、输送、浮渣、循环的正常进行，采取如下的加热保温措施: 拌制泥浆用的粘土均使用暖土，在进入冰冻前即将粘土运输到现场，集大堆存放，并用棉帐篷覆盖，以防止冻结，如发生粘土冻结，则需打成碎块。 浆拌制池、贮浆池、沉淀池均罩以暖棚，陆地桩池四周外层用装满河砂的草袋围挡，内层填珍珠岩、炉渣或暖土保温。在池与池之间设火炉加温。 泥浆循环管路均用防寒毡裹。每台钻机另设一套备用管路，一旦受冻可及时将备用的管路换上。对于钻孔大棚到泥浆溜槽也设置暖棚，防止受冻后更大地影响泥浆的各项技术指标。泥浆配比及性能指标:泥浆配比:膨润土:水:纯碱=200kg:1000kg:4kg。根据现场施工要求适当对比例参数进行调整，必要时，适当加入一定量的纤维素来改善泥浆性能。性能指标:根据地层条件本次试桩泥浆主要控制指标包括以下三项:比重、粘度、砂率。制备泥浆性能指标:比重控制在1.061.10之间，粘度1720S，砂率小于4%。2.4.4钻孔水中墩钻机设立在施工平台上，钻机采用反循环旋转钻机进行钻孔。在严寒的冬季钻孔，首先应考虑钻机的防寒问题，选择电力为动力源。在孔位和钻机周围搭设暖棚，保证孔位处温度符和要求。2.4.5清孔终孔检查后，应迅速清孔，不得停歇过久使泥浆、钻渣沉淀增多，造成清孔工作困难，清孔完毕后在最短时间内灌注混凝土。使用反循环回转钻机钻孔时，可在终孔后停止进尺，利用钻机的反循环系统的泥石泵持续吸渣5min15min左右，使孔底钻渣清除干净。孔底沉淀土厚度不大于设计规定的量值时，即可终止清孔。在灌注混凝土之前要进行二次孔深检测，如果沉淀层超过设计允许范围30cm，应进行二次清孔。2.4.6钢筋骨架加工制作冬期钻孔桩施工的钢筋骨架加工制作与常温施工大体相同，但应注意:焊接钢筋全部在现场搭建的暖棚内进行，当必须在室外进行时，最低温度不宜低于20，并采取防雪挡风措施，减少焊件温度差，焊接后的接头严禁立刻接触冰雪。2.4.7水下混凝土的施工水下混凝土的冬期施工采取以下措施:根据钻孔桩施工配合比经热工计算(公式1)若骨料不加热，水加热至50时，骨料按照0计算，搅拌后温度可以达到11.64；当骨料温度为0时，水加热至70时,混凝土搅拌后温度可以达到16.18。当砂加热到20，水加热至70时，混凝土搅拌后温度可以达到22.45。见表2。再根据(公式2)验证此三种拌和方式是否可行。见表3因此，在气温0以上水可加热到70；气温在0以下时，则对骨料进行加热。拌和站采用型钢架设支架，用棉制盖布将拌和站围裹起来，必要时内设火炉，使混凝土的拌和始终在不低于10的条件下进行。运输罐车棉毡围护覆盖以减少与环境的热交换，到达现场后对混凝土进行温度抽检，入模温度不得小于5。在气温0及以下时，待灌注的孔口搭设移动式防风大棚并视混凝土温度情况考虑炉火加温。2.4.7.1 混凝土热工计算a混凝土拌和物的拌和后温度可按下式(公式1)进行计算式中: 混凝土合成后的温度，；、水泥、砂、石的干燥质量，kg；拌和加水的质量(不包括骨料的含水)；、水泥、砂、石、水装入搅拌机时的温度，；、砂石的含水率；水泥及骨料的比热，kJ/kgK，可采用0.92、水泥的比热及溶解热，当骨料温度0时，=4.19、=0；当骨料温度0时，=2.09、=335；代入三组试验数据:表2 砼搅拌后温度对比表00050116400070161802007022.4b.混凝土拌和物的出机温度Tb需满足下式要求 (公式2)式中:混凝土拌和物在搅拌过程中的热量损失，由下式求得:混凝土运输至成型的温度损失；混凝土开始养护时所需温度，此处取10；搅拌棚内温度，；混凝土运输至成型的时间，h；混凝土倒运次数；混凝土自搅拌机中倾出时的温度，；室外气温，；每小时温度损失系数，此处取=0.10。TM+TS+TC11.640.262.71012.96不满足1618099375101474满足2241.984.351016.33满足验证表2所列混凝土拌和后温度是否可行见表3。 表3 砼搅拌后温度对比表搅拌棚内温度，取10； 混凝土运输至成型的时间，h取2小时；混凝土倒运次数，n取1次； 室外气温，；根据拌和当日温度取值。也可按表4计算。表4 混凝土搅拌运转及浇筑时的热量损失搅拌温度与环境温度差()搅拌时的热损失()一次运转的热损失()浇筑时的热损失()153.00.552.0203.50.652.5254.00.753.0304.50.903.5355.01.004.0406.01.254.5457.01.505.0508.01.755.5559.02.006.06010.52.256.565-2.507.070-2.757.575-3.008.0注:1、温度差不等于表列数值时，可用插入法求得相应的热损失温度。2、运转一次系指混凝土由搅拌机倒入汽车，或由汽车倒入溜槽，或由溜槽倒入小车。2.4.7.2拌和用水加热在南北两岸搅拌站处分别设2t燃油锅炉各两个，8t储水池各一个，对水进行加热。燃油锅炉由燃油机和锅炉内水仓组成，燃油机对水仓内水进行加热，水仓与水池内水在水泵的作用下进行循环，从而对水池内蓄水进行加热。2t燃油锅炉可在3h内迅速将8t水加热到70。燃油锅炉与循环系统安排专人管理，负责日常的检测、维修。开盘前4h将燃油由油库运输至锅炉旁，并由专业人员进行预加热，调试完毕后即进行水加热。采用保温盖布将蓄水池覆盖，以减少水加热过程中热量散失。2.4.7.3骨料的保温加热当室外温度高于0时，骨料只需要覆盖保温，采用大块棉制盖布将骨料全面覆盖，以防止骨料温度散失。料场的覆盖物可根据当日粗细骨料的用量进行后移，对于局部结块的砂子应进行破碎。 当室外温度低于0时，则需对细骨料进行加热，粗骨料继续采用覆盖保温。在细骨料堆放场地旁边硬化一块6m10m的场地，并用砖砌一座3.5m高的简易砖房，用于对细骨料进行加热。加热方式采用蒸汽法。在硬化地面采用一寸半钢管布设蒸汽管道，管道上每间距10cm打2个孔，以便向外排放蒸汽。另外在墙壁上也同样布设管道并打孔。并使加热房内管道与2t锅炉形成循环。管道布置如图2:图2 加热房内蒸汽管道布置图细骨料的进出加热房均采用传送带运输。并安排专人管理，确保两传送带的正常工作。开盘前先由试验人员测试碎石、砂子、水的温度以及砂子的含水率，并出具施工配合比。2.4.7.4改变混凝土的拌制方式当拌和水和砂的混合物的温度太高时，与水泥直接接触会产生假凝现象，为防止此现象的发生，施工中在拌制混凝土时采用二次搅拌，即先将加热的拌和水、砂和石料投入搅拌机内进行混合搅拌以提高砂石温度并降低水温，然后再投人水泥进行搅拌。另外，在拌制混凝土过程中考虑热平衡过程，适当地将拌制时间延长为常温拌制时间的1.5倍，从而确保混凝土的出机温度。然而，根据现场施工情况，混凝土的出机温度也不宜太高(20左右为宜)，因温度愈高、温差愈大、湿度愈小，混凝土的坍落度损失愈大，混凝土运输至前方作业区后不易倒出，给前方混凝土的灌注施工带来困难。2.4.8操作系统的加热计算为了创造良好的冬期施工环境，保证机械的正常运行及钻孔成桩的质量，须在施工现场设置一些保温棚；将机械设备置于保温棚之中；使棚内温度维持在0-10之间，以便于生产人员的操作和机械的正常运转，也便于保证灌注混凝土的入孔温度不低于5。2.4.8.1保温棚的结构保温大棚可通过工字钢或其它型钢联结成框架结构作为骨架，骨架外面用棉帐蓬围裹而成。2.4.8.2棚内温度的要求与计算根据钻机的油压操作系统，在气温低于-10以下时，机械化油路系统灵敏度相应减弱，机械不能正常运行这一主要问题，以及操作人员和其它设备要求温度不可过低情况，设计棚内温度要求在-10以上，据此应采用以下的升温措施。保温棚散热量按下式近似计算:式中:保温大棚散热量， ；保温棚表面积，；风影响系数；热阻系数，； 保温棚厚度，；导温系数，；保温棚内最低设计温度，；室外最低温度，。如建一保温棚尺寸为10m长10m长6m高 ，保温棚的表面积为:=340m2；=3； 其中=0.1549kJ/(mh)，=0.016m；=-30；=-10。则:=177391机械及人员进出棚的损失热量，按保温大棚散热量的20%计算:保温大棚热量总损失:如果总耗热量由蒸汽供给，则需蒸汽量为:式中: 蒸汽量，；保温大棚总耗热量，=212869； 每蒸汽散热量，=2680。计算得:=79如果总耗汽量由燃煤炉供给，燃煤消耗按下式计算:式中:燃煤消耗量，需要热量；燃料(煤)发热量，此处取29308；火炉效率，此处取0.5经计算得:2.4.9水下混凝土的养护冬期施工的关键是防止混凝土早期受冻，必须十分重视水下混凝土的养护。施工实践证明，水下混凝土一经入孔，即处在地温蓄热养护之中。但是在地层冰冻线以上部分的桩身混凝土，必须采取可靠的早期防冻措施。例如:供热、保温、在混凝土中配入外掺剂，以促进强度增长至不受冻害的限度。施工中经常采取的做法是: 混凝土灌注温度应控制在1015，这样可以满足技术要求，并能合理地利用能源。 适当地延长混凝土的搅拌时间，并采用掺入温水的热拌工艺，提高其灌注时的温度与和易性。 混凝土拌和时首先加入水(已加热)、砂、碎石，待搅拌均匀后再加入水泥和外加剂。 提前检查水管的保温措施情况，及时进行保温，建好拌合站保温棚，包括加温锅炉的试运行，砂、石料加热平台的试运行(如需要)。在混凝土拌合机及构筑物处搭建保温棚，安装锅炉，保证混凝土搅拌、浇筑、养生时温度要求。 做好热工计算，材料加热首先考虑施工用水的加热，如需要可考虑加热砂、石，严禁加热水泥。施工时加强对混凝土施工各阶段的温度测量，掌握混凝土搅拌时的温度、入模温度及养护温度，使各阶段的温度均符合设计和规范要求。 严格控制混凝土的配合比和坍落度，搅拌时，投料先投人骨料和水，搅拌后再投人水泥搅拌，搅拌时间延长50%。2.5机具设备的冰上运输河面结冰后形成冰层，冰层漂浮在水面上成为具有弹性的承载结构，其上可以承受很大的荷载，有关冰上交通允许的荷重数据列举于表5。表5 冰上交通的允许荷重表计算厚度(cm)允 许 荷 重5单人通过10列队通过15马拉货车或人推轻便铁道的小斗车通行2030kN卡车单独通行25YT3式拖拉机一台与另一台间的间距不小于20m者可行，轻便铁道内燃机可通行。40250kN以下履带载重拖拉机，一台与另一台间间距不小于40m者可通行冰层厚度计算公式:H =h1+0.5(h2+h3)K1K2式中:H冰层计算厚度，cm；h1透明层厚度，cm；h2浊层厚度，cm；h3初冻层厚，cm；K1结晶系数，贝壳状为1.0，针状为2/3；K2温度系数，0以下为1.0，0以上为0.8。我国的北纬45以北地区，严寒季节河面的最大冰冻厚度达成1.1m以上，其承载能力较大，冰层不用加固也可以在其上自由运输钻机、龙门吊架及其它设备。松花江大桥所处北纬453817455215之间，是属北寒带气候条件，但本桥所跨哈尔滨松花江地段经常会出现清沟不冻河面或冻层很薄。在这时的冰面上作业，就要十分谨慎，采取一些必要的加固或扩大荷载面积的措施。主要加固措施是保证结冰厚度，增加冰层计算厚度H值。2.5.1在降雪之后立即清雪，使冰面覆盖冰层更厚一些。2.5.2在冰面上浇水增加结冰厚度。2.6桩的质量控制冬期钻孔成桩的质量控制，除了设置有效可靠的加热保温设备，严格实施管理外，还应特别注意下列事项:2.6.1监控泥浆温度除保证泥浆的各项技术指标(主要是相对密度、粘度、含砂率等)外，为了防止泥浆受冻，应每隔34h对粘土、搅拌池、沉淀池、泥浆槽、护筒内泥浆及作业棚、泥浆棚的温度测定一次，发现温度异常及时采取加热措施。2.6.2监控混凝土(包括原材料)温度、坍落度及桩身温度变化 拌和水、砂、石的加热温度，混凝土的出罐温度及灌注温度等，均要随时测定。 集料的含水量，要随时测定。 对混凝土坍落度要经常测定，有疑问时可随时测定。2.7冬期施工的安全措施 广泛进行冬期安全生产教育，增强全员冬期安全生产意识和自我防护意识，使每个职工都明确各自的安全责任，认真贯彻执行“安全生产、预防为主”的方针。 注意取暖设施的安全，对锅炉、煤炉、碳火盆等取暖设备要有专人负责操作，安装和使用要按相关规程操作。 煤碳等燃烧后废料统一处理，严防火灾等事故发生。 定期和不定期检查取暖器材的性能，并根据生产及进度需要，经常更换和补充所需器材，确保能正常使用。 在冰上作业前应测量冰层厚度，在允许荷载范围内才可以实施冰上作业。在结冰期和解冻期要有专人密切注意结冰情况，保证施工机械和人员的安全。 冬期江上风雪较大，起重操作严格按规程施工，当风力大于4级时，应停止吊车作业。 冬期施工冰雪较多，尽量避免高空作业。当必须进行高空作业时，施工人员必须配戴安全带、防滑鞋等相关防护用品。 在松花江南北两岸架立并维护一切必要而合适的标志牌，以便为施工人员和公众提供安全和方便。标志牌包括警告与危险标志、安全与控制标志、指路标志。特别对江上所存风险要标识明确。 冬季气候干燥，在有风的季节里，施工现场悬挂防火旗，落实防火安全措施。 项目部定期和不定期召开冬期安全工作会，对安全生产趋势进行分析，并形成报告。3.异形双壁钢围堰施工技术3.1设计原则围堰的设计本着受力条件好、稳定性强、方便施工、节约材料的原则进行设计。根据水中主墩承台的尺寸和形状，经过多个方案的比较，最后设计成内径16.8m、外径19.2m的双圆形结构。即充分发挥了圆形结构受力条件好的特点，又最大限度XX省了材料。3.2结构形式双圆形双壁钢围堰结构设计如图3、图4，共分为4个部分，即刃脚段、双壁加强段、单壁段、内部横向支撑梁。3.2.1 细部结构刃脚部分面板采用8mm钢板，角度为30度；双壁加强段内外面板及隔板均采用5mm钢板，内部为空间桁架结构，水平主桁加强圈采用10010010和75758角钢，缀条用63635角钢，竖向间距按不同的高度荷载计算求得；竖向加劲肋采用50505和63635角钢，周向间距按不同的高度荷载计算求得；围堰中支撑桁架用10010010和75758角钢相扣成方管，空间用75756做缀条组成桁架，竖向间距与加强圈相同。3.2.2 整体结构总高21m，第1节刃脚2m高，第2节2.5m高，其余每节1.5m高，共13节，双壁加强段10m，单壁段9m。在双壁围堰12m处设置盖板，控制围堰下沉及上浮，盖板由5mm钢板和3mm钢板卷制抽水圆筒组成。图3 异形双壁钢围堰平面布置图图4 异形钢围堰结构图3.3 双壁钢围堰加工技术围堰分块根据设计图纸在工厂中加工，按互换件和对号入座的办法制成块件，经加工厂质检人员进行检查合格后，吊至运输车，且对其进行加固处理，避免在运输过程中导致块节变形；运至工地后，经施工现场质量检查员进行检查合格后方才进行卸车进行吊装拼装。具体工艺流程:材料选择、校正 钢板坡口焊接 焊缝渗油检验 型钢定型 骨架焊接检验 半成品组装焊接 出厂检查3.3.1 材料选择钢板选用优质Q235钢，角钢采用A3钢。3.3.2 焊缝要求壁板与加强圈之间和壁板与加固角钢之间采用双面间断焊，焊缝最大间隔60mm。外壁板焊缝总长不小于缝隙总长的三分之一，内壁板焊缝总长不小于缝隙总长的二分之一。加强圈和支撑桁架的主要受力杆件接长焊缝要对齐饱满。缀板与主桁架间采用双面焊。所有缀条两端采用两侧角焊缝，焊脚尺寸不得小于焊件厚度。壁板间采用坡口焊接方式，焊缝要进行渗油检验，合格后方可进行半成品组装。焊接杆件均需进行结构校正，圆形部位半径须满足设计要求、要圆顺。3.3.3 施工要求3.3.3.1 施工精度钢围堰块段间施工容许偏差为-3mm+1mm，面板间错台不得大于2mm，整体结构偏差为0mm+50mm。3.3.3.2 加工要求焊接施工之前，要对构件的施焊部位进行除锈、清除油污。钢围堰块段在加工、运输过程中，采用加固措施，防止发生碰撞，引起构件产生过大的变形，影响钢围堰的现场拼接安装。半成品出厂前同层各块段进行试拼接试验，经质检人员检查满足施工要求后方可允许出厂。3.4.异形双壁钢围堰拼接技术3.4.1 钢围堰现场定位根据施工工期安排，松花江大桥钢围堰首节施工时间选在冬季，充分利用了自然环境。钢围堰定位是采用全站仪在冰面上直接定出双圆中心，再由中心进行施工放样。在定位方面采用导向桩具体措施进行保证，围堰上游侧设6根导向桩、下游设2根导向桩，导向桩均采用全站仪直接定位。具体布置如图5所示。图5 钢围堰隔仓及导向桩布置图3.4.2 施工顺序钢围堰拼接顺序是自下而上、自外而里的顺序，即是先刃脚后依次各分层钢围堰，同层钢围堰是先围堰壁对位、后中间支撑梁施工。3.4.3 现场拼接钢围堰各组件经现场质检员验收合格后投入拼接工序，根据分块段编号、分块段长度将具体位置放样在钢围堰大样内，特别是首次刃脚拼接。3.4.3.1 刃脚拼接具体做法是:首先在钢围堰大样位置按一定间距布设枕木垫圈，在垫圈上进行钢围堰刃脚拼接；其次是拼接完毕后进行焊缝外观、长度、漏水检查，保证每道焊缝要饱满、满足设计要求，漏水检查采用渗油检验方式进行，确保每道加工缝不漏水；再次是在施工平台上根据分力均匀原则将围堰刃脚部分整体吊起，进行下一道工序施工。3.4.3.2 各层钢围堰拼接在刃脚下沉完毕后，采用链条固定在施工平台上，接下来施工下一层钢围堰，具体做法是:首先围堰顶面进行下一层各块段拼接放样，采用吊车从平台吊装各块段钢围堰壁，焊接完后进行焊缝相应的检查，合格后进行下沉施工。3.4.4 施工要求各节、块之间先利用倒链或吊车将其吊装到位，对其进行点焊固定，经现场质量检查人员检查合格后，再进行下一道焊接工序。焊缝施工尽量避免立焊或仰焊，冬季施工时现场搭设施工大棚，保证焊接质量。钢围堰壁在与下层连接时，要求上下壁面错位在规定要求2mm以内，若不满足要求的，要求进行纠正再进行点焊，经现场质量检查人员检查合格后，再进行下一道焊接工序。焊接要求:围堰内外壁进行满缝施焊，确保无焊伤、无漏焊、无砂眼。钢板与角钢水平杆的焊缝长度，大于100mm，间距不大于80mm。角钢骨架的焊接进行满焊，在骨架块的外壁板上，焊接吊环，组装成型后对围堰尺寸、高度、倾斜角以及焊接质量进行检查验收，并作漏水试验确保不漏水。3.5.双壁钢围堰下沉3.5.1 施工过程3.5.1.1 施工前期钢围堰在上层拼装焊接完成后，同时松开下层固定链条，其本身可以自浮于水面。3.5.1.2 刃脚下沉刃脚作为钢围堰最底层，下沉前对其进行测量复核，确保其轴线偏位及结构尺寸均满足施工要求。在合格后先将刃脚整体吊起，抽出垫圈，采用人工凿冰的方式在围堰放样位置进行凿冰施工，清除冰块后，同时水平下放刃脚直至靠自重浮出水面，调平后加链条进行固定。接着施工下一层钢围堰。3.5.1.3 注水下沉时对称往隔仓内注水，注水顺序为先中间隔仓后两边隔仓，如图6所示。先往仓2、5内注水，采用同样型号潜水泵抽一样时间，后依次为仓1、4，仓3、6；每次往仓内注水量不超过10m3，即两台30m3/h的潜水泵同时注水不得超过5min。图6 隔仓注水管图3.5.1.4 下沉围堰检查下沉过程中，同时检查围堰内外壁是否有漏水现象，如发现有漏水点，立即停止下沉，相反从隔仓内抽水，步骤与注水一样，至漏水点出水面后，进行补焊合格后重新下水。3.5.1.5 河床测量下沉前，测量河床底标高，了解钢围堰着床情况，以便采取相应的调平措施。3.5.1.6 水平测量每层下沉到位后，统一对围堰顶高度进行测量，确保水平倾斜度不超过5度，在达到要求后，安装吊耳，将围堰固定在施工平台上，从而进行下一层的钢围堰的拼接。3.5.1.7 着床后施工钢围堰着床后，对称往隔仓内注水可能会引起围堰不均匀下沉，需采用清除围堰内外侧河底淤泥及砂石，进行均匀平稳下沉，直至钢围堰下沉到位。清淤泥及砂石采用砂石泵、自制吸泥机、污水泵等设备配合作业。3.5.1.8 下沉到位后施工钢围堰下沉到位，在施工平台的军用梁上固定16个10t倒链，将钢围堰固定。同时采用重锤测量法对围堰内外侧河床底标高进行测量，绘制详细的河床底地形图，以利于围堰内封底的施工方案实施。3.5.2 施工要求在钢围堰下沉过程中，要求钢围堰整体平稳下沉，具体要求有:首先，需要对其顶面、顺横桥向的轴线及垂直度进行跟踪观测；组织有关人员要做好观测记录。其次，要对河床底标高进行详细测量，时刻了解钢围堰着床情况。再次，钢围堰在下沉时，要求对称下沉，钢围堰在制作时将壁仓分隔成6个空气仓，且在仓顶板部位设一个注水口。在下沉过程中，围堰水平倾斜不得大于5度。围堰下沉到位后，检查围堰刃脚部位是否存在不着床及着床深度不够的情况，对于不着床及着床深度不够的部位紧贴围堰外侧壁填成捆的砂袋，以保证刃脚达到封底施工的要求。3.6. 异形双壁钢围堰纠编3.6.1 纠偏方法3.6.1.1 隔仓注水纠偏围堰刃脚未着床前，采用隔仓注水纠偏方式。钢围堰分为6个隔仓，同时对两个隔仓进行注水。围堰下到次层施工所需高度时，进行围堰微调，改用单个隔仓进行注水，控制注水时间，单个隔仓不得超过2min，直至围堰处于同一高度，进行固定。3.6.1.2 吸泥纠偏围堰下沉着河床，暂不单一采用注水法下沉钢围堰，详细测量河床底标高，先采用隔仓注水时间控制方法在每个隔仓注同样重量的水；在同步注水后，着床点不下沉时，采用吸泥法下沉。吸泥采用空压机配合吸泥机施工，或采用KQJ型潜水绞吸式挖泥机吸泥。吸泥时控制吸泥头下放深度，保证围堰着床点均匀缓慢下沉。反复调整，直至围堰下沉到位。3.6.2 施工设备潜水绞吸式挖泥机是由潜水动力头与潜水砂石泵组合，利用回转钻头的旋切作用，将泥砂剥离，同时由泵将其排出而进行挖掘的机械。空压吸泥机是由空压机、吸泥管及风包组成，利用压缩空气在风包中形成的负压，带动河底泥砂从吸泥管中流出，从而达到吸泥的效果。4.大体积混凝土冬季施工技术4.1大体积混凝土冬季施工说明大体积混凝土是指现场浇注的最小边尺寸为13m且必须采取措施以避免水化热引起的温差超过25 的混凝土。冬季施工是指根据当地多年气温资料，室外日平均气温连续5d稳定低于5时混凝土、钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土及砌体工程施工。从常年的气温状况确定本地区从每年11月至次年3月为冬季施工期松花江大桥的承台主要包括34#、35#、36#、37#、38#、39#承台，其中36#、37#为主桥水中墩承台，34#、35#、38#、39#为主桥陆地承台。34#39#承台均为大体积混凝土施工，其结构形式:35#38#均为2950cm(长)1260cm(宽)400cm(高)八边形承台，34#为955cm(长)840cm(宽)300cm(高)矩形承台，39#为900cm(长)840cm(宽)400cm(高) 矩形承台。冬季松花江冰层标高为111.3m ，为全年最低水位。根据现有条件，冬季施工的承台确定有38#、35#及34#承台，首先进行38#承台工艺试验施工，在此基础后，再进行35#、34#承台的相关施工。4.2总体施工方案由于施工现场、水位等多种原因影响，松花江大桥主桥中的38#墩承台的施工过程直接影响水中墩37#的下一步施工过程，而水中墩37#的各道工序均是全桥施工计划的关键，控制着全桥的总体工期；相比较而言，35#墩承台施工与36#水中墩施工的相互干扰要小一点。故先进行38#墩的承台施工，后进行35#、34#的墩身施工。同时，38#承台的基坑比35#、34#均要深，在同样的施工条件下，38#墩的承台施工难度要大，将38#墩承台施工安排在水位最低期间，可以降低相对应的施工难度。经过多方论证，拟定主桥陆地墩承台的冬季施工方案。其最大优点在于可以为全桥总体工期的实现提供有力的保证，其次在施工期间，松花江水位变化很小，可以减少因水位变化而付出的投资，同时可以利用冰层，更方便施工。其难点之处有冬季混凝土的施工、混凝土浇注后的养护工作、钢筋的冬季施工。相比较而言，主桥陆地墩承台采用冬季施工是十分必要的，是保证全桥总体工期和施工质量的可靠途径。测 量 放 样井 点 降 水承 台 开 挖破 除 桩 头模 板 支 立模 板 检 查钢 筋 绑 扎钢 筋 检 查灌 注 砼降温处理、蒸汽养护拆 模钢筋加工砼搅拌运输施工工艺流程见图7。图7 主桥陆地墩承台冬季施工工艺流程图4.3.关键施工技术4.3.1冬季井点降水桥墩承台井点降水方案，根据承台所处地层的渗透系数(细砂层取K=5)、要求降低水位的深度(38#桥墩要求最小降低水位为3.98m)及本工程要求施工周期短的特点，采用轻型环形井点群降水方案。降水井管采用d=300mm钢筋笼外套钢丝网及井底布，要求降水后基坑的安全深度为1m。4.3.1.1方案设计桥位的地面最高标高为116.6m，最低基坑底标高为107.3m，基坑平面尺寸为24.6m41.5m。细砂层的渗透系数取15m/d，a.确定井点管的埋设深度Ha(见图8)图8 轻型井点布置示意图井点管的滤管在透水层内，埋深Ha可按以下公式计算:Ha=h1+h2+h+l+r/m可计算出Ha=9.7mb.基坑总涌水量Q基坑降水示意图如图9所示。图9 无压不完整井降水图可知井管所处为无压水层，基坑总涌水量Q可根据无压非完全井群计算公式进行计算，公式如下:Q=1.366K(2H0-S)S/(lgR0-lgr)可计算出Q=9928m3/dc.单根井点出水量q由于地层为细砂层，单根井点出水量q可按50m3/h进行计算可计算单根井点出水量q =1200m3/d。d.确定井点管的数量nn =1.1Q/q可求得n 数量为10根，为了增加施工安全性，施工时布置n =11根井孔，具体平面布置图如图10所示。图10 井点降水管平面布置图此所设的井水管最大的抽水能力，Q0=111200 =13200m3/d安全系数，k =Q0/Q =13200/9928 =1.33，故可判定方案可行。4.3.1.2井点降水方案的具体施工井点设备主要包括井点管和抽水设备。采用潜水泵作为抽水设备时，可不考虑泵的抽吸能力的影响，直接将水泵下至滤水管中，集水总管采用内500mm的胶管。4.3.1.3通病及预防措施 现象，抽出的地下水始终不清，水中含砂量较多，基坑附近地表沉降较大。 原因，井点滤网破损，井点滤网孔径和砂滤料粒较大。失去过滤作用。土层中的大量泥砂随地下水被抽出，滤层厚度不足。 预防措施:下井点管必须严格检查滤网，发现破损或包扎不严密应及时修补，井点滤网和砂滤料应根据土质条件选用。当始终抽出浑浊的井点，必须停止使用。4.3.1.4质量要求 基坑周围井点应对称、同时抽水，使水位差控制在要求限度内。 井管安放应力求垂直并位于井孔中间，井管顶部应比自然地面高O.5m。 井管与土壁之间填充的滤料应一次完成，从井底填到井口下1.Om左右，上部采用不含砂石的粘土封口。 每台水泵应配置一个控制开关，主电源线路要沿深井排水管路设置。 井孔直径必须大于滤管外径30cm以上，确保滤管外围的过滤层厚度。 滤管在井孔中位置偏移不得大于滤管壁厚。4.3.2钢筋的焊接、冷拉的技术要求 焊接钢筋全部在暖棚中进行，当必须在室外进行时，采取防雪挡风措施，保证温度不低于20，减少焊件温度差，焊接后的接头严禁立刻接触冰雪。 当采取可靠的安全措施时冷拉钢筋的温度时可不低于20；冷拉控制应力易较常温时酌予提高，提高值应经试验确定，但不得超过30MP。 钢筋的冷拉设备以及仪表工作油液，应根据实际使用时的环境温度使用，并应在使用时的环境温度条件下进行校验。4.3.3混凝土冬季施工技术承台混凝土采用分层浇注、一次浇注的方式进行施工。模板及钢筋施工完毕后，在模板上口搭设浇注平台，主要为人员操作平台，在平台上按照最佳配合确定浇注点，根据平台总面积为332m2，搅拌站的搅拌能力为6080m3，为了保证在1.5 h的初凝时间内完成一层混凝土的任务，确定分层厚度为30cm，浇注点在顺桥向12.6m的方向上布置6个固定点，在横桥向29.5m的方向上布置15个固定点，共82个浇注点。浇注方向为每次均为顺桥向浇注，沿横桥向推进，呈之字形推进。在混凝土运至现场后，测量相关试验数据，特别是混凝土的温度数据，不符合规范要求的混凝土不准入模。混凝土浇注输送采用汽车泵进行施工，其调升空间范围达30m，根据承台的结构尺寸，其能满足在浇注过程中不需重新挪位，且能进行快速定位浇注。混凝土振捣，严格按照操作规范进行施工，控制好振捣时间，不准漏振和过振，以保证浇注质量。4.3.3.1冬期混凝土施工注意事项 配制混凝土时，宜优先选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，水泥的强度等级不宜低于42.5，水灰比不宜大于0.5。 浇筑混凝土宜掺用引气剂、引气型减水剂等外加剂，以提高混凝土的抗冻性。 拌制混凝土的各项材料的温度，应满足混凝土拌和物搅拌合成后所需要的温度。当材料原有温度不能满足需要时，再考虑对集料加热。水泥只保温，不得加热。各项材料需要加热的温度应根据桥规附录J冬季施工热工计算公式计算确定，但不得超过表6中的规定。表6 拌和水及骨料最高温度()项 目拌和水骨料强度等级小于52.5的普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥8060强度等级等于及大于52.5的普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥6040 注:当骨料不加热时，水可加热到100，但水泥不应与80以上的水直接接触。投料顺序为先投骨料和已加热的水，然后再投入水泥。 搅拌混凝土时，骨料不得带有冰雪和冻结团块。严格控制混凝土的配合比和坍落度；投料前，应先用热水或蒸汽冲洗搅拌机，投料顺序为骨料、水、搅拌，再加水泥搅拌，时间应较常温时延长50%。混凝土拌和物的出机温度不宜低于10，入模温度不得低于5。 混凝土的运输时间应尽可能缩短，运输混凝土的容器应有保温措施。 混凝土在浇筑前应清除模板、钢筋上的冰雪和污垢，成型开始养护时的温度，蒸汽法养护时不得低于5。4.3.4混凝土降温、测温施工技术砼浇筑后产生的水化热温度，最高峰值一般出现在浇筑后的第三天，对砼浇筑后三天的内部最高温度与混凝土表面温差控制在25摄氏度以内，以免因温差和砼收缩产生裂缝。为避免砼因温差而产生的质量问题，采取在混凝土内部布置降温水管及在混凝土表面进行蒸汽大棚养护措施来保证混凝土内部与混凝土表面的温差不大于25摄氏度。4.3.4.1降温管布置在施工过程中，采用钢管作为降温水管，直径为30mm，单根水管长度为90m，过水量不低于18L/min，在进出水口采用直径为50mm钢管。在4m厚的承台设两层，水管在过水管的垂直截面上的纵横间距，为1.5m1.5m，呈方形布置，在3m厚的承台设一层降温水管。分布图如图11所示。图11 降温水管平面布置图4.3.4.2测温孔布置温度监测，从预埋测温孔(如图12所示)直接测出混凝土的温度，再与混凝土表面温度比较，根据温差大小来调整降温水管内流速的大小，即泵量的大小。 图12 测温孔平面布置图4.3.4.3蒸汽养护混凝土浇注完毕后，立即进行蒸汽养护。蒸汽管自承台底长边的中点向两侧沿模板进行布置，与模板保留20cm的间距，蒸汽管中每隔30cm设一个出汽口，方向均对向混凝土侧。混凝土蒸汽养护空间为31.5m14.6m5m，经过热功计算及以往施工经验，若在35h时间里将空间内温度提高到30，采用1t蒸汽锅炉即可满足要求，本工程采用2t的蒸汽锅炉进行蒸汽养护施工，以便增强空间内的温度调节能力。4.4 38#工艺试验承台、35#承台的温控措施施工完毕的38#工艺试验承台及35#承台的内部温控措施做得合理，在实际降温施工中得到了明显的效果，与计算成果相符。其中38#工艺试验承台属于冬季施工，混凝土内部温度每两小时测读一次，连续九天经历了从升高到峰值再缓慢下降的全过程，最高温度为40度，比计算温度55度低15度，同时混凝土表面温度一直保持在24度左右，对温度控制完全满足施工规范的要求。35#承台施工时，大气气温最高在20度，混凝土内部最高温度为42度，比计算温度55度低13度，混凝土表面温度一直保持在30度左右，温度控制完全满足施工规范要求。5.结束语国道主干线哈尔滨绕城高速公路松花江大桥主桥及北引桥钻孔桩均能按期完成，经设计代表、监控单位、驻地监理的跟踪检算，监控，每根钻孔桩的所有检测项目均在设计允许范围内。并由检桩部门及质检站抽检，所有已检测钻孔桩均为A桩。松花江大桥处于松花江河床最深段、河面最宽段，其水中主墩下部结构施工是本桥的主要关键工序。为了使下部结构的施工顺利完成的关键，就是钢围堰的施工。经过此次钢围堰施工，证明以上施工方法及工艺是科学合理的，在类似钢围堰施工有一定的借鉴意义。松花江大桥主桥共计4个整体式承台，2个分离式承台，计划从20_年11月至20_年2月陆续施工。在20_年的冬季施工中，38#承台从基坑开挖到混凝土的养护、测温完全按施工方案进行，施工过程中没有出现任何质量问题，经设计代表、监控单位、驻地监理的跟踪检验、监察完全符合施工规范的各项要求。实践证明以上施工方法和工艺科学合理，在类似的工程中具有一定的参考价值。参考文献:1. 刘自明.桥梁深水基础，人民交通出版社，第1版.2. 殷万寿，水下地基与基础，中国铁道出版社，第1版.3.武汉长江二桥技术总结，铁道部大桥工程局，北京科学出版社，第1版.4. JTJ041-20_.公路桥涵施工技术规范，中华人民共和国行业标准，人民交通出版社，第1版.5. 周水兴，路桥施工计算手册，人民交通出版社，第1版.作者简介:1.唐小军 (1978.6-)，男，工程师，XX省XX县人，20_年毕业于中国地质大学(武汉)勘建学院。工作后先后参加了西闫高速公路、贵阳观山大桥、松花江大桥工程项目的建设，现任松花江大桥项目副总工程师。2.冉 东 (1978.8-)，男，工程师，XX省XX县人，20_年毕业于石家庄铁道学院。工作后先后参加了绥满二期高速公路、松花江大桥工程项目的建设，现任松花江大桥项目技术科长。3.李新伟 (1980.8-)，男，助理工程师，XX省XX县人，20_年毕业于兰州交通大学。工作后先后参加了哈同一期高速公路、哈肇高速公路、松花江大桥工程项目的建设，现任松花江大桥项目结构工程师。 中铁十三局集团有限公司 25