青島永泰長(zhǎng)榮
標(biāo)題: 對(duì)巨型圍堰氣囊法轉(zhuǎn)角度下河施工的探討 [打印本頁(yè)]
作者: 永泰長(zhǎng)榮 時(shí)間: 2023-12-30 17:38
標(biāo)題: 對(duì)巨型圍堰氣囊法轉(zhuǎn)角度下河施工的探討
鑒于長(zhǎng)江中下游近些年經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，河岸兩邊空地較少，即使有空地，場(chǎng)地多大小受限，或距橋址較遠(yuǎn)。傳統(tǒng) 圍堰下河均采用輪軌式下河施工，或氣囊法直線下河，受場(chǎng)地限制較大。圍堰下河采用氣囊法轉(zhuǎn)角度下河，取得了良好的 效果，有效規(guī)避了鋼圍堰下河場(chǎng)地受限的缺點(diǎn)，我們對(duì)此進(jìn)行了施工技術(shù)研究，并結(jié)合實(shí)例加以總結(jié)。
關(guān)鍵詞：巨型；氣囊法；圍堰；轉(zhuǎn)角度；地錨；套箱
1 圍堰氣囊法轉(zhuǎn)角度下河
1.1 施工工藝流程
巨型圍堰氣囊法轉(zhuǎn)角度下河施工工藝流程見(jiàn)圖1。
圖1 施工工藝流程圖
1.2 圍堰下河前準(zhǔn)備要點(diǎn)
1.2.1 吃水深度計(jì)算
下水自浮穩(wěn)定底托架、底托板脫離后，確定吃水深 度。
1.2.2 國(guó)堰下水前的檢查
為確保圍堰順利、安全下水，圍堰下水前應(yīng)安排專 人做詳細(xì)的圍堰檢查，圍堰檢查主要包括以下幾項(xiàng)內(nèi) 容：
(1)圍堰及其附屬結(jié)構(gòu)的各部位構(gòu)件用料、數(shù)量、 尺寸是否與設(shè)計(jì)圖紙相符。圍堰及其附屬結(jié)構(gòu)的各部 位施工焊縫質(zhì)量尤其是焊縫高度是否滿足設(shè)計(jì)要求， 焊縫焊渣是否及時(shí)清除。
(2)拼接縫對(duì)接處焊縫是否存在錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象，部分拼 接縫縫隙如果較大需增加板條處理。
(3)圍堰刃腳與底托架是否抄墊牢固，托架與底隔 艙抄墊是否密實(shí)。
(4)包板處鋼管與鋼板之間焊縫的焊渣是否打磨平 滑，避免劃傷氣囊。做好圍堰水密試驗(yàn)(煤油滲透試
驗(yàn)),確保圍堰下水安全。
1.2.3 下水域道處理
本課題探討項(xiàng)目中圍堰拼裝場(chǎng)地前端到水口的距 離為150m,高差為10.5m, 為保證圍堰調(diào)向和下水的需 要，需將目前的坡道按如下處理：從圍堰的前端往江邊 55m,坡道按1:22處理，此坡道主要用于圍堰的調(diào)向位 置；再往前65m,坡度按1:15處理，此坡道主要用于圍 堰方向調(diào)整后的下滑坡道；再往前30m 左右，坡道按 1:8處理，此坡道用于圍堰下河加速區(qū)。
圍堰下水區(qū)域必須進(jìn)行清淤，清淤的深度根據(jù)實(shí) 際計(jì)算情況確定，但為了保證下水順利，清淤深度按設(shè) 計(jì)要求水深再加深一倍；為保證浮運(yùn)時(shí)拖輪的拖帶，保 證圍堰下底隔艙托架不會(huì)影響拖船靠近圍堰，清淤的 面積應(yīng)盡量增大，不僅僅包含圍堰本體部分；由于圍堰 的轉(zhuǎn)向，相鄰的吊機(jī)軌道與下河滑道相互交叉，在下水 前應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況將吊機(jī)混凝土軌道去除，保證下河 滑道順暢。
對(duì)于圍堰前端的場(chǎng)地，由于江水的回落，圍堰前端 到江邊的水口距離為150m。江水回落后的地基跟原來(lái) 的地基的地基承載力有一定的差別，需對(duì)裸露的地基 進(jìn)行重新處理，以達(dá)到承載要求，在水口處擬采用在換 填片石后上鋪麻料的方式進(jìn)行加強(qiáng)。
坡道修整方法：水口部分利用挖機(jī)開(kāi)挖，換填片石 后鋪麻料，推土機(jī)推平后，利用壓路機(jī)碾壓密實(shí)，其它 位置推土機(jī)直接推坡，鋪麻料碾壓，保證滑道兩側(cè)標(biāo)高 一致。
1.2.4 套箱下水拖拉設(shè)備的配備
為保證圍堰在滑道能夠進(jìn)行轉(zhuǎn)向和向前移動(dòng)，并 能控制圍堰下滑的速度和大致方向，需要在圍堰上設(shè) 置后拉纜。圍堰初期調(diào)整方向在圍堰拼裝場(chǎng)地前方約60m 范圍內(nèi)進(jìn)行，此坡道的坡比為1:22,則后端的地錨 設(shè)計(jì)拉力約140t。轉(zhuǎn)向后進(jìn)行地錨轉(zhuǎn)換，此時(shí)圍堰在1: 15的坡道上進(jìn)行下滑，位于下滑坡道正后方的地錨設(shè) 計(jì)拉力約200t 。根據(jù)以上的計(jì)算數(shù)據(jù)和圍堰的外形結(jié) 構(gòu)，初步確定圍堰下河時(shí)的牽引采用兩點(diǎn)牽引法，牽引 點(diǎn)的位置布置在正對(duì)底隔艙的位置，通過(guò)一個(gè)地錨進(jìn) 行固定牽引。初步選定轉(zhuǎn)向用地錨和下滑地錨均采用 設(shè)計(jì)拉力為250t 的地錨，提供圍堰下水過(guò)程中圍堰的 牽引。當(dāng)圍堰入水浮起后，圍堰下的18mm 鋼墊板和底 隔艙支架由浮吊進(jìn)行打撈回收。
現(xiàn)場(chǎng)下水設(shè)備和地錨布置為：后端控制圍堰轉(zhuǎn)向 的地錨布置于拼裝圍堰的正端頭35m距離處，與圍堰 內(nèi)隔艙板設(shè)置四個(gè)拉耳。根據(jù)受力要求，地錨需提供約 200t的錨固力，按長(zhǎng)7m 寬 6m 深 4m 尺寸布置，地錨結(jié) 構(gòu)為混凝土埋置式，頂與地面平齊，錨力通過(guò)外露的錨 環(huán)傳至錨體內(nèi)。在拼裝場(chǎng)地外側(cè)，即圍堰轉(zhuǎn)向下滑坡道 的正后端同樣設(shè)置一個(gè)250t 主地錨?？刂评|通過(guò)2 臺(tái)180t 滑車組(15t 卷?yè)P(yáng)機(jī)、六門走十二滑車組)與地牛 相連，在鋼圍堰上設(shè)置牽引耳板，提供地牛牽引索的附 著點(diǎn)，圍堰與托板之間應(yīng)進(jìn)行臨時(shí)的限位連接。
2 受力計(jì)算與分析
2.1 地龍計(jì)算
根據(jù)下水場(chǎng)地布置，在圍堰后方設(shè)置下水用地龍， 地龍荷載按250t (圍堰自重沿水平方向的分力)設(shè)計(jì)。
2.1.1 地龍抗傾覆計(jì)算
地龍重量：[(7+5)×1/2×6]×4×2.4=345.6t
地龍重心距 A 點(diǎn)距離為：6×(2x7+5)π3×(7+5)]= 3.167m
地龍對(duì)A 點(diǎn)的穩(wěn)定力矩為：345.6×3.167=1094.5t*m
下滑力對(duì)A 點(diǎn)的傾覆力矩為：250×3=750t·m
穩(wěn)定系數(shù) K=1094.5/750=1.46>1.4
地錨背側(cè)被動(dòng)土壓力未計(jì)入，為安全儲(chǔ)備，實(shí)際穩(wěn) 定系數(shù)大于1.46。
2.1.2 預(yù)埋件計(jì)算
單個(gè)預(yù)埋件設(shè)計(jì)荷載為250t,單個(gè)鋼銷受力125t, 鋼銷直徑為120mm:
鋼銷抗剪計(jì)算：125×107(0.785×1202×2)=55.25MPa< 120MPa。
孔壁承壓計(jì)算：125×109(80×120)=130.2MPa<
200MPa。
預(yù)埋件與混凝土粘結(jié)力計(jì)算：125×10(500×2×
3897)=0.32MPa<0.79MPa。
2.2 氣囊計(jì)算
2.2.1 氣囊參數(shù)
采用直徑1.2m, 長(zhǎng) 8m(有效長(zhǎng)度按7m 考慮)氣囊。
氣囊間距2.5m,共54個(gè)，具體技術(shù)參數(shù)如表1。
表1氣囊參數(shù)表
| )工作壓力 | 工作高度(m) | 單位長(zhǎng)度承載力(um) | 氣囊長(zhǎng)度(m) | |
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根據(jù)以上參數(shù)，單個(gè)氣囊可以簡(jiǎn)化為剛度系數(shù)為 190t/m的彈簧受力。
2.2.2 鋼圍堰下河地形
由于目前拼裝下河場(chǎng)地尚未明確，因此僅考慮入 水段坡度，經(jīng)試算，圍堰入水處坡度為1:8時(shí)，圍堰下 河較為安全。假定起滑時(shí)圍堰情況如下：
[attach]8297[/attach]
圖2圍堰下河布置圖
氣囊在岸上拼裝時(shí)，54個(gè)氣囊平均受力，單個(gè)氣囊 受力約34t, 此時(shí)，根據(jù)剛度系數(shù)反算出氣囊工作高度
為：1.2-34/190=1.0m。
2.2.3 計(jì)算假定
圍堰自重忽略坡度影響；圍堰剛度相對(duì)很大，假定 為一剛體；氣囊受力假定為彈性體；同樣時(shí)間里，圍堰 下滑長(zhǎng)度為氣囊移動(dòng)長(zhǎng)度的2倍；氣囊入水后即不考
慮其作用；下河過(guò)程中，假定地基不發(fā)生沉降。
2.2.4 模型參數(shù)
整個(gè)下水過(guò)程分成8個(gè)工況計(jì)算。每個(gè)工況采用 MIDAS 建立計(jì)算模型，建模考慮單根滑道承受0.55倍 總重量。
單元長(zhǎng)度總長(zhǎng)78m, 設(shè)定材料彈性模量為：2.1× 10°N/mm3, 使梁為一無(wú)限大的剛體(相對(duì)而言);單元截 面為1m×1m 矩形截面，材料容重為：130.5kN/m3。
浮力：根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，建立三維實(shí)體，根據(jù)每個(gè)工 況下入水長(zhǎng)度截取體積與浮心。
約束條件采用只受壓桿件模擬，根據(jù)氣囊參數(shù)，取 彈性系數(shù)為190t/m。每隔2.5m 設(shè)置一個(gè)，共27個(gè)。計(jì)
算簡(jiǎn)圖如下：
[attach]8298[/attach]
圖3 圈堰下河計(jì)算簡(jiǎn)圖(單位：m)
2.3 托架計(jì)算
根據(jù)下河過(guò)程中氣囊的最大受力(氣囊間距 2.5m), 反算出單個(gè)托架(托架間距0.8m)最大受力約為393kN.
采用 MIDAS2006 建立托架模型，采用梁?jiǎn)卧M 計(jì)算；在與圍堰的連接牛腿處豎向約束，對(duì)稱位置約束 水平方向；在托架底加梁?jiǎn)卧奢d393/7=56.2kN/m。
托架最大組合應(yīng)力118MPa<170MPa, 出現(xiàn)在 I16 上，滿足要求。
2.4 計(jì)算結(jié)論
(1)圍堰在下水過(guò)程中，圍堰和氣囊受力均滿足要 求。
(2)河床情況：根據(jù)計(jì)算結(jié)果，預(yù)留1m 左右水深， 要求距河岸邊10m 處水深不得小于4.6m, 距岸邊33m 處水深不得小于5.5m, 距岸邊43m 處水深不得小于 7m, 距岸邊53m 處水深不得小于7.6m。并且必須保證 圍堰下水滑道外的上下游各10m 范圍內(nèi)，水深滿足要 求。
(3)氣囊在圍堰下水過(guò)程中最大受力小于1227kN, 工作高度為0.55m。此時(shí)，氣囊與地面接觸面積為：7x 3.14×(1.2-0.55)/2=7.1m2,由于在下水過(guò)程的不確定性， 要求地基承載力保證1.3的安全系數(shù)，則地基承載力要 求為：1.3×1227/7.1=225kPa。要求滑道距岸邊10m 范圍 內(nèi)地基承載力不小于250kPa。
3 輔助設(shè)施布置
3.1 鋼冀
鋼凳為圍堰制造臨時(shí)性結(jié)構(gòu)，由型鋼焊接而成的 框架形結(jié)構(gòu)，底面貼一鋼板。鋼凳的作用在于支撐鋼套 箱以布置氣囊和增加與地面的接觸面積，保證地面在 承壓時(shí)不會(huì)因?yàn)榈孛娴某休d力太低而導(dǎo)致地面下沉。
3.2 托板
鋼套箱托板采用18mm厚鋼板，托板在鋼套箱下 滑過(guò)程中的作用是保證氣囊工作平整及傳力。為保證 其工作性能須作如下處理：鋼管包邊：在氣囊進(jìn)出托板 時(shí)，為不傷及氣囊，不影響鋼套箱下滑，需將外露邊用 建筑鋼管包邊并點(diǎn)焊牢靠。
3.3 底隔艙下臨時(shí)支架
底隔艙支架布置在底隔艙下托板之上，起到傳力 作用，它將氣囊產(chǎn)生的托舉力通過(guò)支架傳遞到底隔艙 上，利用底隔艙將整個(gè)圍堰舉起。
3.4 底托板懸掛系統(tǒng)
為保證底托板系統(tǒng)與圍堰在滑移過(guò)程中是一個(gè)整 體，及圍堰下水后方便拆除底托板，設(shè)置如下底托板吊 掛系統(tǒng)。
3.5 地錨及后拉纜
地錨分設(shè)為兩種，轉(zhuǎn)向地錨和下滑下河地錨，轉(zhuǎn)向 地錨起到調(diào)整圍堰方向的作用，其受力按80t考慮，地 錨布置于鋼套箱拼裝場(chǎng)地后側(cè)，距鋼套箱后端35m; 為
控制鋼套箱在氣囊起頂后下滑運(yùn)動(dòng)，以及在滑道下滑 的速度和大致方向，須設(shè)置后拉錨，后拉錨設(shè)計(jì)拉力為 200t,大于鋼套箱自重的最大下滑分力，布置在下滑坡 度正后方約50m 處。當(dāng)鋼套箱入水后，鋼套箱下的 18mm 托板和托架需打撈船起回收。
4 鋼套箱下水
圍堰制作拼裝完成后，報(bào)檢經(jīng)有關(guān)部門檢查合格 并簽認(rèn)后，對(duì)圍堰滑移范圍內(nèi)的場(chǎng)地進(jìn)行清理，保證無(wú) 雜物尤其是可能戳破氣囊的尖銳物，掛好地錨鋼絲繩 后，開(kāi)始圍堰下水。
4.1 起滑
氣囊下河的所有準(zhǔn)備工作就緒，具體下河日期要 綜合考慮當(dāng)時(shí)的天氣、風(fēng)力及潮水位情況，應(yīng)在風(fēng)力較 小、無(wú)雨水的天氣下進(jìn)行，并盡量選擇高潮位時(shí)段。當(dāng) 氣囊完全托起圍堰，下滑道清理完成后，慢慢放松后拉 纜，在前端不斷補(bǔ)充氣囊，利用圍堰自重的分力使圍堰 進(jìn)行移動(dòng)。
4.2 圍堰轉(zhuǎn)向
利用轉(zhuǎn)向地錨對(duì)圍堰進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整時(shí)必須分幾 次調(diào)整到位，在此過(guò)程中，需多次調(diào)整氣囊的角度將圍 堰在拼裝場(chǎng)地范圍內(nèi)多次移動(dòng)，依靠調(diào)整下方氣囊的 布置方向，達(dá)到調(diào)整整個(gè)圍堰方向的目的。
4.3 尾錨的轉(zhuǎn)化
當(dāng)圍堰的方向調(diào)整到位后，在圍堰下方重新布置 鋼凳，調(diào)整氣囊的充氣高度，將圍堰落在鋼凳上，松開(kāi) 后錨，將牽引鋼索滑車組等全部轉(zhuǎn)移到主錨錠上，收緊 鋼索，當(dāng)鋼索受力后，對(duì)氣囊重新充氣，脫離鋼凳，抽出 鋼凳后，繼續(xù)下滑。
4.4 斷纜、下滑入水
當(dāng)圍堰控制下滑至離水邊線15m 處，調(diào)整氣囊，并 在圍堰前端放置加速氣囊后，后拉纜斷纜，讓圍堰自由 加速下滑，利用其慣性入水并向江中滑行一段距離，使 圍堰后端水深滿足自浮吃水深度要求。
4.5 圍堰穩(wěn)定
圍堰整體入水后，會(huì)在慣性、風(fēng)力、水流作用下繼 續(xù)漂浮，同時(shí)內(nèi)部進(jìn)水，圍堰入水深度增大，達(dá)到穩(wěn)定 入水深度，為控制圍堰不至繼續(xù)漂浮，待命的拖輪及時(shí) 靠近并拴綁，控制圍堰使其穩(wěn)定。
4.6 托板、托架回收
圍堰拖離現(xiàn)場(chǎng)后，打撈船和浮吊配合進(jìn)行底板和 底托架的打撈工作。打撈區(qū)域范圍應(yīng)使用警示標(biāo)志明 確標(biāo)示，打撈期間禁止船舶在打撈區(qū)域范圍內(nèi)通行。打 撈時(shí)由潛水員下水后，在底板和底托架上割吊裝孔，穿 吊裝鋼絲繩，并將其割開(kāi)成小段，分段進(jìn)行吊裝出水。 吊裝上的底板和底托架利用打撈船送到岸邊，在岸邊
解體后，由項(xiàng)目部回收。保證底板和底托架已經(jīng)完全打
撈出后方可通航，避免發(fā)生事故。
5 結(jié)束語(yǔ)
雙壁鋼圍堰是大型深水基礎(chǔ)施工較為理想的圍護(hù) 結(jié)構(gòu)，它能承受較大的水壓，適用于不同地質(zhì)條件下的 基礎(chǔ)工程的施工。其即可起到基礎(chǔ)工程施工時(shí)的圍水與施工平臺(tái)作用，又可參與部分結(jié)構(gòu)受力，具有制造方 便、施工迅速、安全可靠的特點(diǎn)、在特定的工程環(huán)境下， 它具有其他圍堰無(wú)法比擬的優(yōu)越性。但由于鋼圍堰一 般尺寸較大，加工要求嚴(yán)格，多要求場(chǎng)內(nèi)加工，再下河 浮運(yùn)到橋址這樣就會(huì)受到場(chǎng)地和運(yùn)距的影響，所以要 不斷更新施工方法。
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聲明：以上有關(guān)船用氣囊和橡膠護(hù)舷的資料部分會(huì)青島永泰長(zhǎng)榮工廠技術(shù)資料，也有網(wǎng)絡(luò)上搜集下載所得，本著氣囊護(hù)舷行業(yè)資料共享的精神，我們拿出來(lái)分享，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系0532-84592888刪除，謝謝
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