大直径超长超重圆形钢护筒双联气囊下水施工方法与流程

1.本发明涉及公路桥梁施工技术领域，特别是一种大直径超长超重圆形钢护筒双联气囊下水施工方法。


背景技术：

2.水中超大直径桩基应用越来越广泛，随之超大型钢护筒使用频率越来越多。超大型钢护筒结构尺寸大、重量大，运输难度大。还是大型其中设备能解决钢护筒吊装问题。但在内湖，运输条件受限、起重受限、施工场地受限情况下，钢护筒下水方式很多，如滑道下水、直接吊装下水等，但各方面条件限制以及成本、功效考虑存在不利因素，因此采用现场制作、拼接及气囊下水方法。
3.常规滑道下水，需要修建滑道，并深入水面以下，施工成本大，水位要求高。
4.简单处理下水坡道(整平)，并采用钢丝绳牵引，双排钢护筒同时下放工艺，做到施工简单，成本低，不受水位影响以及解决了单根钢护筒下放过程中存在向两侧翻滚的巨大安全风险。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种大直径超长超重圆形钢护筒双联气囊下水施工方法，本发明结构简单、施工工艺易行、操作方便、安全经济、施工效率高。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种大直径超长超重圆形钢护筒双联气囊下水施工方法，包括以下步骤：
7.步骤1、对下水坡道进行处理，使用砂性土换填压实并平整，设置砼地锚，安装卷扬机；
8.步骤2、放置若干个并排胎架临时安放钢护筒，分别接长两侧钢护筒至需求长度，通过钢板与两端开口螺栓连接并垫止水胶条，外圈焊接封闭并整体使用防腐涂料，使用工字钢将钢护筒横向临时焊接成一个整体，确保同步下水；
9.步骤3、在钢护筒下方两侧胎架间布置气囊，在使用钢丝绳和脱钩将钢护筒与滑轮组连接后，再穿过地锚与卷扬机相连，此时钢护筒、地锚、卷扬机以地锚为顶点呈直角，对气囊缓慢分次同步充气；
10.步骤4、在钢护筒被气囊顶升后抽出胎架，通过卷扬机控制速度将钢护筒下放至指定位置，打开脱钩使钢护筒快速冲入水中，并依靠自身浮力漂浮。
11.作为本发明的进一步改进，在步骤1中，使用砂性土换填压实至90％以上并平整，坡度为4％-8％，卷扬机为6t-10t。
12.作为本发明的进一步改进，多根钢护筒之间通过工字钢焊接连接。
13.作为本发明的进一步改进，所述砼地锚的个数为三个，且三个砼地锚呈倒三角型分布，通过计算适宜角度使中间砼地锚足以承担钢护筒的超大重量。
14.作为本发明的进一步改进，所述工字钢为i25工字钢。
15.作为本发明的进一步改进，所述气囊的尺寸为φ1m
×
5m，且单个气囊的承载力20t，在相邻两个钢护筒下方各均匀布置多条气囊顶升钢护筒，气囊采用两侧才有同时充气的方式，防止钢护筒向侧滑，缓慢分多次充气，避免气囊炸裂的风险。
16.本发明的有益效果是：
17.本发明解决了山区道路通行条件差，便道修筑成本高昂、超大直径钢护筒无法运达至桥位以及在水上起重吊装的问题，解决了无大型驳船和起重设备的山岭库区超长超重钢护筒安装难题，解决了滑道入水对场地和水位要求高的问题；同时本发明首创的双联钢护筒解决了钢护筒入水后重心过高发生翻滚的问题并且大大提高了运输效率、降低了安全风险，使得钢护筒整体浮运方便快捷，环保高效，节省工期，节约成本。
附图说明
18.图1为本发明实施例中施工过程总体布局平面图；
19.图2为本发明实施例中施工过程总体布局立面图；
20.图3为本发明实施例中双联钢护筒结构横断面图；
21.图4为本发明实施例中地锚布置立面图；
22.图5为本发明实施例中理论计算简图；
23.图6为本发明实施例中钢护筒下滑悬出6m图；
24.图7为本发明实施例中钢护筒下滑悬出9m图；
25.图8为本发明实施例中钢护筒下滑悬出12m图；
26.图9为本发明实施例中钢护筒下滑悬出15m图；
27.图10为本发明实施例中钢护筒下滑悬出18m图；
28.图11为本发明实施例中钢护筒力矩平衡图。
具体实施方式
29.下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
30.实施例
31.如图1和图2所示，一种大直径超长超重圆形钢护筒双联气囊下水施工方法，包括以下步骤：
32.第一步，对下水坡道进行处理，使用片石换填压实至95％以上并用混凝土平整，坡度为6％，设置三个砼地锚并用i25a工字钢呈三角焊接，在中间的地锚侧面10米处安装8t卷扬机，与中间地锚平行如图1所示；
33.第二步，放置若干个并排胎架临时安放钢护筒，分别接长两侧钢护筒至需求长度，通过钢板与两端开口螺栓连接并垫止水胶条，外圈焊接封闭并整体使用防腐涂料，使用i25工字钢将两钢护筒横向临时焊接成一个整体，确保同步下水如图3所示；
34.第三步，在钢护筒下方胎架间布置气囊，在使用钢丝绳和脱钩将钢护筒与10倍滑轮组连接后，再穿过地锚与8t卷扬机相连，此时钢护筒、地锚、卷扬机以地锚为顶点呈直角，对若干个气囊缓慢分次同步充气如图2和图4所示；
35.第四步，在钢护筒被气囊顶升后抽出胎架，通过卷扬机控制速度下放至指定位置，
打开脱钩使钢护筒快速冲入水中，并依靠自身浮力漂浮。
36.图1所示，设置的三个砼地锚呈倒三角型分布，通过计算适宜角度使中间砼地锚足以承担钢护筒的超大重量。
37.如图1所示，通过钢丝绳将钢护筒、中间地锚、卷扬机以中间地锚为顶点呈直角连接，在钢护筒和地锚中间安装10倍滑轮组，大幅放大卷扬机拉力，使卷扬机拉力远大于钢护筒重力，保障下水过程安全。
38.如图2所示，气囊采用两侧同时充气的方式，防止钢护筒向侧滑，缓慢分多次充气，避免气囊炸裂的风险。
39.如图3所示，通过i25工字钢将两个钢护筒临时焊接，使两个钢护筒暂时形成一个整体，防止单根钢护筒重心过高发生翻滚，同时两钢护筒双联入水提高了施工效率。
40.整个下水过程分成不同入水阶段进行计算，每个受力工况采用midas civil2020建立计算模型。钢护筒长度总长36m，单根钢护筒均布荷载为230/36/2＝3.2t/m。约束条件采用只受压杆件模拟，每隔3m设置一个，共12个，计算简图如图5所示，具体计算工况如下：
41.工况1：钢护筒岸上稳定状态；
42.经计算，在坡道上每个气囊受力为9.6t，变形为0.192m。气囊受力满足受力要求。
43.工况2：钢护筒重心经过变坡点；
44.钢护筒在6
°
到9
°
坡，即1：8.8229与1：5.9974的过渡段滑行，此时，处于变坡点处的气囊位置由于相对于两侧突出，所以此处气囊受力最大，气囊高度降低，同时通过其他气囊间的承载力重分配，两侧气囊的受力将按序加大，直至达到受力平衡。取钢护筒重心经过变坡点计算变坡点最大气囊受力。经计算，此时，气囊最大受力为17t，工作高度为0.528m，钢护筒下滑角度变为1：7.9343。
45.工况3：钢护筒下滑悬出3m；
46.钢护筒继续下滑，最前端气囊入水失效，计算气囊最大受力和坡度变化情况。经计算，此时，气囊最大受力为13.1t，工作高度为0.262m，钢护筒下滑角度变为1：5.8766。
47.工况4：钢护筒下滑悬出6m；
48.钢护筒继续下滑，最前端气囊入水失效，此时，钢护筒前端刚好入水，如图6所示，计算气囊最大受力和坡度变化情况。经计算，此时，气囊最大受力为17.8t，工作高度为0.357m，钢护筒下滑角度变为1：5.687。
49.工况5：钢护筒下滑悬出9m；
50.钢护筒继续下滑，最前端气囊入水失效，如图7所示，计算气囊最大受力和坡度变化情况。钢护筒提供的浮力＝1.515/2
×
4.01
×
1＝3.04t。经计算，此时，气囊最大受力为22.5t＞20t，工作高度为0.45m，钢护筒下滑角度变为1：5.3944。
51.工况6：钢护筒下滑悬出12m；
52.钢护筒继续下滑，最前端气囊入水失效，如图8所示，计算气囊最大受力和坡度变化情况。钢护筒提供的浮力＝3.84/2
×
7.51＝14.4t。经计算，此时，气囊最大受力为22.8＞20t，工作高度为0.456，钢护筒下滑角度变为1：5.1893。
53.工况7：钢护筒下滑悬出15m；
54.钢护筒继续下滑，最前端气囊入水失效，如图9所示，计算气囊最大受力和坡度变化情况。钢护筒提供的浮力＝5.125/2
×
9.69＝24.8t。经计算，此时，气囊最大受力为25.2
＞20t，工作高度为0.504，钢护筒下滑角度变为1：5.3524。
55.工况8：钢护筒中心经过河岸；
56.钢护筒入水后，由于前端气囊入水后失效，如图10所示，钢护筒悬臂端同时也在加大，而钢护筒刚入水时前端产生浮力较小，所以钢护筒下水角度呈继续加大的趋势。钢护筒提供的浮力＝5.84/2
×
11.57＝33.8t；经计算，钢护筒中心经过河岸时，钢护筒入水角度变为1：5.5，钢护筒前端吃水2.01m，钢护筒入水长度为11.57m，距岸边距6.43m，产生33.8t浮力，浮力作用点距钢护筒最前端4.5m，此时，钢护筒下气囊最大受力为26.7t＞20t，工作高度为0.535m。浮力矩为：33.8
×
(13.5+9)＝760.5t.m；重力矩为：230/2
×
9＝1035t.m；重力矩＞浮力矩，钢护筒会继续入水，直至力矩平衡。
57.工况9：钢护筒力矩平衡；
58.随着钢护筒前端浮力越来越大，钢护筒入水角度慢慢开始减小，直至钢护筒入水角度变为1：5.9974，此时钢护筒前端浮力、自重对岸上气囊作用中心点力矩平衡，如图11所示。钢护筒继续入水1.5m，此时钢护筒悬出19.5m，钢护筒前端吃水为2.56m，前端浮力为7.74/2
×
13.72＝53.1t，浮力矩为：53.1
×
(13.5+9)＝1194.7t.m；重力矩为：230/2
×
9＝1035t.m＜1194.7t.m，所以在此之前重力矩与浮力矩能达到平衡。
59.工况10：钢护筒全部入水后，自浮；
60.钢护筒力矩平衡后，由于惯性，继续往下滑行，直至钢护筒全部入水后，钢护筒体积为：3.14
×
36
×
1.82＝366.2m3，单个钢护筒重量约为230/2＝115t＜366.2t，钢护筒能够自浮，吃水深度约为1.2m。
61.本实施例中，两根钢护筒通过工字钢焊接双联，用脱钩与钢丝绳钢丝绳连接滑轮组，再穿过三个砼地锚的主锚连接至卷扬机，使钢护筒下滑稳定，速度可控；通过双联钢护筒有效避免了单根钢护筒入水漂浮时重心过高易翻滚的问题，保障了钢护筒水上运输的安全性，降低了钢护筒水上运输的风险，大大提高了钢护筒运输的效率；通过气囊下水降低了对场地、水位、坡度等环境因素的要求，相较于传统的滑道入水场地硬化要求高、坡度要求精确、水位要求严苛，气囊下水对下水环境的适应性更强，施工成本更低，施工便捷。
62.本实施例中，气囊下水施工方法仅要求场地压实平整，对水位苛刻无要求，避免了传统滑道下水场地建设硬化、滑道强度与稳定性、等待适宜水位的巨大时间与经济成本。
63.本实施例中，设置的三个砼地锚呈倒三角型分布，通过计算适宜角度使中间砼地锚足以承担钢护筒的超大重量。
64.本实施例中，通过i25工字钢将两个钢护筒临时焊接，使两个钢护筒暂时形成一个整体，防止单根钢护筒重心过高发生翻滚，降低了安全风险，并且两钢护筒双联入水提高了施工效率，大幅降低了成本。
65.本实施例中，通过钢丝绳将钢护筒、中间地锚、卷扬机以中间地锚为顶点呈直角连接，在钢护筒和地锚中间安装10倍滑轮组，大幅放大卷扬机拉力，使卷扬机拉力远大于钢护筒重力，保障下水过程安全。
66.本实施例中，使用脱钩连接钢护筒避免了断缆下水的安全风险，可循环使用减少成本。
67.本实施例中，选用φ1m
×
5m气囊，单个承载力20t，在两个护筒下方各均匀布置12条气囊顶升护筒(共24条)，气囊采用两侧同时充气的方式，防止钢护筒向侧滑，缓慢分多次
充气，避免气囊炸裂的风险。
68.以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。