2012年中国建筑业成果一等奖 中交一航局一公司-钢圆筒副格连接止水构造的研制

(1)提出结构形式：2010年12月小组成员召开会议，采用“头脑风暴 法”进行讨论，结合国内外专家意见，提出2种连接形式，我们对两种形式 进行了多方面的分析。见下表：
表4：连接形式对比分析表 12月
制表人：李辉 时间：2010年
对比项
结构形式1：钢板桩“弯钩”式锁口连接
结构形式2：榫槽结构
采用钢板桩“弯钩”式锁口连接，采用一 副格弧形钢板两边缘焊接T型锁口板直接插入 定刚度的钢板专门加工，再焊接到钢圆筒、钢圆筒设置的宽榫槽结构，宽榫槽采用角钢焊接。
可操作性
专门制作弯钩结构，增加了工艺的复杂性，副格T型锁口板可直接从市面购买，榫槽角钢进
可操作性差
行焊接，可操作性强
稳定性
连接没有形成封闭结构，副格振沉过程中 连接形成了封闭结构，副格振沉过程中T型锁口
可能会造成锁口脱离，稳定性差
板完全被榫槽包围，不易脱离，稳定性强
止水难易
锁口连接处周围无封闭结构，无法对锁口 进行小面积止水，而要对两片副格形成的 整个副格仓进行止水处理，止水工艺复杂 且增加了工程量和施工成本，止水施工困 难
调查人：洪志军 周俊奇
调查地点：天津
时间：2012.2.15
五、提出方案并确定最佳方案
中交一航局一公司
2、填充物-止水材料选择
表8沥青类止水材料试验： 月
试验时间：2011.2.23
试验地点： 天津
制表人：李辉 时间：2011年2
负责人：洪志军 段振勇
性能指标 试验结论
材料配制
材料 流动性
熬制；约2h
1、经验配合比：水泥：膨润土：膨胀剂：砂：水
=（0.5:0.4:0.1）：1.35：0.85
1、膨润土不会发生老化，耐
2、各种材料费用：水泥0.4元/kg；膨润土0.36 元/kg；膨胀剂2元/kg；砂0.08元/kg；水0.004 元/kg。
久 2、性与好泥，沙吸等湿搀性和强具有可塑性、1节、约原大材量料成本费 用 低 ， 可
榫槽3、4、5、6 为大榫槽
榫槽1、2为小榫槽
中交一航局一公司
五、提出方案并确定最佳方案
中交一航局一公司
1、钢圆筒与副格连接方式研究
按照试验布置图施打钢管桩和副格振沉，3片副格振沉完成后围成1个 副格仓，再对副格仓内回填砂，填满砂后对宽榫槽进行填充，完成后将对 副格仓内进行注水，整个试验过程中将对榫槽所受应力情况进行动态和静 态监测，对榫槽填充后的渗水量进行测量计算。
五、提出方案并确定最佳方案
中交一航局一公司
2、填充物-止水材料选择
(1)止水材料选择：小组在确定榫槽形式之后，就开始对填充材料进行 市场调查，最后选定沥青类止水材料、掺膨润土类止水材料及超细水泥三 种材料，进行室内比对试验，每个材料根据经验选定一个配合比，确定1种 最适合的材料。
(2)各类材料试验分析：
钢圆筒与副格连接止水构造成为施工的关键点！
钢圆筒筒顶标高：+3.5m
钢圆筒与副格连接漏水点
三、选题理由
中交一航局一公司
2、搜集资料
小组成立后，各成员立即开始查阅、收集国内外相关工程资料，发现 可供参考的资料很少，国内国外无类似工程的成功经验可供参考。搜集资 料见下表：
表2 搜集资料统计表 月
工程名称
1、钢圆筒与副格连接方式研究
(2)初步确定榫槽尺寸及大小：小组主要从下表中的几个方面进行了分 析研究：
表5 榫槽结构分析评价表 月
项目
分析研讨
制表人：李辉 时间：2010年12
材料选择
小组根据钢圆筒副格钢板厚度及施工经验，选择16mm角钢，对称焊接在钢圆筒上， 形成榫槽结构；T型锁口板采用16mm的T型钢板，焊接在副格弧形钢板上。
每方价格
粘结性
371×0.4+296×0.36+74×2+999×0.08+630 3、适应变形能力强
×0.004=485.4元
调查人：洪志军 周俊奇
调查地点：天津
时间：2012.2.15
五、提出方案并确定最佳方案
2、填充物-止水材料选择
表10掺膨润土类止水材料试验： 月
试验时间：2011.2.23
14
146
2
静态应力 均未超过 规范限值
总测点 个 30
大榫槽静态应力
最大值 MPa 100
最小值 MPa
1
静态应力 均未超过 规范限值
备注：依据《低合金高强度结构钢》（GBT1591-2008），取Q345B钢屈服应力为345MPa。
五、提出方案并确定最佳方案
1、钢圆筒与副格连接方式研究
中交一航局一公司
表5 榫槽结构分析评价表 月
项目
分析研讨
中交一航局一公司 制表人：李辉 时间：2010年12
通 过 力 学 计 算 ， 得 到 了 最 大 160mm × 100 mm × 16 mm 和 最 小 100 mm × 60 mm×16mm的榫槽结构稳定范围，T型钢板尺寸确定为150mm和90mm。
榫槽尺寸确定
粘稠； 不易流动
可操作性
止水效果
是否硬化
只能直接灌注， 封闭性较好，但在
不能泵送，可操 渗透压力较大时有
作性差，施工不 轻微渗水，止水效
便。
果较差。
硬化。材料略 有收缩，表面 有微细裂缝出 现。
②掺膨润土类止水材料
月
经济指标
表9掺膨润土类止水材料分析表 制表人：李辉 时间：2011年2
材料特点
分析结论
通过上表的数据分析，我们得出结论： 大、小榫槽振沉过程中和结束后两种工况下应力满足 规范要求；外部观察宽榫槽锁口在振动过程中无明显变 形，整体刚性良好；对榫槽内部进行探摸，状况良好。 振沉过程中大、小榫槽都可行！
五、提出方案并确定最佳方案
1、钢圆筒与副格连接方式研究
中交一航局一公司
下一步试验
小组将进行榫槽内填充物研究和“副 格仓内填满砂”、“副格仓内注水一半 （地面以上5.5m）”、“副格仓内注 满水（地面以上9.2m）”3种施工工况 下宽榫槽所受静态应力监测，分析这3 种工况下宽榫槽结构的可行性，并最终 确定宽榫槽的尺寸。
再下模袋混凝土，没有止水要求。
国外 没有相关的资料。
没有可供参考的钢圆筒副格连接止水构造，因此必须进行钢圆筒副格止 水结构的研制！
四、设定课题目标
单击此处 添加文字
满足设计止水要求： 1个副格仓渗水量≤20m3/每天
中交一航局一公司
根据设计要求设定目标
五、提出方案并确定最佳方案
中交一航局一公司
1、钢圆筒与副格连接方式研究
副格T型钢板插入榫槽后形成封闭结构，只要对 榫槽进行有效的封堵止水处理，就可以完成止水 施工，面积小易施工，节约成本，止水施工较容 易
结论
本工程不宜采用
可以采用
综合可操作性、稳定性、止水难易三个方面进行分析、研究，结合专家意 见，小组最终选定采用结构形式2：榫槽结构。
五、提出方案并确定最佳方案
中交一航局一公司
试验地点： 天津
性能指标
材料配制
材料流动性
可操作性
中交一航局一公司
制表人：李辉 时间：2011年2
T型钢板尺寸
T型钢板尺寸
小榫槽角钢尺寸
大榫槽角钢尺寸
初步结论
榫槽结构具有一定的可行性，需要对2个尺寸的榫槽结构进行试验， 进一步验证其可行性；通过试验进一步确定大榫槽采用的可行性，提 高榫槽内部施工的可操作性，提高施工效率。
五、提出方案并确定最佳方案
1、钢圆筒与副格连接方式研究 (3)主要试验过程介绍： 在 陆 上 施 打 3 根 Φ 1.5m 钢 管
一、工程简介
桥梁主体
隧道入口
中交一航局一公司
隧道
西人工岛效果图
二、小组简介
中交一航局一公司
小组组建于2010年12月，小组成员共12人，由专业高级工程师、工 程师和专业技术人员组成，技术创新能力强，现场施工经验丰富。本次QC 活动属创新型。
表1 小组简介： 12月
小组名称
钢圆筒副格连接止水构造研制QC小组
姓名
性别 年龄
文化 程度
孟凡利
男
43
本科
丰贯凌
男
31
本科
孔令磊
男
33
本科
吴志宏
男
34
本科
徐文华
男
56
本科
郭宝华
男
60
本科
刘昊槟
男
28
本科
马旭
男
29
本科Biblioteka 沈道峰男26
本科
李辉
男
30
本科
洪志军
男
31
本科
周俊奇
男
27
本科
成立时间 2010年12月
课题类型 创新型
技术等级
成绩优异的高级工程师 工程师 工程师 工程师
72小时
组员
72小时
组员
72小时
三、选题理由
中交一航局一公司
1、问题的提出
钢圆筒与副格形成岛体围护结构之后，后续进行筒内及岛内回填砂、 施打塑料排水板及降水井、联合堆载预压，通过降水井抽水将岛内水位降 至-16m以下，为下一步岛内基坑开挖、暗埋段隧道等干施工创造条件。岛 外侧57个钢圆筒、114片副格，每两个钢圆筒之间有4个漏水点，漏水点众 多，因此如何对围护结构进行止水，成为小组急需解决的问题。
桩，壁厚18mm，长30m，平面 呈等边三角形布置，边长10.3m, 钢管桩打入地面21m，地面以上 高度为9m。在3根钢管桩之间布 置2道钢管支撑。钢管桩外壁焊 接宽榫槽锁口，并安装橡胶止漏 条，榫槽底部焊接钢靴。加工3 片副格弧形钢板，高度22m。钢 管桩G2与G3之间为2个小榫槽， G3与G1、G1与G2之间为4个大 榫槽，布置图：