長江隧橋工程高樁承臺混凝土底板鋼吊箱施工

向 科

(中鐵二十四局集團(tuán)有限公司，上海 200070)

1 工程概況

長江隧橋B1標(biāo)段位于長興島北側(cè)，其中水中墩共28座，各墩均設(shè)左右兩幅承臺。承臺尺寸11.7 m×7.8 m×2.5 m，承臺頂高程 +4.0 m，承臺底高程 +1.5 m，均為高樁承臺?；A(chǔ)采用4根φ1.8 m鉆孔灌注樁，樁長77～87 m，見圖1。墩身位置處水深4～12 m，河床變化非常明顯，漲潮和退潮時(shí)流水壓力作用顯著。工程地處長江口，為中等強(qiáng)度潮汐河口。長江口季節(jié)性臺風(fēng)主要分布在8月和9月的施工旺季。

圖1 典型樁基礎(chǔ)布置圖(單位:cm)

施工中針對灘海環(huán)境下高樁承臺的特點(diǎn)，并根據(jù)施工難度大、環(huán)境復(fù)雜、工期緊張等施工特點(diǎn)，在充分借鑒國內(nèi)外施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，首次設(shè)計(jì)和應(yīng)用了混凝土底板鋼側(cè)板組合吊箱圍堰，在確保安全和質(zhì)量的前提下，大大節(jié)約了施工成本、縮短了施工周期，在高樁承臺的施工技術(shù)上取得了突破。

2 混凝土底板鋼吊箱圍堰特點(diǎn)及組成

與鋼結(jié)構(gòu)底板鋼吊箱、雙壁鋼圍堰和大型鋼套箱等相比，混凝土底板鋼吊箱具有以下特點(diǎn):①混凝土底板加工簡便，造價(jià)低;無需回收，無需水下作業(yè)。②現(xiàn)場加工方便，總重量小，易于吊裝移位;結(jié)構(gòu)簡潔，施工周期短。③充分利用了鉆孔樁的4個鋼護(hù)筒，便于設(shè)置吊掛系統(tǒng);④不需船舶，節(jié)省航道審批時(shí)間和船舶租賃費(fèi)用。

圍堰主要由混凝土底板(封底混凝土)、鋼吊箱壁板及內(nèi)支撐、吊掛系統(tǒng)(下沉系統(tǒng))4部分組成，如圖2所示。壁板和底板是圍堰的主要阻水結(jié)構(gòu)并兼作承臺模板。為了澆筑混凝土底板，在其下安裝預(yù)制混凝土板作為鋼吊箱底籃，底籃支撐在鋼護(hù)筒上的臨時(shí)牛腿上。

2.1 鋼吊箱壁板及內(nèi)支撐

鋼吊箱由壁板、面板豎向背肋、面板橫向背肋、水平環(huán)向型鋼、內(nèi)支撐等結(jié)構(gòu)物組成。

1)鋼吊箱主尺寸?？紤]施工10 cm的誤差，鋼吊箱平面尺寸取1 288.6 cm×849.2 cm，壁厚0.246 m。鋼吊箱總高3.7 m，鋼吊箱頂高程為 +4.5 m，鋼吊箱底高程為+0.8 m。

2)鋼吊箱結(jié)構(gòu)布置。鋼吊箱平面每節(jié)劃分為6塊，豎向共一節(jié)，共6塊，最大塊質(zhì)量2.66 t，平均質(zhì)量為2.62 t。壁板厚δ=6 mm的鋼板。

圖2 鋼吊箱圍堰設(shè)計(jì)圖(單位:cm)

3)鋼吊箱壁板。單壁結(jié)構(gòu)壁板經(jīng)計(jì)算確定面板采用6 mm鋼板。面板豎向背肋:根據(jù)鋼圍堰所受荷載大小，使用型鋼［8，平面數(shù)量不等，豎向背肋標(biāo)準(zhǔn)間距為40 cm。面板橫向背肋根據(jù)鋼圍堰所受荷載大小，使用厚8 mm的鋼板，平面數(shù)量不等，橫向背肋標(biāo)準(zhǔn)間距為50 cm。

4)水平環(huán)向型鋼。水平環(huán)向型鋼是鋼吊箱主要承重部位，采用［16a型鋼，主要承受壁板傳遞的荷載，通過內(nèi)支撐達(dá)到鋼圍堰受力平衡，水平環(huán)向型鋼沿豎向布置間距為 30.0、100.0、100.0、122.5、175.0 cm。

5)內(nèi)支撐。內(nèi)支撐為 φ273×8 mm的鋼管，按受力及施工空間要求設(shè)為1層，高程為+4.325 m，交叉形布置。內(nèi)支撐對應(yīng)的位置采用鋼板進(jìn)行受力分配。

2.2 鋼吊箱底籃

鋼吊箱底籃采用預(yù)制混凝土板，厚度d=30 cm。采用“底包側(cè)”的方案，底板各邊比吊箱各邊大11.4 cm。底籃共分為4塊，分縫處包［30a槽鋼，中間預(yù)留φ2.2 m圓孔穿過鉆孔樁鋼護(hù)筒。拼裝到位后，再將接縫處的型鋼用鋼板滿焊使其成為整體。外邊緣設(shè)置預(yù)埋鐵件與鋼吊箱壁板焊接。如圖3所示。

2.3 吊掛系統(tǒng)

圖3 底籃設(shè)計(jì)圖(單位:cm)

考慮施工方便，鋼吊箱下沉采用10 t手拉葫蘆進(jìn)行，要求手拉葫蘆垂直受力。吊點(diǎn)用 φ32制作，設(shè)在底籃預(yù)制混凝土板上。吊點(diǎn)共16個，每塊設(shè)置4個吊點(diǎn)，手拉葫蘆安裝在護(hù)筒上的型鋼上。底籃帶著吊箱下沉，吊箱自重(157.3 kN)+底籃自重(570 kN)=727.3 kN，每個吊點(diǎn)受力45.5 kN<100 kN，滿足要求?？卓谥苓吋暗觞c(diǎn)處用鋼筋網(wǎng)片進(jìn)行加強(qiáng)。

2.4 混凝土底板

考慮圍堰內(nèi)抽完水時(shí)，底板在吊箱內(nèi)外水頭差產(chǎn)生的浮托力作用下不被頂裂，以及吊箱與封底混凝土自重之和大于浮力(避免上浮)，并考慮一定安全系數(shù)，確定封底混凝土采用C20混凝土，厚度為70 cm。

3 吊箱制作與拼裝

圍堰施工步驟如圖4所示。首先在陸上進(jìn)行預(yù)制和試拼。然后鉆孔樁鋼護(hù)筒上焊接牛腿，搭設(shè)臨時(shí)拼裝平臺。再利用臨時(shí)拼裝平臺吊裝和組拼預(yù)制好的混凝土底籃和鋼箱，并安裝內(nèi)支撐及吊掛系統(tǒng)。系統(tǒng)安裝完成之后，割除臨時(shí)牛腿，吊箱在自重作用下下沉。下沉到位后，澆筑封底混凝土。待封底混凝土達(dá)到強(qiáng)度后，抽除圍堰內(nèi)積水，進(jìn)行承臺施工。承臺施工完畢后，拆除鋼吊箱，進(jìn)行墩身施工。

3.1 鋼吊箱加工與試拼

分塊加工鋼吊箱壁板，按有關(guān)規(guī)范、工藝要求編寫鋼板與鋼板間、鋼板與型鋼間及型鋼與型鋼間焊接工藝和施焊原則，以防止焊接變形過大使局部或整體尺寸超出圖紙?jiān)试S誤差要求。鋼吊箱壁板上的所有焊縫使用煤油100%檢查有無漏焊孔洞。鋼吊箱加工完成，進(jìn)行鋼吊箱陸地試拼。

3.2 鋼吊箱底籃加工

底籃在陸上進(jìn)行整體預(yù)制，預(yù)制時(shí)將整個混凝土底模對稱分成四塊，根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸先安裝混凝土底模鋼筋，每塊根據(jù)鋼護(hù)筒位置設(shè)置預(yù)留孔以及進(jìn)行吊環(huán)等預(yù)埋件安裝，如圖5所示。模板檢查合格后灌注混凝土，并及時(shí)做好各分塊的標(biāo)識?；炷吝_(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度90%時(shí)，用平板車將其運(yùn)至現(xiàn)場棧橋平臺上。

圖4 圍堰施工步驟

圖5 鋼吊箱底籃整體預(yù)制

3.3 安裝鋼吊箱底籃

首先在常水位以上的鋼護(hù)筒上焊接牛腿，作為臨時(shí)支撐。臨時(shí)牛腿采用δ=10 mm鋼板加工成梯形，沿鋼護(hù)筒圓周方向布置4組，每組由3塊梯形鋼板組成。為方便施工，采用倒掛牛腿的形式，安裝時(shí)必須保證4組牛腿頂面在同一水平面上。

混凝土底籃運(yùn)至現(xiàn)場后，利用50 t履帶吊起吊、安裝。安裝時(shí)利用鋼護(hù)筒作為導(dǎo)向系統(tǒng)，將其安放在鋼護(hù)筒的臨時(shí)支撐上，用鋼筋焊接固定，然后根據(jù)樁中心位置調(diào)整每塊混凝土底模的中心位置。采用同樣的工藝安裝另一塊混凝土底模，當(dāng)4塊都安裝完畢后，根據(jù)承臺中心位置精確調(diào)整混凝土底模的中心位置，確保兩者在誤差允許范圍內(nèi)。

3.4 拼裝鋼吊箱壁板

首先在鋼護(hù)筒上焊接支撐牛腿，牛腿頂面高程為+0.5 m，作為鋼吊箱下沉到位的臨時(shí)施工平臺支撐。牛腿構(gòu)造同臨時(shí)牛腿。

將陸地試拼平臺上的分塊鋼吊箱按編號順序運(yùn)輸至棧橋上，采用50 t履帶吊機(jī)進(jìn)行拼接吊裝，50 t履帶吊機(jī)采用H30型鋼作為行走軌道，隨吊裝順序移動而移動。水平移位至組拼平臺放樣位置，下放至平臺上后調(diào)整垂直度，并用型鋼將該塊鋼吊箱固定在導(dǎo)向架和護(hù)筒上。各塊位置固定后將各塊間焊接。鋼吊箱全部分塊拼完合龍，重新調(diào)整位置符合設(shè)計(jì)要求后，方可進(jìn)行焊接，即焊接相鄰分塊豎向拼接縫(掛梯焊接或用單人吊籃)，將整條豎縫焊接完畢后，再在其上貼0.6 cm×10.0 cm的鋼板帶并進(jìn)行兩條焊縫的焊接，焊縫的厚度要求必須滿足設(shè)計(jì)圖紙的要求。

3.5 吊掛系統(tǒng)和沉放系統(tǒng)

吊掛系統(tǒng)設(shè)于既有鉆孔樁的鋼護(hù)筒上，可充分利用永久結(jié)構(gòu)，方便承臺施工。鋼吊箱主承重梁為雙拼I25a工字鋼，沿橋橫向護(hù)筒上平行布置2條，單根主梁長11.5 m，主梁在鋼護(hù)筒兩側(cè)對稱預(yù)留2個φ40 mm吊桿穿孔，穿孔間距為2.4 m。主梁吊掛采用φ32 mm精軋螺紋鋼筋，扁擔(dān)梁采用雙拼I25a工字鋼，如圖6所示。

圖6 鋼吊箱吊掛與沉放系統(tǒng)

在施工過程中采用8根6 m長的φ32精軋螺紋鋼、扁擔(dān)梁以及8個32 t螺旋千斤頂作為整個鋼吊箱的下沉系統(tǒng)。鋼吊箱的下沉系統(tǒng)采用鋼護(hù)筒搭設(shè)扁擔(dān)梁吊裝鋼吊箱。

4 吊箱沉放

4.1 利用低潮位沉放鋼吊箱

由于鋼吊箱結(jié)構(gòu)本身比較輕，下落到位前抗浮性能和抗風(fēng)浪的平衡性能較差，所以對下放時(shí)間要求較高。為最大限度降低施工難度并減小結(jié)構(gòu)受力，選擇在低潮位進(jìn)行鋼吊箱沉放。長興島北岸處于長江口，屬于非正規(guī)半日潮，在無大風(fēng)浪的情況下實(shí)際潮位比潮汐表所示潮位晚0.5 h，且其落潮比漲潮速度要慢得多。為準(zhǔn)確掌握潮位變化情況，利用原有棧橋鋼管樁對潮位進(jìn)行觀測，咨詢了當(dāng)?shù)鼐用癫⒔Y(jié)合《2007年上海潮汐表》確定最低潮位前1 h與后0.5 h為最佳施工時(shí)間，即 7∶00 ～8∶30 和 19∶00 ～20∶30，參見圖 7。

圖7 實(shí)測潮位表

4.2 鋼吊箱的下沉及精度控制

由于本工程設(shè)計(jì)的鋼吊箱為單壁結(jié)構(gòu)，既充當(dāng)下沉結(jié)構(gòu)載體又作為承臺施工鋼模，因而鋼吊箱的軸線準(zhǔn)確性直接影響后期承臺的軸線位置。沉放鋼吊箱時(shí)，先利用吊掛系統(tǒng)均勻上提圍堰10 cm，割除臨時(shí)牛腿并拆除底平臺，然后下沉直至鋼吊箱設(shè)計(jì)高程處。在下沉過程中每2個千斤頂為一組，操作人員也每兩人一組。在下沉過程中，設(shè)專人指揮，統(tǒng)一指令，確保同步下沉。實(shí)際施工過程中，鋼吊箱的軸線偏差控制在10 mm以內(nèi)。以PM22～PM25為例，軸線理論與實(shí)測數(shù)值偏差對比見表1。

表1 軸線理論與實(shí)測數(shù)值偏差對比表

5 封底混凝土澆筑控制措施

鋼吊箱下沉到位后，首先用土工布封堵護(hù)筒和混凝土底板之間的縫隙，選擇當(dāng)日的最低潮位時(shí)澆筑混凝土，澆筑時(shí)采取了以下控制措施。

5.1 設(shè)置泄壓平衡閥

根據(jù)混凝土承壓不承“沖”(底板從下至上的負(fù)水壓對混凝土是一個致命的沖擊)的特點(diǎn)及箱體穩(wěn)定的需要，在承臺底高程上20 cm處設(shè)平衡閥。盡量安排潮位在平衡閥門以下時(shí)進(jìn)行封底，如潮位增勢過猛，可及時(shí)開啟該平衡閥，讓圍堰外江水緩慢流入，平衡內(nèi)外水差，保證混凝土上下壓力平衡，確保封底成功。在承臺混凝土澆筑前，如遇較大的風(fēng)浪，可以開啟平衡閥，使江水流入鋼吊箱圍堰內(nèi)，平衡內(nèi)外水壓，以減輕波浪對鋼吊箱的沖擊力，并減小鋼模板變形。

5.2 臨時(shí)加固措施

在鋼吊箱拼裝過程中，加設(shè)臨時(shí)加固鋼筋。每塊模板利用2根φ16鋼筋與鋼護(hù)筒相連接，減少拼裝過程中可能引起的結(jié)構(gòu)變形，保證模板與底板良好的接觸。在鋼吊箱下沉到位時(shí)，在鋼吊箱頂部縱向中心軸線處加設(shè)雙拼I20工字鋼，并在封底混凝土范圍內(nèi)加設(shè)兩對對拉鋼筋，將順橋向兩塊鋼模板對拉，有效控制澆注混凝土過程中混凝土對側(cè)向模板的壓力，減小了模板的變形程度，增強(qiáng)了鋼模板與封底混凝土的密接性能。

6 結(jié)語

本次高樁承臺的圍堰方案充分考慮了施工環(huán)境的復(fù)雜性及承臺結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，首次采用了混凝土底板單壁鋼吊箱圍堰方案，該方案具有成本低、速度快和風(fēng)險(xiǎn)低的顯著特點(diǎn)。通過有效的控制措施、有效利用低潮位和合理的施工組織，鋼吊箱的制作和施工效率高、質(zhì)量好且施工精度高。該方案不僅在我標(biāo)段獲得成功應(yīng)用，而且在全橋同類承臺上普遍推廣運(yùn)用，為橋梁深水高樁承臺施工積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

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