新型吊掛系統(tǒng)在鋼吊箱施工中的成功應用

劉忠友，沈菊燕

（中交二航局第三工程有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003）

0 引言

隨著橋梁向大跨度發(fā)展，基礎承載能力要求越來越高，深水中大體積承臺大都采用吊箱工藝，吊箱的重量最大已達近2 000 t，每個承臺設計有大型樁基數(shù)十根。吊箱與樁之間的連接都需要吊掛方式來連接，并承受將來的施工荷載[1]。過去基本采用的都是絞結、抽屜式牛腿等模式，上述工藝都要求鋼吊箱在吊放安裝時進行大量的焊接工作，功效低，大型船機占用時間長，成本高[2-4]。在施工常州夾江管線橋工程時設計了旋轉掛架工藝，其預備工作全部在鋼吊箱吊放之前完成，吊放時，只需打開旋臂掛架，然后將拉桿納入導向架內(nèi)即可全自動完成其余的工作，安全、效率高。

常州港錄安洲港區(qū)化工碼頭跨江管線橋工程位于已建成開通的夾江大橋下游約1.9 km處，距離錄安洲下游洲頭約330 m，東臨江陰市，與泰興市隔江相望，8號墩是管線橋的中間主墩，位于夾江中間，距離兩側岸邊約200 m，泥面標高-18.0 m，承臺底標高-2.75 m。

8號墩平面尺寸為23.7 m×30.1 m，承臺高度5.0 m，基礎為20根直徑2.5 m的鉆孔灌注樁，承臺上部有4.5 m高的防撞墻。8號墩鋼吊箱總重420余t，加上套箱封底混凝土的重量，總重量2 000 余 t。

1 結構原理及特點

旋轉掛架是用來承受鋼吊箱及吊箱封底混凝土荷載的承力結構，通過精軋螺紋鋼筋及錨固系統(tǒng)將鋼吊箱及吊箱封底混凝土的荷載傳遞到樁上，結構布置情況如圖1、圖2所示。

圖1 旋轉掛架結構圖Fig.1 Rotating hanger structure

圖2 吊箱底板穿孔圖Fig.2 Boring a holeon hanging box bottom

旋轉掛架利用杠桿原理，動力臂遠大于阻力臂，在絞點處施加一個較小的限制力，就可滿足拉桿承載力要求。鉆孔樁的護筒壁可視為杠桿的支點，拉桿點為阻力點，絞點為動力點。為減小阻力臂，拉桿應緊貼鋼護筒外壁。

旋轉掛架在動力點處設置有絞點，整個掛架可以繞絞點轉動，在拉桿承受荷載前，為方便鋼吊箱下放，旋轉掛架應旋轉到鋼護筒內(nèi)，待鋼吊箱底板完全套進樁頭后將掛架旋轉，使掛架頭部伸出護筒，以便連接拉桿。

利用精軋螺紋鋼筋作為傳力系統(tǒng)，精軋螺紋鋼豎向擺放，上端安裝在掛架盒上，下端用螺栓錨固在鋼吊箱的底板上。精軋螺紋鋼在受力時只受到軸向的拉力荷載，可以充分發(fā)揮精軋螺紋鋼高強度的特點。

旋轉掛架可控性能較好，在受荷期間不會產(chǎn)生不可預見的下沉及變形。旋轉掛架的絞位于護筒內(nèi)，壓力點位于護筒壁上，來自吊箱及吊箱封底混凝土的荷載可通過精軋螺紋鋼、掛架很好的傳遞到護筒的壁上。旋轉掛架可預先加工、安裝，節(jié)省工程時間。

2 設計制作與安裝

2.1 設計制作

旋轉掛架顧名思義具有轉動及支撐作用，掛架系統(tǒng)可以在加工車間或工地按圖加工好后焊接在已完成鉆孔樁的鋼護筒內(nèi)，見圖1。新設計掛架為絞連接、可翻轉結構，主要包括以下組成部分：

1）吊筋：每根樁采用4根直徑32 mm的精軋螺紋鋼，兩頭用套筒螺母。

2）掛架旋轉臂：活動掛架的腹板采用Q235厚度20 mm的鋼板，底板采用10 mm厚的Q235鋼板。

3）掛架盒：掛架盒除封頭板采用20 mm厚度的鋼板外，其它全部為10 mm厚的Q235鋼板。

4）掛架絞：掛架盒插銷孔直徑36 mm，活動掛架插銷孔為32 mm，插銷直徑為30 mm。

5）墊板：主要用于擴散應力。由于吊筋跟鋼護筒有1個小夾角，楔型墊板采用變坡為30∶1的鋼板，最薄邊厚度不小于20 mm。

6）十字梁：用于傳遞掛架受到的彎矩，采用I20工字鋼制作。

7）穿孔：吊筋需穿過吊箱的底板，為防止破壞底板的整體性，穿孔處需加套管，套管采用無縫鋼管，無縫鋼管需與相鄰底板鋼梁的HN型鋼滿焊連接，焊縫高度不小于7 mm。無縫鋼管也是鋼吊箱的1個受力點，焊接完成后，對焊縫進行全面檢查，確保焊縫質量符合設計要求。由于精軋螺紋鋼連接到無縫鋼管和掛架盒上后，精軋螺紋鋼與豎直線有一定的夾角，焊接無縫鋼管時根據(jù)精軋螺紋鋼安裝后與豎直線夾角的大小，適當?shù)卣{整無縫鋼管的傾斜度，避免精軋螺紋鋼彎曲受力，見圖2。

旋轉掛架的旋轉部分可在加工廠加工成型，但掛架盒及聯(lián)系梁必須在現(xiàn)場焊接。焊接質量要滿足鋼結構施工規(guī)范的要求。

2.2 旋轉掛架安裝

旋轉掛架在鉆孔灌注樁完成后即可著手加工，在吊箱安裝前掛架必須安裝到位，安裝時需要注意以下幾點：

1）掛架與掛架盒之間采用絞結，掛架可以在掛架盒內(nèi)90°旋轉，在吊箱吊裝前掛架應翻向樁內(nèi)側，待吊箱底板預留孔洞全部套住樁頭后將掛架向外翻轉，掛架的加勁板應完全壓在鋼護筒的筒壁上，不應留縫。

2）掛架端部設有斜向拉桿導向角鋼，用于使拉桿自動就位。

3）拉桿的長度須根據(jù)樁的偏位情況及吊箱連接點的實際位置，經(jīng)實測確定，并預先將長度定好。

2.3 鋼吊箱安裝

1）拉桿穿孔及固定

無縫鋼管焊好后，將9 m長的精軋螺紋鋼一端先套上套筒并將套筒擰進精軋螺紋鋼約50 cm，將套上套筒的精軋螺紋鋼穿過無縫鋼管，再在端頭穿上墊片，套上套筒螺母，套筒螺母擰進精軋螺紋鋼5 cm，將底板上面的套筒螺母擰緊。為了防止精軋螺紋鋼歪倒，影響鋼吊箱對位下放，在鋼吊箱內(nèi)順長度和寬度方向分別拉設8根、10根細鋼絲繩，將精軋螺紋鋼頂端用麻繩綁扎在細鋼絲繩上，固定精軋螺紋鋼。

2）鋼吊箱吊裝

鋼吊箱采用600 t浮吊吊裝。當鋼吊箱沉放至距設計標高3～5 cm時，停止沉放，將精軋螺紋鋼卡入掛架盒內(nèi)，墊上墊片（墊片與掛架盒焊接，防止滑脫）并上緊套筒螺母。精軋螺紋鋼套筒全部上好后，用扭矩扳手校核使精軋螺紋鋼受力基本均勻。浮吊緩慢松鉤，將荷載緩慢地從浮吊上轉移到精軋螺紋鋼上。

當鋼吊箱的荷載全部從浮吊上轉移到精軋螺紋鋼上之后，用扭矩扳手（或帶度數(shù)的千斤頂）再次校核精軋螺紋鋼的受力情況，使每根精軋螺紋鋼的受力基本均勻。若精軋螺紋鋼受力不均勻，澆筑封底混凝土時荷載將會集中在先前受力較大的精軋螺紋鋼上，可能超過精軋螺紋鋼的承載能力，致使精軋螺紋鋼拉斷，造成嚴重后果。

3 使用效果

鋼套箱在工地附近碼頭上加工成型，直接用600 t的浮吊吊運，吊運距離約600 m，用時3 h，浮吊就位及安裝時間共用時8 h，鋼吊箱完全就位，浮吊脫鉤離開施工現(xiàn)場。安裝就位后通過測力扳手調整每個拉桿的拉力以接近理論值。3 d后采用導管法澆筑了吊箱1.5 m厚的封底混凝土。經(jīng)檢查旋轉掛架完好無損，變形在可控范圍內(nèi)。使用后旋轉掛架可以回收，用于其它類似工程。

采用旋轉掛架不但節(jié)省了船機費用和數(shù)十噸的鋼材，并且簡化了施工程序，使鋼吊箱的施工具有更好的可操作性。

該項技術已經(jīng)被批準為國家專利技術，專利名稱：水中承臺鋼吊箱旋轉掛臂裝置，專利號：ZL2011 2 000572.0，在今后的深水橋墩鋼吊箱的施工中具有廣泛的推廣價值。

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