秀山大橋海上承臺(tái)鋼吊箱施工的關(guān)鍵技術(shù)

（中交二航局第一工程有限公司，湖北 武漢 430012）

一、工程概況

浙江秀山大橋路線全長(zhǎng)3063m，采用公路Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，雙向四車道，副通航孔橋?yàn)?跨連續(xù)剛構(gòu)變截面箱梁，跨徑布置為81+4×153+81＝774m，從6#墩至11#墩，其中6#墩座落在重力錨上，不設(shè)承臺(tái)，7#墩至11#墩均在海中，設(shè)有承臺(tái)，最大承臺(tái)平面尺寸為26.9m×17m，采用鋼吊箱施工工藝。承臺(tái)所處海域最深達(dá)40m，流速最大為4.0m/s，且伴有斜坡、裸巖、涌大等因素，導(dǎo)致鋼吊箱施工異常艱難。

二、工程特點(diǎn)

鋼吊箱運(yùn)輸時(shí)需要經(jīng)過(guò)正在施工的7#墩～16#墩，施工船舶較多，安全風(fēng)險(xiǎn)極大；斜坡、裸巖地質(zhì)條件，導(dǎo)致起重船定位困難，安全風(fēng)險(xiǎn)大；墩位所處海域流急、涌大，鋼吊箱安裝定位精確度要求高，施工難度大，風(fēng)險(xiǎn)高；鋼吊箱吊裝時(shí)，為確保鋼吊箱底板順利通過(guò)鋼護(hù)筒，根據(jù)實(shí)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)鋼護(hù)筒偏位情況，調(diào)整底板的開孔，對(duì)吊箱底板開孔精度要求高；封底混凝土平整度要求控制在5cm內(nèi)，大體積水下混凝土澆筑，控制難度非常大。

三、鋼吊箱施工

（一）方案選定

承臺(tái)施工最初提出兩個(gè)方案：第一是依附樁基礎(chǔ)群搭設(shè)平臺(tái)，進(jìn)行鋼吊箱施工；第二為預(yù)制鋼吊箱，通過(guò)起重設(shè)備安裝。

由于墩位處水流急，平潮期短，且本地氣候多風(fēng)多雨多霧，不但施工風(fēng)險(xiǎn)大，而且有效施工時(shí)間短，同時(shí)施工過(guò)程中材料轉(zhuǎn)運(yùn)異常困難，從施工安全及可行性方面考慮，最終選擇第二套施工方案。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況將鋼吊箱制作定在16#墩位處，主要原因如下。

1. 16#墩處于深海和灘涂的交界處，材料供給方便，起重設(shè)備能正常起吊。

2. 16#墩樁基施工完成，平臺(tái)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

3. 16#墩左側(cè)有一臨時(shí)碼頭，右側(cè)有一喂梁平臺(tái)，樁基施工平臺(tái)與臨時(shí)碼頭、喂梁平臺(tái)連接起來(lái)，尺寸能滿足鋼吊箱制作、拼裝所需場(chǎng)地。

9#墩承臺(tái)鋼吊箱尺寸、重量最大，這里就選取9#墩鋼吊箱進(jìn)行描述。9#墩鋼吊箱尺寸為27.892m×18.192m，高9.7m，重270t。

（二）鋼吊箱制作

鋼吊箱作為承臺(tái)施工時(shí)的擋水和模板結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)對(duì)各個(gè)受力工況的分析與計(jì)算，鋼吊箱采用單壁結(jié)構(gòu)，壁體主要由8mm面板、HM588×300環(huán)向主梁、HM350×175加強(qiáng)環(huán)向次梁、HN350×175豎向次梁、HN150×75環(huán)向次梁組成。分塊壁體底部及兩側(cè)均設(shè)置有輕型36拼接槽鋼，并開設(shè)23.5mm拼接螺栓孔，通過(guò)螺栓完成壁體連接。為便于壁體拆除，壁體與底板連接方式為螺紋鋼套筒對(duì)拉連接。在壁體上設(shè)置有連通器，用于鋼吊箱下放時(shí)向吊箱內(nèi)注水。具體制作流程如下。

1. 先進(jìn)行底板加工，由于底板尺寸大，分單元塊加工，加工完成后，利用兩臺(tái)履帶吊翻面，后將各單元塊焊接在一起。

2. 底板加工完成后安裝吊箱壁體，吊箱壁體組拼過(guò)程中要控制吊箱尺寸偏差不大于1cm，垂直度不大于0.5%。

3. 吊箱壁體安裝完后，進(jìn)行挑梁、吊耳施工，在挑梁、吊耳施工前，測(cè)量在壁體上測(cè)放出設(shè)計(jì)標(biāo)高，并做出記號(hào)，指導(dǎo)挑梁施工。

4. 挑梁施工完成后，安裝連接底板及壁體連接螺栓，為便于后期壁體拆除，連接螺栓采用直徑25mm螺紋鋼，兩頭車絲，分別鎖定在底板及HM350×175加強(qiáng)環(huán)向次梁上。

5. 利用全站儀在吊箱底板上放出實(shí)際樁位中心坐標(biāo)，標(biāo)示開孔范圍輪廓線。底板開孔前對(duì)鋼護(hù)筒的實(shí)際坐標(biāo)、橢圓度、傾斜度及傾斜方向進(jìn)行了測(cè)量。

6. 鋼吊箱整體焊接完成后對(duì)焊縫進(jìn)行探傷同時(shí)組織各單位驗(yàn)收，合格后方可投入使用。

（三）起重船與吊索選型

9#墩承臺(tái)鋼吊箱重量約270t，高9.7m，平面尺寸：27.892m×18.192m。綜合考慮鋼吊箱吊裝重量及現(xiàn)場(chǎng)水文及波浪等條件，鋼吊箱采用600t自航起重船，進(jìn)行整體吊裝。600t自航起重船在16#墩側(cè)面水域起吊鋼吊箱，此起重船配備兩臺(tái)850匹馬力發(fā)電機(jī)組，在功率900匹錨挺配合牽引下自航到安裝水域進(jìn)行定位作業(yè)，自航能力滿足要求.

1. 鋼絲繩選型

以重量最大267.8t的9#墩鋼吊箱作為吊索計(jì)算荷載，采用起重船兩個(gè)主鉤，4點(diǎn)起吊（沒(méi)點(diǎn)兩根鋼絲繩），單個(gè)鉤頭吊裝鋼絲繩與水平面的夾角為75。則單根鋼絲繩所受力為：F=267.8×10÷8÷sin75=346.6kN。

采用4根24m長(zhǎng)的鋼絲繩受力，鋼絲繩安全系數(shù)取6，鋼絲繩計(jì)算拉力為346.6×6=2079.6kN。

先將鋼絲繩兩端銷栓在鋼吊箱的吊耳上，再將鋼絲繩栓掛在起重船的主吊鉤上。4根起吊鋼絲繩全部安裝后，再次檢查各吊點(diǎn)銷軸，合格后起吊鋼吊箱。選擇小潮汛、良好氣象條件時(shí)吊裝鋼吊箱。

2. 銷軸及吊耳施工

鋼絲繩與吊耳間通過(guò)銷軸連接，吊耳由專業(yè)廠家設(shè)計(jì)，具體鋼絲繩、銷軸及吊耳連接。如圖1所示。

（四）其他準(zhǔn)備工作

1. 鋼吊箱起吊前對(duì)鋼吊箱內(nèi)進(jìn)行清理，清除所有臨時(shí)施工構(gòu)件，防止在安裝過(guò)程出現(xiàn)墜落造成人員傷亡。

2. 支撐牛腿焊接在拆除鉆孔平臺(tái)并完成鋼護(hù)筒割除后，每個(gè)鋼護(hù)筒內(nèi)側(cè)焊接四組支撐牛腿，牛腿焊接前，需進(jìn)行標(biāo)高測(cè)量，并用油漆筆在設(shè)計(jì)標(biāo)高位置做記號(hào)，指導(dǎo)牛腿焊接，確保牛腿標(biāo)高與設(shè)計(jì)標(biāo)高一致。

3. 導(dǎo)向裝置設(shè)置

為了便于鋼吊箱順利下放，對(duì)鋼吊箱采取分級(jí)導(dǎo)向措施。在承臺(tái)每個(gè)角分別設(shè)置一個(gè)比牛腿頂標(biāo)高高40cm、20cm鋼護(hù)筒，作為鋼吊箱下放過(guò)程中的導(dǎo)向。

（五）鋼吊箱安裝施工

在鋼吊箱吊裝前，提前與當(dāng)?shù)貧庀蟛块T取得聯(lián)系，對(duì)施工范圍內(nèi)的天氣情況做精準(zhǔn)預(yù)報(bào)，確保鋼吊箱吊裝過(guò)程中不會(huì)有突發(fā)性的惡劣天氣。

鋼吊箱安裝時(shí)間選擇：在高平潮前1小時(shí)，600t起重船在拼裝鋼吊箱的16#墩側(cè)拋錨定位，并掛鉤起吊鋼吊箱。自航到現(xiàn)場(chǎng)，拋錨定位，并將鋼吊箱懸吊在鋼護(hù)筒頂部區(qū)域，隨潮位下降，通過(guò)導(dǎo)向鋼護(hù)筒，將鋼吊箱下放，然后進(jìn)行鋼吊箱調(diào)整定位。

鋼吊箱安裝前，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)起重船安裝鋼吊箱進(jìn)行了模擬試驗(yàn)（空載）。模擬起吊鋼吊箱前后拋錨、收錨一切正常，但當(dāng)起重船行至施工現(xiàn)場(chǎng)拋錨定位時(shí)，發(fā)生跑錨現(xiàn)象后，立馬利用拖輪協(xié)助起重船返回16#墩平臺(tái)處。分析原因?yàn)槭┕ずＳ蛐逼?、裸巖無(wú)覆蓋層，由于錨的重量和數(shù)量不足，導(dǎo)致跑錨現(xiàn)象發(fā)生，后決定將錨的數(shù)量增加至8個(gè)，并加大錨的重量。

圖1 鋼絲繩、銷軸、吊耳連接圖

鋼吊箱安裝施工流程如下：

1. 鋼吊箱吊裝，起重船拋錨?？吭?6#平臺(tái)處，進(jìn)行鋼吊箱起吊工作。

2. 在拖輪、起錨艇的配合下運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，拋錨定位。

3. 起重船拋錨定位完成后，將起重船卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)上的兩根抗風(fēng)纜繩栓掛在鋼吊箱的頂口上，用于保證鋼吊箱在起吊過(guò)程中平穩(wěn)及后期平面位置的調(diào)整。

4. 通過(guò)絞車錨纜調(diào)整鋼吊箱平面位置，鋼吊箱中心位置與設(shè)計(jì)中心位置大致對(duì)齊時(shí)，停止移動(dòng)起重船。緩慢下放鋼吊箱，當(dāng)下放至距離導(dǎo)向鋼護(hù)筒20cm左右時(shí)，停止下放。施工人員通過(guò)鋼吊箱壁體爬梯進(jìn)入鋼吊箱內(nèi)，觀察導(dǎo)向樁與鋼吊箱對(duì)應(yīng)底板孔的相對(duì)位置，指揮起重船下放鋼吊箱，導(dǎo)向樁全部進(jìn)入鋼吊箱后，再次停止下放，施工人員轉(zhuǎn)移至鋼吊箱頂部挑梁上，指揮鋼吊箱繼續(xù)下放。

5. 當(dāng)鋼吊箱吊放到離設(shè)計(jì)標(biāo)高5cm時(shí)，測(cè)量人員量測(cè)鋼吊箱平面位置，精確調(diào)整到位后，將鋼吊箱落放到位。測(cè)量再次量測(cè)鋼吊箱偏位，如符合設(shè)計(jì)要求，解除鋼吊箱上的鋼絲繩和抗風(fēng)纜繩，起重船起錨駛離施工現(xiàn)場(chǎng)。如不符合設(shè)計(jì)要求，繼續(xù)調(diào)整鋼吊箱平面位置，由于非導(dǎo)向鋼管樁頂口為水平，調(diào)節(jié)偏位通過(guò)切割4個(gè)角導(dǎo)向樁槽口護(hù)筒壁來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體方法如下：先了解鋼吊箱偏位情況，然后定尺寸切割導(dǎo)向樁槽口，起重船再次起吊鋼吊箱約2cm，通過(guò)纜風(fēng)繩調(diào)整偏位，到位后，下放鋼吊箱，測(cè)量復(fù)測(cè)，直至鋼吊箱偏位滿足設(shè)計(jì)要求。

6. 鋼吊箱安裝精確定位后，不能及時(shí)澆筑封底砼，此時(shí)鋼吊箱在海況風(fēng)浪作用下，外力對(duì)鋼吊箱的安全穩(wěn)定性影響較大，需要進(jìn)行臨時(shí)加固。主要加固措施為將鋼吊箱挑梁與擱置鋼護(hù)筒牛腿及鋼護(hù)筒頂口焊接并在四角設(shè)置限位裝置。

7. 為了提高鋼護(hù)筒與封底混凝土之間的粘結(jié)力，對(duì)鋼護(hù)筒外壁進(jìn)行清洗，除去其外表的附著物。

8. 將每個(gè)鋼管樁對(duì)應(yīng)底板哈弗板連接成整體，哈弗板與鋼護(hù)筒之間的間隙用砂袋封堵。

（六）鋼吊箱封底混凝土澆筑

由于設(shè)計(jì)低潮位標(biāo)高-1.52m，鋼吊箱設(shè)計(jì)底標(biāo)高-4.3m。不具備干施工條件，現(xiàn)場(chǎng)采用水下封底施工方法。

1. 布料導(dǎo)管布置

布料導(dǎo)管采用澆筑鉆孔樁混凝土的導(dǎo)管，導(dǎo)管為φ325mm無(wú)縫鋼管制成，快速螺紋接頭，導(dǎo)管接頭處設(shè)2道密封圈，保證接頭的密封性。導(dǎo)管固定在鋼吊箱的施工作業(yè)平臺(tái)上，固定導(dǎo)管的支架在拼裝鋼吊箱時(shí)焊接好。在澆筑封底混凝土前，制作2個(gè)9m3容積的大料斗和1m3小料斗，導(dǎo)管底口距離鋼吊箱底板約20cm。首封混凝土方量根據(jù)公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范8.2.11公式計(jì)算確定為5.1m3。

水下混凝土在底板上的流動(dòng)作用半徑，一般在5m～8m之間，按6m流動(dòng)半徑布設(shè)布料導(dǎo)管，導(dǎo)管使用前進(jìn)行水密試驗(yàn)。9#承臺(tái)平面尺寸為26.9m×17m，布置6個(gè)布料點(diǎn)即可滿足封底混凝土施工需要。每個(gè)布料導(dǎo)管上安裝一個(gè)9m3的大料斗和1m3小料斗，用于澆筑封底混凝土。澆筑時(shí)，采用從一側(cè)向前逐步推進(jìn)的工藝進(jìn)行灌注。

2. 封底混凝土澆注

承臺(tái)封底混凝土為水下C20混凝土，最大封底混凝土方量為808m3,利用水上攪拌船1603#進(jìn)行施工，最大倉(cāng)容量1000m3，兩臺(tái)布料桿，兩臺(tái)攪拌站的攪拌能力150m3/h，約8小時(shí)內(nèi)完成最大承臺(tái)混凝土澆筑。

需要注意的是，由于封底高度僅2.0m，導(dǎo)管在封底完成后一次性拔除，中途不再拔除。為確保封底頂面平整及其與壁體和底板的結(jié)合質(zhì)量，封底混凝土的上升需要在吊箱內(nèi)多點(diǎn)監(jiān)測(cè)，做到臨近布料點(diǎn)的位置既不多澆而超高，遠(yuǎn)離布料點(diǎn)的位置既不少澆而過(guò)低。

特別注意的是鋼吊箱四角、鋼吊箱壁體與鋼護(hù)筒間由于鋼護(hù)筒遮擋，混凝土標(biāo)高偏低，需進(jìn)行補(bǔ)澆找平。將澆筑平臺(tái)移至需補(bǔ)澆位置，導(dǎo)管插入此處封底混凝土內(nèi)10cm，再次采用首封的方法澆筑。

封底混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，關(guān)閉鋼吊箱壁體上預(yù)留的閥門，開始從鋼吊箱內(nèi)緩慢抽水。抽水時(shí)注意觀察壁體的變形情況，如發(fā)生異常，應(yīng)立即停止抽水。