洪塘大橋主墩承臺鋼吊箱圍堰設計及施工技術探討

■蔡曉戀

(福州海峽建設發(fā)展有限責任公司，福州 350001)

1 工程概況

福州洪塘大橋拓寬改建工程路線總長約2.2078km。分主橋、東引橋、西引橋及三環(huán)立交，橋梁通航等級為內河Ⅳ級航道。主橋采用獨塔雙索面自錨式懸索橋，跨徑布置為(50+150+150+50)m=400m，基礎采用鉆孔灌注樁，主梁結構為鋼箱梁，橋面寬52m。其中9#～15#墩根據(jù)其水深及通航設計采用設圓弧整體式六邊形承臺方案施工，承臺共計14個，擬采用有底鋼吊箱作為模板施工。其中13#主墩承臺 2個，平面尺寸為26.4m(橫橋向)×14.4m(順橋向)，承臺高度5m，封底砼高2m，設R2000圓弧倒角。

2 水文地質條件

本地區(qū)屬亞熱帶海洋性季風氣候區(qū)，一般每年4月～7月上旬為梅雨季，7月～10月為臺風雨季也是洪水期，每年的10月至次年的4月為非汛期，有利于進行水中樁基、承臺施工。河道最大漲潮流速1.01m/s，最大落潮流速1.05m/s。橋位附近流場平順，無漩渦和強大穩(wěn)流區(qū)，水流條件較好，洪水期間最大流速1.7m/s。本項目為強潮陸相河口，潮型屬正規(guī)半日潮，一天兩漲兩落。平均高潮位為4.98m，平均低潮位為2.36m，平均潮差為2.62m。橋址區(qū)覆蓋層主要由雜填土、中砂及卵礫石層組成，下伏基巖為花崗巖巖，局部分布有凝灰?guī)r。

3 鋼吊箱設計

根據(jù)鋼吊箱施工流程主要計算鋼吊箱起吊下放、鋼吊箱澆筑封底混凝土、鋼吊箱抽水以及鋼吊箱澆筑承臺砼等不利工況條件下鋼板、挑梁和吊桿結構的強度和剛度。

根據(jù)承臺尺寸壁板設計為圓弧六邊形吊箱，根據(jù)承臺底、頂標高和設計高、低水位，擬定鋼吊箱的平面尺寸為：長 27.592m，寬 15.592m，高 9m，壁體單個重約 139.8t。底板為承臺封底和承臺混凝土施工底模板，長27.344m，寬15.344m，由面板和型鋼骨架組成，總重約43.4t，如圖1所示。

圖1 吊箱結構圖(單位：mm)

鋼吊箱底板面板采用6mm鋼板，型鋼骨架采用HN350×175、200×100 焊接而成。底板不進行防腐設計，施工時僅做簡單防銹處理。底板采用分塊制作成形施工工藝，根據(jù)橫橋向均分成3塊，每塊最重不超過15t。

吊箱壁體豎向為單層，呈帶圓倒角六邊型，外口長27.592m，外口寬15.592m，厚度根據(jù)不同截面0.358m～0.588m不等，高度9.0m。由鋼板和型鋼焊接組成，總重約139.84t。鋼板采用 8mm壁厚，肋板為 HM588×300、HN350×175、HN400×200、［32a、I14 型鋼組成。

壁體分塊制作，劃分斷面要避開在澆筑承臺混凝土最不利工況下的應力集中區(qū)域，避免應力過大導致吊箱變形出現(xiàn)滲漏，綜合考慮壁體水平方向分為8塊加工，豎向不做分塊，共3種型號尺寸，單塊重量最大為20.9t。最后分片運輸、螺栓連接成型。

為便于壁體周轉使用時拆卸，且連接穩(wěn)定可靠，各側壁板之間用M20螺栓連接。側壁與底板之間采用Φ18對拉鋼筋固結，張拉10kN預應力，同時為避免接觸面出現(xiàn)滲漏，接觸面連接縫處夾塞厚5mm的膨脹型止水條止水。

4 鋼吊箱施工

4.1 鋼吊箱制作

鋼吊箱加工鋼結構在加工區(qū)進行，鋼吊箱采用分塊加工，加工完成后倒運至現(xiàn)場拼裝。

壁體分塊制作應首先在制作胎架上將壁板和型鋼骨架組裝成整體?？紤]到分塊壁體需在現(xiàn)場進行組拼，壁板之間需填塞止水橡膠條，因此分塊壁體尺寸略小于理論尺寸(單個拼縫10mm，每塊每邊5mm)。每個分塊壁體按照壁體分塊按順序進行編號，并用油漆標記。

4.2 鋼吊箱拼裝

4.2.1 底板拼裝

在護筒外周+6.0m標高處焊設型鋼牛腿，每根鋼護筒布設2個HN600×200型鋼牛腿，然后將分塊制作好的底板吊裝到鋼牛腿上，焊接成整體，為側壁板拼裝作準備。底板安裝就位以后，在底板上將承臺的理論縱橫軸線和單塊壁體的安裝位置測放出來，并做明顯標示，保證準確安裝側壁板。

4.2.2 壁板拼裝

為了保證拼裝時整個吊箱處于平衡狀態(tài)，側壁安裝遵循先安裝一側吊箱倒圓角壁體三，安裝對稱倒圓角壁體二，安裝兩塊直線段壁體一，安裝對稱倒圓角壁體二，最后安裝另一側倒圓角壁體三進行合龍(見圖1)。

拼縫對好后，調整吊箱上口尺寸，擰緊側壁螺栓，安裝鋼管支撐、焊接拉壓桿。鋼管支撐和吊桿與鋼吊箱挑梁及底板主梁焊縫應飽滿牢固。吊箱拼裝好檢查尺寸、連接螺栓、焊接焊縫，對密封不夠的地方用防水材料進行密封。

4.2.3 下放系統(tǒng)安裝

下放門架安裝：13#主墩由鋼吊箱外6根Φ820門架柱 1，護筒內6根Φ630門架柱2及6條2HN600×200門架梁組成(見圖1)。

導向裝置安裝：為了保證鋼護筒下放過程中的垂直度以及平面位置，在鋼吊箱側壁上設置8個由Φ426×6鋼管制作的導向裝置(見圖1)，導向裝置的長度為4.8m，其與鋼護筒間距控制在5cm范圍。施工時根據(jù)現(xiàn)場鋼護筒偏位情況和垂直度精確確定，以保證導向裝置與壁體鋼護筒間距。

連通器安裝：封底混凝土澆筑前，在鋼吊箱底板上設置連通器，使用直徑為245×8mm鋼管，頂口設置法蘭盤。減壓孔高度超過封底混凝土頂標高10cm，封底混凝土澆筑完成后，保證鋼吊箱內外江水可以貫通，保持內外壓力平衡，防止封底混凝土在達到強度前由于鋼吊箱內外壓力差而被破壞。

挑梁體系及千斤頂安裝：底板拼裝、導向裝置焊接到位后，在其對應的鋼護筒上安裝承重懸HN450×200挑梁，通過HW150×150的吊桿與底板焊接在一起。千斤頂安裝在下放門架上，壁體掛腿和千斤頂之間采用Φ40mm(PSB1080級別)精軋螺紋粗鋼筋，確保其受力，提高吊箱拼裝的安全性和可靠性。

4.3 鋼吊箱下放

下放時間應選擇在平潮階段進行鋼吊箱的下放。吊箱拼裝到位后，焊縫位置采用煤油浸透，螺栓拼縫位置人工檢查的方法，檢查吊箱的水密性，不滿足要求的必須處理達到要求后才能下放。下放前應同時啟動6只150t千斤頂，將吊箱頂升5cm左右，檢查各受力部位的焊縫及連接，檢查合格后，繼續(xù)將吊箱頂升50cm高后，割除吊箱的拼裝牛腿，完成吊箱下放準備。

鋼吊箱下放過程就是操作千斤頂下放精軋螺紋的過程，即千斤頂回縮下放吊箱→擰緊下挑梁精軋螺紋螺母→提升上挑梁并擰緊上挑梁精軋螺紋螺母→千斤頂頂進受力→回擰下挑梁精軋螺紋螺母→千斤頂回縮下放吊箱，反復重復同一操作工序，直至吊箱下放至設計標高。下放過程注意同步性和連貫性，確保精軋螺紋粗鋼筋受力均勻。

鋼吊箱下放過程中，用全站儀隨時監(jiān)測鋼吊箱是否存在偏位。挑梁落在護筒上后，確定鋼吊箱平面位置、垂直度、錯臺等應滿足設計及規(guī)范要求。焊接護筒和挑梁，并將導向裝置和鋼護筒壁體焊接鎖定。精軋鋼不做拆除，作為鋼吊澆筑封底混凝土過程中的安全儲備。

4.4 封底混凝土施工

封底砼按照水下混凝土設計，強度等級為C30，采用水下封底的形式。灌注封底混凝土前應將鋼護筒和鋼吊箱內壁體上的泥漿土沖洗干凈。

封底施工準備工作：

鋼吊箱底板加工時由于考慮到鋼護筒垂直度誤差，在鋼護筒位置開孔時開孔直徑比鋼護筒直徑大20cm，一周留有10cm間隙，所以鋼吊箱下放到位后，需先將底板與鋼護筒一周間隙封堵后才能進行封底混凝土澆筑，封孔板采用兩塊半圓弧板對接的形式，使用抱箍及螺栓固定。同時利用提前準備的沙袋(摻水泥)將護筒與底板間的空隙封堵。水下混凝土在底板上的流動作用半徑，一般在6～8m之間。主墩承臺寬14.4m，考慮護筒的遮擋作用，布料點距結構距離均不大于6m布設，單個吊箱分別設置8個布料點。

5 封底混凝土澆筑

13#承臺封底砼方量為661.1m3，采用2臺汽車泵泵送，左右兩側對稱澆筑?；炷翝仓皣栏窨刂品獾醉诺奶涠取７獾讛M采用逐點澆筑進行水下封底，先選擇中間1個布料點導管上設置小料斗，混凝土泵送至小料斗，在首封導管內放置泡沫隔水栓，小料斗內存料滿足該布料點首封時開始放料，首封完成后連續(xù)向該布料點灌注，靠混凝土自身流動性流動至鄰近的布料點，使相鄰布料點導管底通過流動混凝土達到封堵底口的目的，之后使用小水泵將該導管內水抽掉，即可向該導管內灌注，同樣施工工序從中間向兩側逐個布料點推進，將所有布料點導管底口封堵，最后可不受制約循環(huán)澆筑每個布料點，直到混凝土澆筑完成即可。

6 承臺鋼筋混凝土施工

6.1 施工準備

當封底混凝土強度達到設計強度(30MPa)時開始鋼吊箱內抽水。抽水前，宜選擇在低潮位封堵水下鋼吊箱底板連通器，封堵時先在連通器法蘭盤上覆蓋定制的密封橡膠圈，然后蓋上蓋板，上緊蓋板螺栓。

鋼吊箱內抽水完成后拆除下放系統(tǒng)，割除鋼護筒至樁基設計頂標高+0.500m，進行樁頭鑿除。

為了保證承臺鋼筋綁扎方便，需對封底混凝土表面進行必要的處理。局部表面高于承臺底標高的位置進行鑿除，低于承臺底標高位置部分使用砂漿進行找平。

6.2 承臺鋼筋綁扎

承臺施工的模板為安裝完成的鋼吊箱壁體的內側壁，鋼筋綁扎前，精確測定承臺縱橫向軸線位置，以便鋼筋綁扎的位置準確，并對吊箱內側壁板進行除銹、涂刷脫模劑。

承臺鋼筋全部在鋼筋加工場完成加工制作，運至13#墩處進行綁扎。承臺鋼筋綁扎時需注意防雷接地預埋鋼筋、主塔預埋鋼筋、冷卻水管預埋及后續(xù)施工用預埋件，并且位置和數(shù)量要準確。

6.3 承臺混凝土澆筑

承臺砼等級為C40砼，13#主墩墩承臺混凝土方量為1612.6m3，分兩次澆筑成型。單次最大砼量為967.5m3，澆筑時間控制在12h左右。

混凝土澆筑按照從一個方向(中間)向另外一個方向(兩端)推進，并嚴格控制分層厚度，加強斜角部位混凝土振搗，保證振搗充分。每層澆筑厚度按照30cm控制，振搗間距按50～60cm進行控制。振搗時，振搗棒應插入混凝土內，上層混凝土振搗時應將振搗棒插入下層混凝土內5～10cm，每一處振搗應快插慢拔，必須振搗至該處混凝土不再下降，氣泡不再冒出，表面出現(xiàn)泛漿為止。

每層砼澆筑時打開冷卻水管通水，連續(xù)通水不小于12h，同時在承臺內埋設2個電阻傳感器，進行24h溫度監(jiān)控，保證砼內外溫差不超過25℃。砼澆筑完畢并初凝后立即在其表面覆蓋塑料薄膜或土工麻袋蓄水養(yǎng)護，養(yǎng)護水源直接利用江水，養(yǎng)護時間不小于7d。

7 結語

洪塘大橋主橋主墩水中承臺施工在該施工環(huán)境下，采用有底鋼吊箱施工相對于其他圍堰方案而言，不僅施工靈活、成本低、效率高，且能滿足環(huán)境保護的要求，同時它工序簡單、易操作，大大降低了水下施工難度，能有效加快橋梁下部結構施工進度，是值得大力推廣的施工工藝。