跨海大橋高樁承臺裝配組合式鋼吊箱關(guān)鍵施工技術(shù)

■董建松

(福建省交通建設(shè)質(zhì)量安全監(jiān)督局，福州 350001)

1 引言

整體下放鋼吊箱已在國內(nèi)外跨江跨海大橋高樁承臺施工中得到成功應(yīng)用，如大連南部濱海大道工程跨海大橋[1]、廈漳跨海大橋北汊南引橋[2]。裝配組合式鋼吊箱作為一種相對新興工藝，國內(nèi)已有使用先例，如泉州灣跨海大橋南岸深水區(qū)引橋[3]。沙埕灣跨海大橋南引橋施工水域受主、支棧橋限制和漲落潮影響，大型起重船進入困難。經(jīng)過比選分析，采用了改進型的化整為零的裝配組合式鋼吊箱施工工藝，即底板和側(cè)壁均分解成常規(guī)起重設(shè)備均能起吊的分塊尺寸和重量，即能滿足裝配的工效并能重復(fù)周轉(zhuǎn)使用，既降低造價，又避免了環(huán)境污染。

2 工程概況

福建省沙埕灣跨海公路通道工程起于閩浙交界，接已建成的沈海高速福鼎段，線路全長20.5km，按照雙向六車道高速公路標準建設(shè)。

項目所在地受海水潮汐作用較大，潮汐屬于不規(guī)則半日潮。平均潮位0.12m，平均高潮位+2.28m，平均低潮位-2.06m。平均漲潮歷時6h37min，平均落潮歷時5h 48min。

以下以沙埕灣跨海大橋南引橋水中區(qū)15#墩為例進行闡述。該墩左右幅承臺尺寸為10.5m(橫橋向)×10.5m(縱橋向)×4m(厚度)。

3 鋼吊箱結(jié)構(gòu)

壁體結(jié)構(gòu)采用 [12環(huán)向次梁與I12的向次梁交叉焊接于δ6mm鋼板上作為承臺的側(cè)模，采用I22b環(huán)向主梁與2I22b和I22b縱向主梁焊接于(側(cè))模板外側(cè)作為主要支撐梁系，內(nèi)側(cè)采用交叉的Φ426鋼管作為內(nèi)支撐。底板結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土板作為底模，底模下設(shè)置系梁，外側(cè)通過對拉鋼筋(螺桿)將壁體與底板拉緊形成擋水的吊箱結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)通過穿孔精軋螺紋粗鋼筋懸吊在鋼護筒頂口。吊箱結(jié)構(gòu)布置見圖1和圖2。

圖1 10.5m×10.5m×4m鋼吊箱結(jié)構(gòu)平面布置圖(mm)

4 鋼吊箱吊裝

4.1 工藝流程

鋼吊箱施工工藝流程見下圖3。

4.2 鋼吊箱制作

為方便現(xiàn)場制作、運輸和拼裝，鋼吊箱底板根據(jù)其縱橫向?qū)ΨQ中心軸線均分成4塊，每塊最重不超過25t；壁體水平方向不分塊，豎向分8塊，單塊最重不超過8t。

圖210 .5m×10.5m×4m鋼吊箱結(jié)構(gòu)立面布置圖(mm)

圖3 鋼吊箱施工工藝流程

鋼吊箱塊體在專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)廠通過內(nèi)壁板→型鋼骨架主梁→型鋼骨架次梁→壁板成型的流程制作。分塊的線形、端口尺寸、壁體封邊槽鋼螺栓孔的鑿眼及吊點精度控制為制作要點，制作完成后進行防腐處理。

混凝土底板采用定型鋼模板進行預(yù)制。為使鋼吊箱精確定位、平穩(wěn)下放，底板預(yù)制時根據(jù)現(xiàn)場量測鋼護筒的平面距離，調(diào)整混凝土底板的開孔位置。底板按照現(xiàn)場拼裝位置依次進行編號?；炷恋装搴穸?0cm并配筋，按承臺縱橫向?qū)ΨQ中心均分成4塊，在后場進行預(yù)制，混凝土等級C25。由于底板托住吊箱壁體(底托幫)，底板外輪廓尺寸較承臺外邊線每邊放大5cm。為保證側(cè)壁板對拉準確和精準定位，底板拉桿孔開成長方形，且在承臺邊線等距離設(shè)置一定數(shù)量的預(yù)埋鋼板，用于側(cè)壁板底口固定。

4.3 鋼吊箱下放

4.3.1 施工準備

鉆孔樁施工完成后，移除鉆孔平臺頂面設(shè)備并拆除護筒區(qū)鉆孔平臺，在護筒外周+1.5m標高處焊設(shè)型鋼牛腿(單根長度 1.5m長的HM588×300)，每根護筒2根，形成鋼吊箱拼裝平臺。

4.3.2 鋼吊箱拼裝

在拼裝平臺的鋼牛腿頂面鋪設(shè)承重梁和分配梁，在分配梁頂測設(shè)承臺吊箱外輪廓線，將吊箱外輪廓線用紅色油漆做明顯標示。

90t履帶吊在護筒區(qū)平臺一側(cè)支棧橋上就位，按先底板(4個分塊預(yù)先拼裝成整體吊裝)，后8塊側(cè)壁板的順序起吊鋼吊箱。

底板分塊起吊安裝(見圖6)，然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，并做明顯標示或彈出墨線，最后在底板外周一圈側(cè)壁板安裝范圍內(nèi)用膠水黏貼5mm膨脹止水條，后安裝側(cè)壁板。

側(cè)壁板先安裝4個倒圓角分塊，每一塊倒圓角安裝到位后，均用Φ18mm對拉螺栓與底板拉緊。圓角側(cè)壁板安裝到位后，對稱吊安直段側(cè)壁板，壁板豎向拼縫采用Φ20mm螺栓連接，并在縫隙之間同樣夾塞5mm膨脹止水條止水(見圖4)。為解決混凝土封底范圍內(nèi)螺栓，在常水位無法拆除的問題，從吊箱底板向上封底高度80cm范圍內(nèi)，模板的拼接采用企口縫，不設(shè)置螺栓，拼縫底口增加限位鋼板限位。

為提高側(cè)壁板的安裝精度，側(cè)壁板底口采用鋼板條進行限位，鋼板條長度控制在4m左右，上方放置在常水位以上，以方便模板底口拆除(見圖5)。

壁板拼裝(見圖7)到位后，將其對應(yīng)側(cè)的鋼護筒上的承重懸吊梁、千斤頂安裝到位，并將掛腿和千斤頂之間用于下放的Φ32(PSB1080級)精軋螺紋粗鋼筋安裝到位，確保其受力，提高吊箱拼裝的安全性和可靠性。

圖4 鋼吊箱底板與側(cè)壁板止水措施示意圖(mm)

圖5 鋼吊箱側(cè)壁板限位結(jié)構(gòu)圖(mm)

圖6 混凝土底板拼裝

圖7 壁板拼裝

4.3.3 下放設(shè)施安裝

下放設(shè)施主要由承重架、8根Φ32精軋螺紋鋼筋(PSB1080級)、8只80t液壓千斤頂、1臺中心泵站等構(gòu)成。承重架為雙拼40工字鋼結(jié)構(gòu)。

單個吊箱最大吊重在130t以內(nèi)，4個護筒上設(shè)8個吊點，單個吊點單根Φ32(PSB1080級)精軋螺紋粗鋼筋的安全系數(shù)計算如下：

計算結(jié)果滿足要求。

4.3.4 鋼吊箱現(xiàn)場下放

下放設(shè)施安裝到位檢查合格后，開始鋼吊箱現(xiàn)場下放。鋼吊箱下放前啟動油壓泵，將8只千斤頂頂升2cm左右，檢查各受力部位的焊縫及連接，合格后繼續(xù)將吊箱頂升3cm高，割除托梁下方的型鋼牛腿。

鋼吊箱下放過程就是千斤頂下放精軋螺紋的過程。下放過程中注意各千斤頂同步性和連貫性，確保精軋螺紋受力均勻。鋼吊箱下放到位后，及時將鋼吊箱與鋼護筒臨時固定起來，以防止鋼吊箱在漲落潮時發(fā)生搖擺，從而導(dǎo)致鋼吊箱壁板拼縫處漏水。

采用連續(xù)同步千斤頂下放，實現(xiàn)8臺千斤頂在頂升和下放過程中同步均勻。較傳統(tǒng)的穿心式千斤頂(一臺泵站控制一臺千斤頂)，省時省力，并減小安全風(fēng)險。本項目供油機主管道配置專用閥門，一臺泵站控制8臺千斤頂，通過精確計算管路長度和供油速度，實現(xiàn)供油的同步性，千斤頂均勻頂升，大幅度提高鋼吊箱下放精度。此外，下放速度得到提升(單行程25cm約5min內(nèi)完成，整個下放過程約1h)，連續(xù)同步千斤頂?shù)氖褂蔑@著提高了工效。

5 鋼吊箱封底及承臺施工

5.1 鋼吊箱封底

鋼吊箱下放到位固定后，在低潮位期間安裝封孔板，封孔板斷面呈L型，底端覆蓋底板開孔位置，上端緊固在鋼護筒外周，與護筒之間設(shè)置10mm橡膠止水條止水(見圖8)。由于鉆孔樁施工時間較長，在鋼護筒外壁上會生成大量的海生物，為了確保封底混凝土與鋼護筒之間的握裹力，在澆筑封底混凝土前清理鋼護筒上的海生物。

封底混凝土采用趁潮位干施工工藝，根據(jù)本地區(qū)的水位特性及我部鋼棧橋施工期間對南汊水域水文的實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計，低潮位時一般無風(fēng)浪，且每月低于-2.1m的潮位約有5～6次，每次4～5d。假定退潮至-2.1時開始澆筑混凝土，待退潮至最低潮位后漲潮至+2.1m，經(jīng)過實測歷時約6h。承臺封底混凝土均一次性澆筑完成。單個承臺封底混凝土最大方量106.5m3，澆筑時間控制在1h以內(nèi)。兩臺攪拌站同時提供混凝土，可以滿足承臺封底混凝土施工生產(chǎn)要求。

為提高鋼吊箱體系整體穩(wěn)定性，增強承臺一次性澆注對封底混凝土與鋼護筒間的握裹力，在承臺范圍內(nèi)的護筒外周焊設(shè)一定數(shù)量的剪力鍵，提高封底的受力。以承臺干施工為前提條件設(shè)計剪力鍵結(jié)構(gòu)，在滿足受力要求的情況下，簡化結(jié)構(gòu)，減少焊接工程量，同時做防腐處理。

5.2 吊箱下放系統(tǒng)拆除及回收

吊箱下放系統(tǒng)使用履帶吊進行拆除。當(dāng)封底混凝土強度達到設(shè)計規(guī)定的強度后(不小于70%)，開始拆除吊箱下放系統(tǒng)。拆除的步驟如下：

(1)安裝下放千斤頂，將吊箱底板托梁(含分配梁)下放一定高度(暫定50cm)，完成后，鎖定承重梁上精軋螺紋螺母，拆除下放千斤頂；

(2)首先橫向抽出分配梁(上下游方向)，在最低潮時進行；

(3)然后將底托梁兩端鉤掛在吊箱側(cè)壁，拆除懸吊的精軋螺紋(含螺母)和承重梁；

(4)最后縱橋向抽出底托梁。

預(yù)制混凝土底板整體下放式組合鋼吊箱，以預(yù)制底板為基點，輔以可拆卸式的底板托架系統(tǒng)，充分發(fā)揮鋼筋混凝土的抗彎拉特性。

5.3 承臺施工

當(dāng)封底混凝土強度達到設(shè)計強度后，拆除鋼吊箱下放系統(tǒng)，在低潮位時封堵吊桿吊孔，割除多余鋼護筒，鑿除樁頭混凝土至設(shè)計標高后開始按照常規(guī)方法進行承臺施工。

6 經(jīng)濟效益分析

沙埕灣跨海大橋南引橋水中區(qū)14個承臺，單個施工時間按15天計算，累計耗時7個月。采用大型浮吊的費用為：20萬元(進退場費用)+7×18萬元/月=146萬元；采用千斤頂?shù)目傎M用為30萬元，人工費用下放單個增加1萬/個。另外，混凝土底板相對于鋼結(jié)構(gòu)底板，單個節(jié)約約5000元/個。因此，采用裝配組合式吊箱與整體下放鋼吊箱的費用投入減少約146-(30+14×1-0.5×14)=109萬。可見當(dāng)承臺的數(shù)量逐漸增加后，節(jié)約的船機費用會更明顯。

7 結(jié)束語

沙埕灣跨海大橋南引橋水中區(qū)承臺施工采用組合預(yù)制混凝土底板+鋼壁板式吊箱，利用棧橋作為構(gòu)件運輸及存放平臺，散件拼裝、整體下放工藝避免了大型起重設(shè)備的投入，有利于環(huán)保。此外，結(jié)合橋址處漲落潮因素，積極引用的微改良連續(xù)同步千斤頂，提高了吊箱下放精度，加快了承臺施工進度。工程避開傳統(tǒng)的水下切割拆除鋼吊箱作業(yè)，優(yōu)化工藝、降低安全風(fēng)險和節(jié)約了成本。裝配組合式鋼吊箱在沙埕灣跨海大橋建設(shè)中的成功運用可為類似施工環(huán)境下的工程提供有效的參考價值。