拼裝式鋼吊箱在深水橋梁基礎(chǔ)施工中的應(yīng)用

楊 長(zhǎng) 海

(鐵道戰(zhàn)備舟橋處，山東 齊河 251100)

0 引言

鋼吊箱作為深水橋梁高樁承臺(tái)(系梁)施工的常用圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其底板和部分壁板在設(shè)計(jì)時(shí)均按一次性耗材考慮，不能二次周轉(zhuǎn)使用，且鋼吊箱水中部分多采用潛水員進(jìn)行拆除，具有材料損耗大、成本高、風(fēng)險(xiǎn)大等弊端。在平陰浪溪河大橋水中墩施工中，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件，對(duì)傳統(tǒng)鋼吊箱結(jié)構(gòu)和施工工藝進(jìn)行了改進(jìn)和創(chuàng)新，研究應(yīng)用了拼裝式鋼吊箱，使其結(jié)構(gòu)均能在水上拆除后進(jìn)行二次周轉(zhuǎn)使用，具有經(jīng)濟(jì)、高效、成本低等顯著優(yōu)點(diǎn)。

1 工程概況

新建浪溪河大橋位于G220改建工程平陰縣南坦村，在上游約100 m處跨越東阿水庫(kù)。橋梁全長(zhǎng)396 m，寬2×12 m，夾角90°；上部結(jié)構(gòu)采用13×30 m預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁；下部結(jié)構(gòu)橋臺(tái)采用肋板臺(tái)，雙排樁，樁徑1.2 m，橋墩采用柱式墩，樁基礎(chǔ)柱徑1.6 m。

大橋8號(hào)～11號(hào)墩位于水中，水深5 m～7 m，水位變化不大，水中墩承臺(tái)(系梁)均位于河床與河面之間，采用鋼吊箱作為水中系梁的圍護(hù)結(jié)構(gòu)比較經(jīng)濟(jì)合理。

2 總體施工方案

8號(hào)～11號(hào)墩位于水中墩承臺(tái)尺寸9.6 m×3.4 m，鋼吊箱設(shè)計(jì)水位52.24 m，頂標(biāo)高53.00 m，平面尺寸10 m×3.8 m，鋼吊箱的拼裝平臺(tái)基礎(chǔ)采用鉆孔平臺(tái)的4根鋼管樁[2]，鉆孔平臺(tái)基礎(chǔ)單樁荷載為100 t，滿足拼裝要求(見(jiàn)圖1)。

4個(gè)水中墩的鋼吊箱結(jié)構(gòu)完全相同，為節(jié)約成本和加快施工進(jìn)度，擬將鋼吊箱水中連接部分設(shè)計(jì)成卡扣、卡板等活動(dòng)形式，底板采用槽鋼、竹膠板，側(cè)板采用大塊鋼模板，側(cè)模接縫黏貼橡膠膨脹止水條，防止漏水。為消除封底抽水后浮力對(duì)鋼吊箱位置的影響，在保證封底混凝土握裹護(hù)筒面積的前提下，增加抗浮力拉桿。封底混凝土采用C50水下混凝土，坍落度180 mm～220 mm。

采用此結(jié)構(gòu)后，鋼吊箱為可全拆除式結(jié)構(gòu)，且所有作業(yè)均可在水上完成，在橋墩承臺(tái)及水中墩身部分施工完成后，即可將鋼吊箱全部拆除進(jìn)行周轉(zhuǎn)使用。

3 施工方法

3.1 鋼吊箱拼裝

1)鉆孔樁施工完成后，拆除鉆孔平臺(tái)，露出平臺(tái)鋼管樁頂橫梁。

2)以鉆孔鋼護(hù)筒和平臺(tái)管樁作為基礎(chǔ)，焊接工字鋼作為底模拼組平臺(tái)，并控制平臺(tái)上部為同一標(biāo)高。

3)在吊車的配合下，按照設(shè)計(jì)位置從底板穿過(guò)精軋螺紋鋼，同時(shí)布置墊鋼墊片，用螺栓錨固，為保證受力，螺栓采用雙螺栓。墊板、螺栓與2Ⅰ30橫梁下部焊為一體，拆卸時(shí)，可以從上端旋轉(zhuǎn)將螺紋鋼抽出。將每根橫梁兩端用繩捆緊，繩的另一端系在上部縱梁上，方便以后拆卸時(shí)將橫梁吊出。

4)橫橋向在底板懸吊橫梁上安裝好縱梁；縱梁上鋪設(shè)[20@400 mm槽鋼。為了便于底板縱梁工字鋼和槽鋼順利拆除，提前將鋼絲繩栓接在工字鋼和槽鋼兩端(見(jiàn)圖2)。

5)底模采用122 cm×244 cm×1 cm竹膠板鋪裝，長(zhǎng)邊沿順橋向方向布置，施工時(shí)須保證橫橋向拼縫在同一條線上，并在拼縫處鋪設(shè)3 mm厚鋼板。為了保證套箱底板順利穿過(guò)鋼護(hù)筒，竹膠板與鋼護(hù)筒連接處預(yù)留3 cm縫隙，縫隙處黏貼軟橡膠板。

6)在平臺(tái)鋼管樁頂橫梁上，橫橋向架設(shè)2根雙拼Ⅰ56工字鋼，作為懸吊系統(tǒng)的承重梁，4臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)下放系統(tǒng)，把卷?yè)P(yáng)機(jī)安放到平臺(tái)和棧橋上面[3]。 按照雙拼Ⅰ56工字鋼上預(yù)留的穿筋孔穿入Φ25精軋螺紋鋼，并用螺栓錨固，錨固前，加墊兩塊鋼墊板(底部墊板、螺栓與2Ⅰ30橫梁下部焊為一體)。

7)鋼吊箱側(cè)壁采用8 mm鋼板和[10槽鋼加工而成，共分四塊。側(cè)壁與底板及側(cè)壁之間不進(jìn)行焊接，為了保證側(cè)壁受力后不移動(dòng)，在鋼吊箱底板上設(shè)置限位器。側(cè)壁頂部用角鋼在吊箱內(nèi)側(cè)連接，每個(gè)接縫處黏貼遇水膨脹橡膠止水條，模板拼裝完成后，在模板外側(cè)按照設(shè)計(jì)尺寸安裝模板背帶，模板背帶底端用角鋼與縱梁夾固，上端用雙拼[20槽鋼將相對(duì)兩根背帶焊接。在[20槽鋼上沿模板邊緣焊接[10槽鋼作為模板內(nèi)支撐擋塊，[20槽鋼作為模板內(nèi)支撐梁。內(nèi)支撐梁施工完成后，在內(nèi)支撐梁中間位置焊接Φ25鋼筋，壓住底板竹膠板拼縫處的鋼板，吊箱下沉導(dǎo)向框布置圖見(jiàn)圖3。

8)每個(gè)鋼護(hù)筒周圍布置4根[20槽鋼作為鋼吊箱抗浮拉桿，抗浮拉桿底端壓住底板竹膠板，每隔1 m用φ16鋼筋將4根抗浮拉桿連接成整體。

為了保證鋼吊箱下沉?xí)r不發(fā)生偏位，在護(hù)筒位置處采用[20槽鋼焊接成“井”字形導(dǎo)向架?！熬弊中螌?dǎo)向架與鋼吊箱內(nèi)支撐焊接在一起。

3.2 鋼吊箱下沉

鋼吊箱下沉系統(tǒng)由卷?yè)P(yáng)機(jī)、精軋螺紋鋼、滑輪組、承重梁、扁擔(dān)梁等組成。下沉鋼吊箱時(shí)，先采用卷?yè)P(yáng)機(jī)起吊鋼吊箱，然后將精軋螺紋鋼螺栓松開(kāi)，使吊箱重量全部轉(zhuǎn)換到4個(gè)滑輪組鋼絲繩上。下放吊箱過(guò)程由專人指揮，4臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)同步起動(dòng)和停止；下沉過(guò)程中，嚴(yán)格控制鋼吊箱傾斜、扭動(dòng)、偏移。下沉過(guò)程中采用兩臺(tái)全站儀進(jìn)行全程監(jiān)控，嚴(yán)格控制鋼吊箱位置、標(biāo)高。鋼吊箱下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，擰緊精軋螺紋鋼螺栓，松開(kāi)卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩，完成力系轉(zhuǎn)換。復(fù)測(cè)鋼吊箱位置及標(biāo)高，通過(guò)微調(diào)精軋螺紋鋼，直至符合設(shè)計(jì)標(biāo)高要求。沿抗浮拉桿上端將抗浮拉桿與鋼護(hù)筒焊接牢固，焊縫長(zhǎng)度不小于20 cm。

3.3 澆筑封底混凝土

澆筑封底混凝土順序從左往右，每次澆筑方量2 m3，澆筑過(guò)程中，技術(shù)人員及時(shí)對(duì)混凝土擴(kuò)散半徑內(nèi)混凝土面高度進(jìn)行測(cè)量，對(duì)厚度不足的位置及時(shí)補(bǔ)注，以免造成混凝土面高低偏差過(guò)大。

3.4 抽水、抗浮拉桿焊點(diǎn)轉(zhuǎn)換及割除鋼護(hù)筒

在封底混凝土強(qiáng)度達(dá)到90%以后，抽出鋼吊箱內(nèi)的水，抽水過(guò)程中密切觀察鋼吊箱受力情況。抽水完成后，對(duì)抗浮拉桿進(jìn)行焊點(diǎn)轉(zhuǎn)換，先將抗浮拉桿在封底混凝土頂面以上10 cm處與鋼護(hù)筒進(jìn)行焊接，焊縫10 cm，焊接完成后，割除封底混凝土頂面10 cm以上的抗浮拉桿，完成抗浮拉桿焊點(diǎn)轉(zhuǎn)換。沿樁頭位置切割鋼護(hù)筒，用吊車吊出。

3.5 鋼吊箱拆除

橋墩墩身澆筑出水面后，即開(kāi)始拆除鋼吊箱，先向吊箱中注水，保證鋼吊箱內(nèi)外水位一樣高，然后按照以下順序拆除。

1)先拆除模板內(nèi)支撐，然后采用吊機(jī)將背帶從鋼吊箱限位槽中抽出，逐根抽出所有背帶。背帶拆除完成后，將側(cè)壁分塊吊出。

2)側(cè)壁拆除完成后，將10根精軋螺紋鋼同時(shí)松開(kāi)，使鋼吊箱底板在重力作用下下沉，下沉至深度1 m后，進(jìn)行底板拆除。拆除順序?yàn)榈装鍣M梁、底板縱梁及鋪底槽鋼。鋪底槽鋼與底板縱梁拆除方法與拆除側(cè)模背帶方法相同，將槽鋼或者縱梁拉出限位槽后吊出。拆除底板橫梁時(shí)，先將捆在兩端的繩拉緊，使精軋螺紋鋼不再受力，然后從上端旋擰精軋螺紋鋼，使其從下端螺栓中旋出，抽出精軋螺紋鋼，吊出底板懸吊橫梁，依次完成拆除，拆除底板材料修正變形后可在下一個(gè)鋼吊箱循環(huán)使用。

4 施工中特殊問(wèn)題的注意和解決

1)鋼吊箱下沉前，一定要檢查水下拆卸部分間是否有焊縫，如果有，必須割開(kāi)。

2)安裝下沉系統(tǒng)時(shí)，上下滑輪保證垂直，鋼絲繩出繩方向與卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩滾筒垂直，四個(gè)滑輪組所受水平合力盡量為0，防止吊箱下沉過(guò)程中發(fā)生偏離，吊箱底刮碰護(hù)筒壁，導(dǎo)致底板損壞。

3)下沉過(guò)程中要注意觀察，因?yàn)樗虑闆r比較復(fù)雜，一旦發(fā)現(xiàn)吊箱有異響，或者往上涌水，應(yīng)立刻把吊箱提出水面，檢查維修。

4)在封底過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)底板有破損，應(yīng)確定漏洞位置和大小，及時(shí)封堵后再封底。

5)拆除精軋螺紋鋼時(shí)應(yīng)在吊機(jī)配合下起吊橫梁，保證受力平衡。

5 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)的鋼吊箱結(jié)構(gòu)，底板及承臺(tái)(系梁)以下的壁板均不能拆除，只能丟棄在水中，鋼材浪費(fèi)嚴(yán)重；鋼吊箱水中部分的拆除均采用潛水員作業(yè)，耗時(shí)長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)大。浪溪河大橋的鋼吊箱，對(duì)傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型式和工藝均進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，具有安拆簡(jiǎn)便快速、材料可全回收、周轉(zhuǎn)快等優(yōu)點(diǎn)，且施工中無(wú)需潛水作業(yè)，降低了施工風(fēng)險(xiǎn)和成本，具有較高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。