深水雙壁鋼吊箱圍堰施工關(guān)鍵技術(shù)研究

周宏偉

(中鐵七局集團(tuán)第三工程有限公司，陜西 西安 710000)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)越來(lái)越重視交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，故而我國(guó)交通發(fā)展迅速，而橋梁是交通業(yè)的重要組成部分，道路建設(shè)中橋梁占了相當(dāng)大的比重。深水承臺(tái)施工多有沉井法、鋼圍堰法、鋼吊箱法，相比沉井法、鋼圍堰法，鋼吊箱具有施工工藝簡(jiǎn)單，用料少，施工周期短等特點(diǎn)。深水承臺(tái)施工鋼吊箱施工問(wèn)題一直是國(guó)內(nèi)專家學(xué)者關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題之一，國(guó)內(nèi)鋼吊箱施工工藝良莠不齊，其定位等問(wèn)題依然存在，以橋梁深水雙壁鋼吊箱圍堰施工作為研究對(duì)象，結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)深水雙壁鋼吊箱圍堰施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)探討[1]。

1 工程概況

江灣大橋主橋采用獨(dú)塔雙索面鋼-混凝土混合梁斜拉橋，橋跨布置為(33+102+183)m，橋面寬度44.5 m，主塔采用拱形橋塔，主塔高109.5 m。16號(hào)主塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)樁基29根，樁徑2.5 m，最長(zhǎng)樁102.024 m。

江灣大橋16號(hào)主墩位于北江河道內(nèi)，河道總寬度450 m，覆蓋層為砂卵石，溶洞發(fā)育。橋位于孟洲壩上游3.2 km，常水位53.6，流速緩慢，水位平穩(wěn)，河道最大水深21 m，16號(hào)墩處水深15 m～17 m，主墩承臺(tái)為高樁承臺(tái)，底距河床高度9.2 m～11.2 m，吊箱底距河床高度7.9 m～9.9 m。16號(hào)主墩承臺(tái)為圓端啞鈴型承臺(tái)，橫橋向?qū)挾?2.8 m，順橋向20.75 m，高5 m，系梁位置寬度5 m，采用雙壁鋼吊箱施工，雙壁鋼吊箱圍堰模型見圖1。

2 施工重難點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)

2.1 施工重難點(diǎn)

鋼吊箱尺寸和重量大，拼裝、下放、定位難度大。墩位區(qū)孟洲壩庫(kù)區(qū)，流速穩(wěn)定底且穩(wěn)定，但16號(hào)墩位水深度較深。16號(hào)墩封底混凝土和承臺(tái)混凝土方量大，施工中需要前后工序配合多，技術(shù)難度和組織難度均較大。16號(hào)鋼吊箱全部拼裝完成總重量大，需要各吊點(diǎn)千斤頂同步下放，控制難度大。

2.2 施工關(guān)鍵技術(shù)

1)采用BIM技術(shù)設(shè)計(jì)、模擬整個(gè)施工過(guò)程，優(yōu)化設(shè)計(jì)施工方案，采用三維立體交底技術(shù)，有效保證了吊箱的設(shè)計(jì)深度及加工精度。

2)鋼吊箱壁板采用單塊四周及底板封閉，壁板中灌水抗浮，替代壁板抗浮混凝土作用，減少了混凝土使用量及鋼吊箱自重。

3)壁板間夾橡膠止水條，采用螺栓連接，壁板縫隙中灌注環(huán)氧樹脂砂漿，既保證了壁板之間不漏水，安裝更為方便，拆除減少了水下切割，經(jīng)濟(jì)環(huán)保。

3 總體施工方案

雙壁鋼吊箱采用BIM技術(shù)模擬施工，提前發(fā)現(xiàn)施工問(wèn)題。預(yù)留護(hù)筒與底板間縫隙，安裝導(dǎo)向護(hù)弦等工藝，減少樁基及水流對(duì)鋼吊箱位置的影響。以水代替壁板加強(qiáng)混凝土承受水浮力的作用。既保證鋼吊箱的阻水性能，又便于后期壁板拆除工作，減少了施工工序，降低了混凝土用量。減免了浪費(fèi)，節(jié)約了成本，壁板間采用螺栓連接，代替焊接，便于壁板安拆以及后期壁板的調(diào)整[2]。

施工工藝流程：在鋼護(hù)筒上焊接牛腿→搭設(shè)主梁及分配梁→安裝懸吊系統(tǒng)及吊桿→分塊加工的吊箱底板在拼裝平臺(tái)上定位、焊接→拼裝加固吊箱側(cè)壁板→鋼吊箱驗(yàn)收下放→安裝圍檁內(nèi)支撐→潛水員下水封堵護(hù)筒與底板間縫隙、清理鋼護(hù)筒上的附著物→封底混凝土施工→等強(qiáng)、抽水、體系轉(zhuǎn)換→轉(zhuǎn)入承臺(tái)施工工序。

工藝原理：采用雙層壁板，減小了水壓對(duì)鋼吊箱壁板造成的影響，保證了承臺(tái)結(jié)構(gòu)。壁板結(jié)構(gòu)分倉(cāng)，相互獨(dú)立，壁板采用螺栓夾橡膠止水條連接，安裝拆除方便，板縫之間灌注環(huán)氧樹脂砂漿，亦能起到很好的止水效果。減少安裝現(xiàn)場(chǎng)焊接，安裝速度快。下放時(shí)壁板內(nèi)注水抗浮，保證壁板下放穩(wěn)定性，降低水流對(duì)吊箱位置的影響，降低了混凝土用量，施工工藝簡(jiǎn)單，節(jié)約成本。樁基周圍壁板預(yù)留15 cm間隙，避免下放過(guò)程中鋼吊箱與壁板間的碰撞，保證吊箱位置準(zhǔn)確，下放完成后，用圓弧鋼板封堵縫隙。在護(hù)筒上焊接導(dǎo)向護(hù)弦，護(hù)弦與護(hù)筒間留2 cm～3 cm間隙，保證鋼吊箱位置準(zhǔn)確。BIM技術(shù)模擬施工，檢測(cè)碰撞，提前發(fā)現(xiàn)解決問(wèn)題，鋼吊箱壁板兼做模板，減少二次立模工序，縮短工期。

3.1 雙壁鋼吊箱拼裝

1)主次梁拼裝。

對(duì)樁基鋼護(hù)筒位置及垂直度進(jìn)行測(cè)量、復(fù)核，確定鋼吊箱拼裝牛腿高度。牛腿采用20b工字鋼，與鋼護(hù)筒滿焊，用于臨時(shí)支撐主次梁工字鋼。上、下游側(cè)各設(shè)置10處，系梁部位設(shè)置2處，共設(shè)置22處，牛腿焊接位置與吊點(diǎn)位置錯(cuò)開布置。

在焊接好的牛腿上依次鋪設(shè)主、次梁，主次梁采用Ⅰ56b雙拼，底板與下放梁、分布橫梁焊接成整體。采用三角肋板將主次梁連接成整體，主次梁與護(hù)筒間預(yù)留15 cm間隙，避免下放過(guò)程中與鋼吊箱碰撞影響鋼吊箱平面位置。

2)安裝懸吊系統(tǒng)。

懸吊系統(tǒng)支撐設(shè)置在鋼護(hù)筒上，吊桿采用Φ32精軋螺紋鋼，與底板龍骨系統(tǒng)連接。共設(shè)置下放吊點(diǎn)14組，封底混凝土吊點(diǎn)68組。懸吊系統(tǒng)橫擔(dān)采用雙拼Ⅰ56b工字鋼加工而成，橫擔(dān)布置在鋼護(hù)筒上。橫擔(dān)與下放主次梁采用Φ32精軋螺紋鋼連接，精軋螺紋鋼在下放主次梁及懸吊系統(tǒng)橫擔(dān)上設(shè)置鋼墊板，墊板采用雙層20 mm厚鋼板加工而成。

3)拼裝底板。

底板利用樁基施工平臺(tái)材料，采用Ⅰ16b和10 mm厚鋼板組合而成，Ⅰ16b工字鋼布置間距40 cm。安裝時(shí)先從吊箱中部向兩側(cè)對(duì)稱拼裝，底板與鋼護(hù)筒間預(yù)留15 cm間隙。

4)鋼吊箱壁板安裝。

16號(hào)鋼吊箱壁板共分46塊，壁板采用雙壁結(jié)構(gòu)，高度9 m，厚度1 m，橫向桁架支撐采用[14與L75×7焊接成整體，內(nèi)外壁鋼板厚度8 mm。單個(gè)箱體底、側(cè)板采用12 mm鋼板封閉，豎肋采用[10,布置間距0.4 m，兩側(cè)壁板間開螺栓連接孔。

鋼吊箱作為承臺(tái)模板使用，按照承臺(tái)輪廓線外擴(kuò)3 cm，保證承臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸。壁板從中間向兩側(cè)對(duì)稱安裝，壁板安裝時(shí)保證垂直度，按照承臺(tái)模板要求安裝，相鄰模板間錯(cuò)臺(tái)控制在3 mm以內(nèi)，并控制好垂直度。垂直度要求為承臺(tái)高度的0.3%，本承臺(tái)要求不大于2 cm。

安裝前沿著放樣出的模板邊線焊接定位碼，輔助鋼吊箱壁板安裝，方便快捷，定位準(zhǔn)確，壁板安裝完成后，檢驗(yàn)壁板間的密封性。壁板之間內(nèi)側(cè)采用螺栓連接，外側(cè)采用連接鋼板焊接。單塊壁板吊裝[3]完成后用2根[20槽鋼在吊箱頂口固定。吊箱外側(cè)與底板之間焊接三角鋼板固定。

5)鋼吊箱內(nèi)支撐安裝。

吊箱下放前共安裝六道內(nèi)支撐，其中系梁部位4道，承臺(tái)部位2道，順橋向布置，內(nèi)支撐采用φ820 mm鋼管加工而成。在鋼吊箱側(cè)壁上焊接限位裝置，限位裝置距鋼護(hù)筒5 cm，用于限制下放過(guò)程中鋼吊箱位置移動(dòng)。上、下游側(cè)各設(shè)置4處。

3.2 下放雙壁鋼吊箱

圓弧堵漏鋼板單個(gè)護(hù)筒設(shè)置4塊，下水前安放在護(hù)筒周圍，吊箱下水后潛水員將圓弧鋼板用螺栓連接，緊貼鋼護(hù)筒。吊箱內(nèi)部安裝隔倉(cāng)板，將底板分成三個(gè)區(qū)域。

鋼吊箱下放共設(shè)計(jì)14組吊點(diǎn)，下放過(guò)程中保證14組鋼吊箱每一流程下放高度相同，保證吊箱下放平穩(wěn)吊桿受力均勻，在吊桿上制作刻度標(biāo)識(shí)，每一下放流程下放高度的精確控制。入水后，考慮河水對(duì)鋼吊箱的浮力影響，每下放1.5 m，向壁板內(nèi)注1.5 m，保證壁板不受浮力影響。下放到位后，用水準(zhǔn)儀對(duì)壁板標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量調(diào)整，確定鋼吊箱下放至設(shè)計(jì)高程。拆除下放千斤頂，將所有副吊桿收緊，精軋螺紋鋼螺帽擰緊，副吊桿用于承受封底混凝土重量。

3.3 封底混凝土澆筑

混凝土澆筑前潛水員水下安裝護(hù)筒四周圓弧鋼板、封堵底板與護(hù)筒之間縫隙、封堵吊桿與底板之間間隙，采用鐵鏟清除護(hù)筒上附著物保證封底混凝土與鋼護(hù)筒之間的黏結(jié)力。安裝全部?jī)?nèi)支撐，內(nèi)支撐采用φ820 mm鋼管，順橋向布置12道，橫橋向布置2道[4]。

封底混凝土澆筑前，在護(hù)筒上搭設(shè)封底混凝土澆筑及測(cè)量平臺(tái)，在平臺(tái)上布置相應(yīng)數(shù)量的測(cè)點(diǎn)和測(cè)繩，對(duì)導(dǎo)管的埋深，封底混凝土的澆筑高度進(jìn)行準(zhǔn)確的控制。導(dǎo)管逐根灌注放料，由上、下游向承臺(tái)中部推進(jìn)，混凝土按擴(kuò)散半徑3.0 m控制。首批混凝土利用儲(chǔ)料盆內(nèi)混凝土與泵送混凝土同時(shí)灌注，方量不小于11.5 m3，確保導(dǎo)管埋深不小于0.5 m。選用直徑為φ300 mm導(dǎo)管，底口距底板20 cm，導(dǎo)管長(zhǎng)度13 m，布置間距4 m。

1)封底混凝土灌注采用逐根筑堆、及時(shí)補(bǔ)料的原則，各點(diǎn)首灌封底采用拔塞工藝。灌注順序先周圍導(dǎo)管，再中部導(dǎo)管，采用兩臺(tái)汽車泵同對(duì)稱輸送混凝土，一次性灌注完成，泵送混凝土且緩凝時(shí)間不小于10 h，坍落度為160 mm～200 mm。

2)封底混凝土分為三區(qū)域，為保證封底混凝土質(zhì)量，要求混凝土供應(yīng)連續(xù)不間斷進(jìn)行并且盡可能在24 h內(nèi)完成。

3)封底混凝土設(shè)計(jì)總厚度2 m，封底時(shí)澆筑混凝土1.8 m，剩余0.2 m作為抽水后的承臺(tái)底面的調(diào)平層。封底面積較大，施工時(shí)在吊箱內(nèi)按1.5 m×1.5 m方格布置測(cè)點(diǎn)，在灌注過(guò)程中隨時(shí)用測(cè)繩進(jìn)行測(cè)量，掌握混凝土的流動(dòng)情況便于及時(shí)調(diào)整導(dǎo)管的埋深。

4)當(dāng)導(dǎo)管下口混凝土頂面接近控制標(biāo)高時(shí)，加大測(cè)量頻率，特別是對(duì)相鄰導(dǎo)管的交界面、鋼護(hù)筒四周、吊箱轉(zhuǎn)角等位置，根據(jù)所測(cè)結(jié)果有針對(duì)性地調(diào)整各導(dǎo)管混凝土灌注量，力求混凝土頂面均勻平整。當(dāng)測(cè)點(diǎn)達(dá)到規(guī)定標(biāo)高后，終止該處混凝土灌注。

5)在施工過(guò)程中所有機(jī)具設(shè)備必須保證運(yùn)轉(zhuǎn)正常，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理?；炷练獾资着祥_始后要連續(xù)作業(yè)，一氣呵成，保證封底質(zhì)量。

3.4 抽水、體系轉(zhuǎn)換

封底混凝土澆筑完成后，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到90%后，抽出吊箱內(nèi)河水，抽水過(guò)程中對(duì)吊箱側(cè)壁位移及高程進(jìn)行觀測(cè)。

將各吊點(diǎn)精軋螺紋鋼逐根割除，在承臺(tái)底高程位置焊接牛腿，將精軋螺紋鋼錨固在牛腿上。拆除鋼護(hù)筒上懸吊梁，割除鋼護(hù)筒，破除樁頭，清除封底混凝土上浮渣，澆筑C25混凝土找平層[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

雙壁鋼吊箱屬于橋梁臨時(shí)結(jié)構(gòu)，起到輔助施工的作用，在深水環(huán)境下圍堰施工難度大，圍堰的每個(gè)關(guān)鍵工序直接影響后續(xù)施工的安全。深水雙壁鋼 吊箱圍堰是深水承臺(tái)施工選用最多的方案之一，現(xiàn)對(duì)深水雙壁鋼吊箱拼裝、下放、封底、體系轉(zhuǎn)換等施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，可為類似工程的施工提供借鑒。