深水急流區(qū)可循環(huán)利用有底鋼吊箱施工技術(shù)

張昌鑫

（中鐵十八局集團(tuán)第三工程有限公司河北涿州072750）

1 工程概況

新建福平鐵路FPZQ-1標(biāo)烏龍江特大橋?yàn)閱尉€變雙線橋，其中左單線及雙線中心里程為DK21+586.60，橋全長875.315 m。本橋于DK21+262～DK21+939跨越烏龍江，設(shè)計(jì)采用（144+288+144）m鋼構(gòu)斜拉加勁方式跨越江中主航道。橋位所在河段為感潮河段，受潮汐影響較大，百年一遇設(shè)計(jì)水位和設(shè)計(jì)平均水流速分別是5.37 m、2.25 m/s。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，施工水深約為20～30 m。水中墩承臺(tái)為雙線4#～10#墩共7個(gè)，采用有底鋼吊箱施工工藝。鋼吊箱采用單壁結(jié)構(gòu)，平面尺寸與承臺(tái)尺寸相同，兼做承臺(tái)模板。側(cè)壁板及底板在加工廠制作，再運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)拼裝，整體下放。

2 鋼吊箱施工技術(shù)

2.1 鋼吊箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1.1 總體設(shè)計(jì)思路

鋼吊箱的循環(huán)利用一直以來是困擾各施工單位的一個(gè)技術(shù)難題[1]，尤其是底模板和側(cè)模板的循環(huán)利用率較低。在此前的施工中一直是將底模板作為一次性模板使用不做拆除考慮，而對(duì)于側(cè)模板也只是在施工完成后進(jìn)行切割拆除，重新加工再使用，工程成本大，材料投資加大[2]。因此本次鋼吊箱設(shè)計(jì)思路為：對(duì)吊箱進(jìn)行合理的分塊制作、現(xiàn)場(chǎng)分塊拼裝，鋼構(gòu)件的組拼和錨固多采用精軋螺紋鋼筋和螺栓進(jìn)行連接，減少焊接，既有利于后期的拆除施工，又可減少大型機(jī)械設(shè)備的使用和水下作業(yè)量，節(jié)約施工成本。

2.1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)

烏龍江特大橋9、10#墩為斜拉橋主墩，下面以9#墩為例進(jìn)行介紹。9#主墩鋼吊箱平面尺寸為23 m*23 m，高度達(dá)15.5 m，結(jié)構(gòu)由底模、側(cè)模、內(nèi)部支撐和吊放系統(tǒng)四部分組成[3]，吊箱總重量為720 t，鋼吊箱設(shè)計(jì)參數(shù)詳見表1，總裝結(jié)構(gòu)詳見圖1?，F(xiàn)場(chǎng)以樁基鋼護(hù)筒為承力體搭設(shè)拼裝平臺(tái)，鋼吊箱主體結(jié)構(gòu)從下至上依次為底承重梁、底模板、側(cè)模板及上承重梁，中間設(shè)置三道內(nèi)支撐和圍囹，由精軋螺紋鋼作為吊桿和對(duì)拉桿錨固形成整體。鋼吊箱在現(xiàn)場(chǎng)分塊組裝完成后，采用千斤頂整體下放至設(shè)計(jì)位置。施工前采用MIDAS civil軟件對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)建模模擬驗(yàn)算，結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度要求。

表1 鋼吊箱設(shè)計(jì)參數(shù)

圖1 鋼吊箱設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

2.2 施工工藝流程

鋼吊箱施工工藝流程詳見圖2。

圖2 鋼吊箱施工工藝流程圖

2.3 施工方法

2.3.1 搭設(shè)拼裝平臺(tái)

根據(jù)觀測(cè)記錄江水漲潮落潮情況，選擇在最高水位+3.2 m以上30 cm拼裝吊箱（H=+3.5 m）?，F(xiàn)場(chǎng)利用在護(hù)筒中心垂直底承重梁方向設(shè)置牛腿，牛腿采用H600型鋼橫穿鋼護(hù)筒，底部設(shè)三角鐵板加固焊接，焊接牛腿時(shí)要用水準(zhǔn)儀測(cè)量控制每個(gè)牛腿頂面標(biāo)高，確保拼裝平臺(tái)精確水平。在牛腿上橫橋向安設(shè)墊梁，然后順橋向吊放8根底承重梁和2根側(cè)模錨固梁以形成吊箱底模拼裝平臺(tái)，底承重梁和側(cè)面錨固梁均采用由2H400型鋼和2[16a組成的桁架結(jié)構(gòu)高2.5 m，中部預(yù)留后期穿入吊、拉桿的孔隙，并在2H400型鋼梁底對(duì)應(yīng)拉桿、吊桿的位置焊接墊板和精軋螺母，用于后續(xù)穿入吊、拉桿進(jìn)行懸吊和錨固連接。（詳見圖3）。在每根底承重梁和側(cè)模錨固梁兩端頭采用鋼絲繩臨時(shí)掛設(shè)以便后期吊裝拆卸。

圖3 拼裝平臺(tái)示意圖

2.3.2 分塊組裝鋼吊箱

（1）底模拼裝：在平臺(tái)上拼裝底模，底模由6 mm鋼面板和工25型鋼背肋組焊而成，底板分塊制作，尺寸設(shè)計(jì)除四角和靠近護(hù)筒四周采用異型板外均以方便拆裝的規(guī)則矩形板，矩形底板沿底承重梁平行方向布置，底模鋪設(shè)于底承重梁上部，模板面板隔離劑采用ZM-90建筑模板長效脫模劑涂刷[4]以利脫模?？紤]后期水中底板拆卸安全，盡量減少潛水人員在水中作業(yè)，在每塊拼接板的型鋼背肋處采用鋼絲繩臨時(shí)掛設(shè)以便后期拖拉拆卸。同時(shí)在每塊底板上部預(yù)留一根φ48的鋼管作為懸吊桿的套管（便于后期懸吊桿的安拆），鋼管點(diǎn)焊在底板上，將與底板接縫處用密封膠封堵嚴(yán)密，避免澆筑封底砼時(shí)漏漿堵塞鋼管。拼裝過程中還應(yīng)重點(diǎn)檢查底模邊界與樁基鋼護(hù)筒四周的間隙控制在15-20 cm，間隙單獨(dú)用抱箍封板封堵（抱箍封板放置于底模上），確保預(yù)留間隙滿足吊箱下放要求和便于底模拆除。

（2）側(cè)模拼裝：9#墩側(cè)模分塊制作，平面分16塊，每塊寬5.75 m，豎向分6 m（上層）、9.5 m（下層）兩層，高度及尺寸選擇盡量與他墩通用性。面板采用δ=8mm鋼板，豎向背楞采用H300型鋼，標(biāo)準(zhǔn)間距450 mm，側(cè)邊豎向焊L125×10 mm角鋼，并按間距25cm打設(shè)螺栓孔形成豎向連接法蘭，側(cè)板水平法蘭采用截面10×300 mm法蘭板，分塊拼接時(shí)用ф20螺栓+橡膠墊板連接，既能保證連接牢固和密封性，也便于后期分塊吊裝拆除。安裝時(shí)將側(cè)模直接立設(shè)于底模上，調(diào)整鉛錘成狀態(tài)后，在頂部安放上錨固梁，上、下錨固梁及底承重梁之間穿入φ32 mm精軋螺紋鋼筋做拉桿，用千斤頂帶緊后擰緊螺母，使上下錨固梁將底模板和側(cè)模板夾緊錨固形成整體。（底、側(cè)模錨固連接結(jié)構(gòu)詳見圖4。

圖4 底、側(cè)模錨固連接結(jié)構(gòu)圖

（3）圍囹和內(nèi)支撐安裝：本鋼吊箱共設(shè)置3道圍囹和內(nèi)支撐，平均間距為4 m。其中圍囹設(shè)計(jì)為2H600型鋼組焊而成，在側(cè)模內(nèi)外均安裝圍囹型鋼，中間穿入φ25精軋螺紋鋼做對(duì)拉連接形成整體加固，既能有效保證側(cè)模的順直又便于后期拆除。注意將側(cè)模開孔位置用橡膠墊圈和密封膠封閉以防漏水。內(nèi)支撐設(shè)計(jì)為2H600型鋼做主梁，與內(nèi)圍囹型鋼焊接形成整體受力，由于內(nèi)支撐跨度較大，為加強(qiáng)內(nèi)支撐整體穩(wěn)定性，內(nèi)支撐同一層平面間及層間設(shè)置連接構(gòu)件。層間均采用H100型鋼連接。

2.3.3 鋼吊箱整體下放

鋼吊箱拼裝完成后進(jìn)行下放，下放系統(tǒng)是利用四個(gè)邊角樁位的鋼護(hù)筒作為支撐基點(diǎn)，鋼護(hù)筒上安設(shè)下放梁，在側(cè)模上焊接下放扁擔(dān)梁，通過下放吊桿（φ32精軋螺紋鋼）將下放梁與下放扁擔(dān)梁連接，下放系統(tǒng)完成后割除護(hù)筒牛腿支撐并在側(cè)模上安裝導(dǎo)向輥[5]，利用千斤頂控制吊桿進(jìn)行吊箱整體下放施工。

吊箱下放至設(shè)計(jì)標(biāo)高位置時(shí)，在護(hù)筒頂部順次安設(shè)承重墊梁和上承重梁，均為2H600型鋼組焊而成，其中墊梁直接作用于護(hù)筒上，將承重梁上的荷載傳遞到護(hù)筒上。吊桿由φ32 mm精扎螺紋鋼筋及與之配套的連接器、螺帽組成，安裝時(shí)將吊桿從上至下依次穿過上承重梁、底板、底承重梁形成懸吊連接，兩端設(shè)雙螺母鎖定。頂緊懸吊桿，再將下放系統(tǒng)的吊桿稍放松，千斤頂還繼續(xù)受力，最后在懸吊桿上用千斤頂微調(diào)底板標(biāo)高，同時(shí)確保各懸吊桿均勻受力，松開下放吊桿，完成受力體系轉(zhuǎn)換。

2.3.4 封底混凝土澆筑

封底混凝土選擇在低潮時(shí)段進(jìn)行水下封底混凝土的澆筑，采用二次封底法。第一次封底厚度為2.8 m，按水下灌注方法進(jìn)行封底施工，現(xiàn)場(chǎng)采用泵送混凝土多點(diǎn)快速灌注[6]，整個(gè)封底利用4排（每排4根）12根導(dǎo)管。為減少封底混凝土在等強(qiáng)過程中遭遇高潮位時(shí)所受到的水浮力，灌注封底混凝土前吊箱兩側(cè)連通孔使其處于開啟的狀態(tài)，使在高潮位時(shí)段吊箱內(nèi)外的水頭標(biāo)高保持一致。待第一次封底混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，進(jìn)行箱內(nèi)抽水，抽水時(shí)應(yīng)限制抽水速度，密切觀察鋼吊箱狀況，以確保安全。抽水后，鋼吊箱側(cè)板拼縫處可能會(huì)有個(gè)別漏水處，要用棉紗或棉絮進(jìn)行封堵處理。進(jìn)行第二次封底，封底混凝土厚度0.2 m，主要是進(jìn)行底部找平，以方便承臺(tái)施工。

2.3.5 吊箱內(nèi)抽水、施工承臺(tái)及墩柱

封底混凝土達(dá)到90%以上強(qiáng)度后，即可抽出吊箱內(nèi)積水，拆除懸吊系統(tǒng)及下放扁擔(dān)梁，封堵內(nèi)側(cè)吊桿的套管，現(xiàn)場(chǎng)采用配套堵頭封堵確保不漏水。割除護(hù)筒，鑿除樁頭后進(jìn)行承臺(tái)墩柱施工。

2.3.6 吊箱拆除

隨著承臺(tái)和墩柱施工高度增加，順次拆除影響墩臺(tái)的內(nèi)支撐和圍囹，當(dāng)承臺(tái)及墩柱施工至水面以上6～8 m高度時(shí)，開始拆除鋼吊箱底模和側(cè)模系統(tǒng)。拆除順序依次為：側(cè)模錨固吊桿、底承重梁和側(cè)模下錨固梁、側(cè)模上錨固梁、側(cè)模、底模。具體施工步驟如下：

（1）側(cè)模錨固吊桿拆除：在吊桿上部安裝穿心千斤頂，頂升拉緊吊桿后，松開吊桿上部的精軋螺母，千斤頂回油使吊桿完全松弛，再從上部用扳手將整根精軋螺紋吊桿旋轉(zhuǎn)，使其從下部螺母脫離拆除，最后吊裝抽除整根吊桿。

（2）底承重梁和側(cè)模下錨固梁拆除：在拆除底承重梁和側(cè)模錨固梁兩端吊桿前，找出組裝時(shí)掛設(shè)于梁端的鋼絲繩，在梁的一端設(shè)置卷揚(yáng)機(jī)拉緊鋼絲繩，另一端用35 t汽車吊拉緊鋼絲繩，拆除錨固吊桿后，慢慢下放一端的卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩，另一端吊車同步收緊鋼絲繩，直到整根梁從吊車側(cè)吊出，按此方法逐一拆除剩余承重梁和錨固梁。

（3）側(cè)模上錨固梁拆除：在吊桿全部拆除完成后，將側(cè)模頂部的上錨固梁整根吊裝拆除。

（4）側(cè)模拆除：由于側(cè)模直接立設(shè)于底模上，錨固吊桿拆除使側(cè)模和底模已完全分離，無需水下切割。側(cè)模拆除前先用槽鋼將單塊側(cè)模與棧橋臨時(shí)焊接支撐固定，再松開側(cè)模連接法蘭處的螺栓，分塊吊裝拆除側(cè)模。

（5）底模拆除：找出組裝時(shí)掛設(shè)于底模背肋的鋼絲繩，利用安裝在棧橋上的卷揚(yáng)機(jī)和轉(zhuǎn)向滑輪組緩慢收緊鋼絲繩，使底模與封底砼脫離，拉出水面時(shí)改用吊車吊裝，拆除順序遵循從四邊向中部依次進(jìn)行，經(jīng)統(tǒng)計(jì)9#墩吊箱底模全部完整拆除回收。

3 安全措施

經(jīng)海事機(jī)構(gòu)審批同意，劃定施工作業(yè)水域，并發(fā)布航行通（警）告后方可施工。在施工過程中嚴(yán)禁擅自改變施工水域范圍；在施工水域范圍內(nèi)，以適當(dāng)?shù)木嚯x立水尺，注意觀察潮汐變化?？紤]到潮水影響，為確保工程施工的安全，在大的潮水來臨前1 h，應(yīng)停止一切作業(yè)并盡快撤離到安全區(qū)域躲避潮水，并提前對(duì)鋼吊箱進(jìn)行臨時(shí)固定；機(jī)械操作工、電工、焊工、機(jī)修工等配套齊全，持證上崗，進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)必須遵守安全操作規(guī)程和安全生產(chǎn)十大紀(jì)律，戴安全帽，穿膠水鞋、穿救生衣、臨邊作業(yè)必須系好安全帶；在鋼吊箱拼裝和拆除過程中，設(shè)專人負(fù)責(zé)指揮，嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行操作，以免多人指揮，發(fā)生混亂；栓掛吊具時(shí)，應(yīng)按物件的重心，確定栓掛吊具的位置；嚴(yán)格按照起重作業(yè)安全規(guī)定進(jìn)行吊裝作業(yè)；做好現(xiàn)場(chǎng)的安全防護(hù)設(shè)施，平臺(tái)上應(yīng)鋪設(shè)腳手板、設(shè)置欄桿、掛設(shè)安全網(wǎng)及救生圈等防護(hù)設(shè)施。對(duì)安全防護(hù)設(shè)施要愛護(hù)，不要任意損壞，它是保障現(xiàn)場(chǎng)施工人員人身安全的要素；各種機(jī)械用電設(shè)備、配電箱均做好防雷接地工作，做好遮蓋防雨并接好零線和漏電、斷電設(shè)備。

4 結(jié)語

本次通過以烏龍江特大橋9#墩有底鋼吊箱在深水區(qū)高樁承臺(tái)的成功應(yīng)用，系統(tǒng)闡述了有底單壁吊箱圍堰施工中鋼吊箱結(jié)構(gòu)組成及其關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)，尤其是通過優(yōu)化底模、側(cè)模的組拼與拆除施工，實(shí)現(xiàn)了底模、側(cè)模拆除方便和循環(huán)倒用的目標(biāo)，節(jié)約成本，總結(jié)出一套完整的有底鋼吊箱可循環(huán)利用施工技術(shù)，值得類似工程參考。