近海海域鋼吊箱施工工藝研究

徐金剛XU Jin-gang

（中鐵十五局集團(tuán)第二工程有限公司，上海 200000）

0 引言

涉水橋梁承臺(tái)鋼吊箱施工一直是橋梁施工中的重難點(diǎn)，當(dāng)施工區(qū)域水文氣象條件較好時(shí)，鋼吊箱的下放安裝及拆除均處于可控狀態(tài)，但當(dāng)在復(fù)雜水域情況下如近海海域施工時(shí)，由于近海海域水文及氣象條件復(fù)雜多變，吊箱圍堰底平臺(tái)的焊接搭設(shè)受潮汐等因素影響嚴(yán)重，鋼圍堰的吊裝受潮汐、雨霧、臺(tái)風(fēng)影響較大，尤其是圍堰封底混凝土的澆筑，必須選擇合理的時(shí)間進(jìn)行施工，時(shí)間受限，不可控制因素較多。上述海洋環(huán)境的影響對(duì)圍堰的拆除也產(chǎn)生很大影響，水文條件的變化無常對(duì)潛水員拆除作業(yè)也存在很大的安全隱患。在新建杭甬復(fù)線寧波一期工程水中承臺(tái)鋼吊箱施工中，項(xiàng)目部通過對(duì)施工區(qū)域海洋水文環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，對(duì)鋼吊箱施工方案進(jìn)行優(yōu)化，采用了新型的預(yù)制板鋼吊箱工藝，即鋼吊箱為混凝土預(yù)制底板結(jié)合鋼側(cè)壁結(jié)構(gòu)。通過采用預(yù)制板鋼吊箱并對(duì)其施工工藝進(jìn)行優(yōu)化，很好解決了在不利海洋氣候環(huán)境下承臺(tái)鋼吊箱的施工難題，不但保證了施工的安全性，而且也減少了鋼吊箱的拆除量，加快了施工進(jìn)度，同時(shí)也降低了施工成本，提高了承臺(tái)的施工質(zhì)量。通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用，該施工工藝在近海海域橋梁鋼吊箱施工中取得很好的效果。

1 工程概況

新建杭甬立交項(xiàng)目工程內(nèi)容為濱?；ネ⒔?、濱海高架橋，橋梁?jiǎn)尉€長(zhǎng)度21.078 公里/16 座，具體為濱海互通主線橋2.4 雙線公里/座，濱海互通金塘側(cè)1、2 號(hào)主線橋1.32 公里/4 座，濱?；ネˋ-H 匝道橋5.9577 公里/8 座，濱海高架橋4.5 雙線公里/座。橋梁承臺(tái)多采用矩形承臺(tái)，少量H 型承臺(tái)，主線和匝道承臺(tái)均采用高樁承臺(tái)，承臺(tái)總量348 個(gè)，其中濱海互通區(qū)172 個(gè)。橋梁墩柱結(jié)構(gòu)形式有直墩、花瓶墩、圓柱墩、圓柱花瓶墩等結(jié)構(gòu)形式，主線和匝道墩柱總量810 個(gè)，其中濱?；ネ▍^(qū)631 個(gè)。

2 鋼吊箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

吊箱底板采用預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土標(biāo)號(hào)為C50，厚度為15cm，共分4 塊，中間套孔直徑2.3m（比鋼護(hù)筒大30cm）；護(hù)筒間設(shè)有寬30cm，厚30cm 的加強(qiáng)肋（底板系梁），加強(qiáng)肋通過鋼筋與底模連接成一個(gè)整體；每個(gè)鋼護(hù)筒設(shè)有30cm 寬，30cm 厚的圓形加強(qiáng)肋（環(huán)向圈梁），四邊的環(huán)向主梁寬50cm，高30cm。

側(cè)壁采用單壁形式分塊制作，總共兩種形式，側(cè)壁1共8 塊，側(cè)壁2 共4 塊。分塊吊箱間設(shè)有豎向連接法蘭，采用M20×60mm 高強(qiáng)螺栓連接。吊箱側(cè)壁由鋼面板，豎向背肋，環(huán)向主梁、次梁組成，鋼面板厚度δ=6mm，表面平整無凸起及凹陷，環(huán)向主梁采用2×HN350×175 H 型鋼，環(huán)向次梁采用HN100×50 H 型鋼，豎向背肋采用HN200×100 H型鋼。側(cè)壁與底板采用?15 的精軋螺紋鋼連接，?15 精軋螺紋鋼上端錨固于側(cè)壁環(huán)向主梁上，下端錨固于底板環(huán)向主梁的預(yù)埋件上。

鋼混組合吊箱結(jié)構(gòu)的具體布置如圖1、圖2 所示。

圖1 鋼混吊箱結(jié)構(gòu)立面示意圖

圖2 鋼混吊箱結(jié)構(gòu)平面示意圖

3 圍堰受力驗(yàn)算

3.1 荷載計(jì)算

3.1.1 鋼混組合吊箱圍堰自重

鋼混組合吊箱圍堰及附屬結(jié)構(gòu)自重計(jì)算時(shí)由有限軟件ANSYS 自行加載計(jì)算，計(jì)算時(shí)其重力加速度取10m/s2考慮[2]。

3.1.2 抽水后混凝土底板浮托力

①抽后時(shí)按設(shè)計(jì)高水位+2.930m 考慮，則作用于底板浮力計(jì)算如下：

②考慮到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況有部分承臺(tái)位置在低潮位時(shí)為無水環(huán)境，因此低潮位時(shí)不考慮吊箱的浮托力。

3.2 鋼混組合吊箱圍堰工況分析及計(jì)算

根據(jù)實(shí)際情況，低潮位無水情況下，鋼吊箱內(nèi)澆筑承臺(tái)混凝土為最不利工況，則需對(duì)鋼吊箱圍堰結(jié)構(gòu)受力計(jì)算。

3.2.1 有限元計(jì)算說明

鋼混組合吊箱圍堰有限元模型采用ANSYS 建立并計(jì)算，模型主要采用單元為Beam188 和Shell63 單元，底板梁系以及壁體梁系計(jì)算時(shí)均采用Beam188 梁?jiǎn)卧?，混凝土底板以及鋼混組合吊箱圍堰壁板均采用Shell63 單元，計(jì)算時(shí)，底板與壁體分開建模計(jì)算，具體計(jì)算邊界條件見單個(gè)工況計(jì)算說明。

3.2.2 邊界條件

壁體部分模型邊界條件為壁體與底板連接的止推塊位置施加鉸接約束，底板部分模型的邊界條件為環(huán)向圈梁于鋼護(hù)筒四周聯(lián)系位置施加固結(jié)約束。

3.2.3 鋼混組合吊箱圍堰有限元計(jì)算結(jié)果

由圖3 可得，壁體面板最大等效應(yīng)力為σ=80.0MPa<215MPa；滿足要求！

圖3 面板等效應(yīng)力云圖

由圖4 可得，環(huán)向主梁最大等效應(yīng)力σ=32.0MPa<215MPa，滿足要求！

圖4 環(huán)向主梁等效應(yīng)力云圖

4 主要施工工藝及注意事項(xiàng)

4.1 鋼混吊箱施工步驟

①利用低潮期間，按照?qǐng)D紙要求位置將支撐牛腿安裝在鋼護(hù)筒上。②預(yù)制底板按順序編號(hào)依次吊裝到位，綁扎濕接縫鋼筋，濕接縫鋼筋與底板預(yù)留鋼筋進(jìn)行焊接，澆筑濕接縫混凝土。安裝鋼護(hù)筒四周封堵抱箍，澆筑底板與鋼護(hù)筒之間的封堵混凝土。③在預(yù)制底板環(huán)向主梁安裝橡膠墊層以增加鋼吊箱的密封性。 ④測(cè)量定位后，對(duì)稱吊裝側(cè)壁，每塊側(cè)壁安裝后需及時(shí)固定防止側(cè)傾，安裝止推系統(tǒng),安裝吊桿，吊箱側(cè)壁完全合攏之后安裝內(nèi)支撐。并拆除側(cè)壁臨時(shí)固定措施。⑤混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，鋼混吊箱內(nèi)抽水（如有水），再在底板的梁、板間鋪設(shè)墊層找平。⑥焊接底板與鋼護(hù)筒間的連接剪力板。⑦割除鋼護(hù)筒并鑿除樁頭至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

4.2 鋼吊箱底板預(yù)制及安裝

預(yù)制底板在廠內(nèi)集中預(yù)制，底板采用C50 鋼筋混凝土統(tǒng)一預(yù)制成型，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%以后，采用吊機(jī)起吊，平板車運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)。底板安裝采用50T 吊機(jī)，分次將預(yù)制底板吊裝到鋼護(hù)筒牛腿上。吊裝完成后，調(diào)整4 塊底板的相對(duì)位置，控制誤差應(yīng)在2cm 內(nèi)，然后對(duì)底板濕接縫的鋼筋采用單面焊接施工（焊接長(zhǎng)度為10d），再安裝濕接縫底模及鋼護(hù)筒與吊箱底板間的封堵抱箍，完成后進(jìn)行混凝土澆筑。

4.3 吊箱壁板安裝

吊箱壁板在模板廠加工好后運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)安裝。安裝前，先進(jìn)行測(cè)量放樣，控制底板的內(nèi)凈尺寸與承臺(tái)一致，然后在吊箱壁板底部鋪設(shè)止水膠條，保證底板與吊箱壁板的密閉性。壁板安裝前采用清水沖洗干凈，不得有油污、泥漿等雜物，晾干后涂刷脫模劑，準(zhǔn)備好的壁板如無法及時(shí)安裝需妥善保存，下墊上蓋防止污染；壁板吊裝后必須與底板預(yù)留卡槽連接牢固，并復(fù)核測(cè)量使得壁板內(nèi)壁與承臺(tái)邊線重合，利用臨時(shí)支撐固定壁板，松開吊車吊鉤完成壁板受力轉(zhuǎn)換，吊裝下一塊壁板，重復(fù)以上過程直至吊箱側(cè)板組拼完畢；相鄰壁板的接縫處采用橡膠皮填塞，并在拼接完成后，再涂玻璃膠防止?jié)B水；壁板底部可采用楔塊對(duì)模內(nèi)尺寸做最終調(diào)整，合格后采用砂漿進(jìn)行底部封堵[1]。

4.4 剪力板及底面墊層施工

鋼吊箱內(nèi)積水需待吊箱底板接縫混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可抽除，每個(gè)護(hù)筒周邊設(shè)置6 個(gè)剪力板，底板與鋼護(hù)筒通過剪力板焊接成為一個(gè)整體，焊接時(shí)要加強(qiáng)焊接質(zhì)量，焊縫高度為10mm；最后在底板的梁板間鋪設(shè)5cm 厚的粗砂墊層，再采用素混凝土澆筑一次墊層，墊層標(biāo)高為承臺(tái)底標(biāo)高，使底板整體平整，底板預(yù)埋件及剪力板完全埋于墊層中，底面標(biāo)高與承臺(tái)底設(shè)計(jì)標(biāo)高一致。

5 安全質(zhì)量保證措施

①對(duì)進(jìn)場(chǎng)的材料需嚴(yán)格檢查，杜絕不合格材料的進(jìn)場(chǎng)和使用[3]。②鋼吊箱施工過程中必須安排專人進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，尤其是壁板和底板的吊裝必須確保周邊安全，任何人員均不得在吊裝范圍內(nèi)[4]。③封底混凝土澆筑前，用止水捻、水玻璃處理底板與樁之間的縫隙；在護(hù)筒上焊接底板反壓裝置，抵抗過大的浮力。④施工人員上崗前必須組織統(tǒng)一培訓(xùn)，培訓(xùn)合格后方可進(jìn)場(chǎng)，技術(shù)人員和安全人員需出具書面的作業(yè)指導(dǎo)書和安全交底，簽字后留檔保存。

6 結(jié)束語

通過采用預(yù)制板鋼吊箱并對(duì)其施工工藝進(jìn)行優(yōu)化，很好解決了在不利海洋氣候環(huán)境下承臺(tái)鋼吊箱的施工難題。由于鋼吊箱底板為預(yù)制混凝土板，承臺(tái)施工完畢后無需拆除，從而很大程度上減少了鋼吊箱的拆除工作量，也提高了鋼吊箱拆除的安全性。底板和壁板均在工廠預(yù)制，不但大大加快了施工進(jìn)度，同時(shí)也降低了施工成本，提高了承臺(tái)的施工質(zhì)量。此方法為后續(xù)類似施工提供了借鑒和參考。