深水橋梁基礎(chǔ)施工中拼裝式鋼吊箱的應(yīng)用

張問珣，石磊

（1.中虔建設(shè)集團(tuán)有限公司，江西贛州 341000；2.江西幸福建筑有限公司，江西贛州 341000）

0 引言

鋼吊箱是深水橋梁基礎(chǔ)承臺施工常用的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其底板和部分側(cè)板屬于一次性耗材，無法周轉(zhuǎn)使用，而且水下部分鋼吊箱大多由潛水員水下拆除，材料損耗量大、施工成本高、施工風(fēng)險高。為降低施工工程量，保證施工質(zhì)量，大部分深水橋梁基礎(chǔ)高樁承臺鋼吊箱采用預(yù)制形式，現(xiàn)場拼裝?？梢?，研究深水橋梁高樁承臺基礎(chǔ)施工中拼裝式鋼吊箱的應(yīng)用，使其結(jié)構(gòu)在水上拆除后還能二次周轉(zhuǎn)使用，對提升工程質(zhì)量及降低施工成本具有一定的實(shí)踐指導(dǎo)意義。

1 工程概況

某橋梁北岸深水區(qū)引橋承臺均按高樁承臺設(shè)計(jì)，承臺底標(biāo)高和封底混凝土底標(biāo)高分別為-1.4m和-2.2m，承臺為尺寸9.1m×8.0m×3.5m的矩形圓弧倒角結(jié)構(gòu)，工程所在區(qū)域水面開闊，水域內(nèi)河床覆蓋層均為中細(xì)砂和淤泥層，潮位在-2.85～3.36m之間，水深4.5～7.8m，水位變化不大；工程所在區(qū)域?yàn)榈湫图撅L(fēng)區(qū)，施工期內(nèi)平均風(fēng)速35.1m/s，最大浪高2.45m。承臺施工工程量大，水面下承臺底標(biāo)高距河床面較高。結(jié)合類似工程施工經(jīng)驗(yàn)，本工程深水橋梁基礎(chǔ)承臺施工擬采用拼裝式鋼吊箱法。

2 鋼吊箱總體施工方案

鋼吊箱臨時結(jié)構(gòu)主要為橋梁承臺施工提供陸地施工環(huán)境，由于本深水橋梁承臺基礎(chǔ)工程量大、水位高，工期緊，故鋼吊箱底模采用預(yù)制鋼筋混凝土板拼接施工，待承臺澆筑結(jié)束并達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度后將鋼吊箱側(cè)壁拆除。為防止?jié)q潮過程中河水從鋼吊箱頂流入吊箱內(nèi)，其側(cè)模高應(yīng)按7.5m確定，采用C50水下混凝土并按80cm厚度封底，且因鋼吊箱和封底混凝土之間黏結(jié)力無法滿足承臺混凝土荷載要求，故需在鋼護(hù)筒外增設(shè)剪力件并伸入封底混凝土。

綜合考慮潮位、鋼吊箱內(nèi)排水、承臺混凝土澆筑前后施工情況，應(yīng)分為5個工況進(jìn)行鋼吊箱受力驗(yàn)算，分別為：①完成鋼吊箱下放加固后澆筑封底混凝土；②待封底混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度且潮位較低時鋼吊箱內(nèi)抽水；③待封底混凝土達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度且潮位較高時鋼吊箱內(nèi)抽水；④潮位低時承臺混凝土澆筑施工；⑤潮位高時承臺混凝土澆筑施工。其中①為鋼吊箱板受力最不利工況；③④為鋼吊箱側(cè)模荷載最不利工況，考慮到本橋梁封底混凝土澆筑結(jié)束后拆除吊掛系統(tǒng)，僅憑鋼護(hù)筒和封底混凝土之間的黏結(jié)保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，為此，必須進(jìn)行③④工況下封底混凝土的受力驗(yàn)算。

采用MIDAS有限元分析軟件進(jìn)行③④工況下側(cè)模、底板受力分析[1]，仿真計(jì)算結(jié)果詳見表1，根據(jù)仿真結(jié)果，各桿件在③④工況下組合應(yīng)力均比允許應(yīng)力值188.5MPa小，受力符合設(shè)計(jì)要求；允許撓度值為L/500，桿件最小長度L為7.5m，則允許撓度值為15mm，整體結(jié)構(gòu)位移量最大值為7mm，符合設(shè)計(jì)要求。

表1 側(cè)模、底板受力仿真計(jì)算結(jié)果

3 拼裝式鋼吊箱施工

為方便鋼吊箱拼裝施工，在鋼護(hù)筒上搭設(shè)臨時拼裝平臺，125B型鋼貫穿鋼護(hù)筒作為承力梁，且臨時平臺必須搭設(shè)在最高潮水位之上，以保證施工過程不受潮水影響。

3.1 鋼吊箱拼裝

通過汽車吊進(jìn)行底板初步拼裝，吊裝前應(yīng)對四塊底板分別編號，安裝到位后通過手拉葫蘆和翹桿進(jìn)行位置微調(diào)，保證底板位于同一平面。底板吊裝結(jié)束后，將板間預(yù)埋件牢固焊接，再將精軋螺紋鋼吊桿穿入吊裝孔，用膠布將套管與底板間的接縫包裹密實(shí)，隔離混凝土澆筑過程。完成底板拼裝后采用全站儀和鋼尺將模板安裝輪廓線、位置控制線標(biāo)出，再通過70t履帶吊分塊分層進(jìn)行吊箱側(cè)模拼裝，模板拼接縫間裝入10mm厚的密封橡膠條后再均勻涂刷1.0～1.5mm膠水黏接，增強(qiáng)密封性和防水性。完成第一層鋼吊箱拼裝后應(yīng)精確定位吊箱位置，確保吊裝位置和垂直度。為順利拆除底板縱梁工字鋼和槽鋼，應(yīng)在工字鋼及槽鋼兩端提前栓接鋼絲繩。

3.2 模板下放定位

模板吊掛系統(tǒng)包括分配梁和吊桿兩部分，分配梁為140B雙拼，吊桿則采用精軋螺紋鋼，在鋼護(hù)筒頂部設(shè)置2個分配梁，梁間放置液壓千斤頂。完成吊掛系統(tǒng)設(shè)置后吊箱承力便從臨時拼裝平臺轉(zhuǎn)向吊掛系統(tǒng)。模板下放在吊掛系統(tǒng)檢驗(yàn)合格后且退潮時進(jìn)行，同時將8臺50t千斤頂分別設(shè)置在鋼護(hù)筒頂分配梁之間多點(diǎn)下放作業(yè)，以保證模板下放施工全過程中吊箱始終位于水面以上。

模板下放時先在下層分配梁頂端鎖死精軋螺紋鋼，并放松上層分配梁頂端，確保各臺千斤頂負(fù)荷均衡的情況下頂升千斤頂；調(diào)整分配梁狀態(tài)，鎖死上層分配梁頂端精軋螺紋鋼，放松下層分配梁頂端；逐步卸載千斤頂負(fù)荷，并緩慢下放模板。重復(fù)上述過程，直至承臺模板下放至設(shè)計(jì)標(biāo)高，并鎖死下層分配梁頂端精軋螺紋鋼。待完成吊箱下放后焊接模板、鋼護(hù)筒和鋼管樁，保證在水波影響下吊箱模板結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。

3.3 封底混凝土施工

本深水橋基礎(chǔ)施工鋼吊箱封底混凝土采用C50水下混凝土，導(dǎo)管水下澆筑，封底厚度為80cm，混凝土澆筑方量為52.6m3。

拆除吊桿后，鋼吊箱主要依靠封底混凝土和鋼護(hù)筒間的黏結(jié)力保持穩(wěn)定，還應(yīng)在封底混凝土頂面以下10cm處鋼護(hù)筒上焊接剪力件，以增強(qiáng)封底混凝土和鋼護(hù)筒間的握裹力[2]，每個剪力件主要由φ28鋼筋和φ16鋼筋加強(qiáng)圈構(gòu)成（大樣圖詳見圖2），各鋼護(hù)筒上16個剪力件均以雙面焊接方式直接焊接于鋼護(hù)筒側(cè)壁。在預(yù)制混凝土板時，應(yīng)使鋼護(hù)筒孔洞直徑比鋼護(hù)筒直徑大出20cm。為防止混凝土澆筑時發(fā)生泄漏，應(yīng)封堵混凝土底板和鋼護(hù)筒之間10cm的空隙。

圖2 剪力件大樣圖（單位：mm）

在鋼護(hù)筒邊緣50cm位置設(shè)置4根導(dǎo)管，通過拔板法封底后，采用臥泵泵送混凝土入導(dǎo)管分次對稱澆筑封底混凝土，導(dǎo)管由內(nèi)徑φ275mm、壁厚8mm的無縫鋼管制成，管段間通過快速螺紋接頭連接，并通過臨時導(dǎo)管卡固于操作平臺。水下澆筑用封底混凝土由生產(chǎn)能力120m3/h的拌和站拌制，由大集料斗集料后通過溜槽分配至小料斗。為確保澆筑施工質(zhì)量，應(yīng)在落潮時進(jìn)行水下混凝土澆筑施工，完成導(dǎo)管封底后應(yīng)及時補(bǔ)料，并將同一導(dǎo)管2次灌入混凝土?xí)r間間隔控制在1/2h以內(nèi)。封底混凝土厚度為0.8m，為保證導(dǎo)管埋深及順利灌注，在施工過程中不得隨意提升導(dǎo)管，待全部測點(diǎn)標(biāo)高均達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，結(jié)束灌注施工。

3.4 吊掛系統(tǒng)及模板拆除

待封底混凝土強(qiáng)度達(dá)22MPa后封閉連通器，并在低潮位時進(jìn)行吊箱抽水，完成抽水后拆除吊掛系統(tǒng)。在回收吊桿時先擰松鋼護(hù)筒頂分配梁螺母，再擰松承臺底承重分配梁螺母，抽出吊桿后使下承重系統(tǒng)落入水中，逐根收回。

完成封底混凝土澆筑并拆除吊掛系統(tǒng)后，即完成承臺圍堰安裝，承臺施工完全在“陸地”狀態(tài)下進(jìn)行，待承臺混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后拆除模板，通過履帶吊由上至下分塊拆除承臺鋼吊箱側(cè)板，承臺底板將作為承臺封底混凝土的組成部分而不再拆除。

4 結(jié)語

綜上所述，該深水橋梁承臺基礎(chǔ)施工所使用拼裝式鋼吊箱結(jié)構(gòu)底板及承臺基礎(chǔ)以下側(cè)板均能拆除，二次利用，且安裝拆卸快速簡便，鋼吊箱拼裝施工過程全部在臨時拼裝平臺進(jìn)行，無須潛水作業(yè)，能有效防止潮水對拼裝施工的不利影響，確保鋼吊箱拼裝精度，封底混凝土中剪力件的設(shè)置能顯著提升水下混凝土和鋼護(hù)筒黏結(jié)力，大幅降低施工風(fēng)險和施工成本。