■顏永德

（泉州市公路事業(yè)發(fā)展中心直屬分中心，泉州 362000）

隨著公路橋梁工程施工技術(shù)日趨成熟，鋼吊箱圍堰結(jié)構(gòu)在深水基礎(chǔ)施工中被廣泛應(yīng)用，特別是在受水環(huán)境等影響較大的區(qū)域。 鋼吊箱的設(shè)計(jì)、制造及安裝，將很大程度上影響橋梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和壽命[1-3]。以泉州大橋主跨為344 m 預(yù)應(yīng)力混凝土變截面箱梁的承臺(tái)施工為例，通過有限元軟件對(duì)鋼吊箱的受力情況進(jìn)行模擬，研究單壁鋼吊箱圍堰設(shè)計(jì)和安裝施工的應(yīng)用[4-5]。

1 工程概況

泉州大橋全橋共設(shè)置五聯(lián)，第一聯(lián)為（4×32）m 預(yù)應(yīng)力混凝土等高箱梁，第二聯(lián)為（34.5+5×55+34.5）m預(yù)應(yīng)力混凝土變截面箱梁，第三、四聯(lián)為（2×32+2×33.5）m 預(yù)應(yīng)力混凝土等高箱梁，第五聯(lián)為（3×32）m預(yù)應(yīng)力混凝土等高箱梁。 下部結(jié)構(gòu)采用雙柱方墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)；橋臺(tái)采用U 型臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

主橋（34.5+5×55+34.5）m 預(yù)應(yīng)力混凝土變截面箱梁，箱梁斷面采用單箱三室結(jié)構(gòu)，箱梁高按照二次拋物線變化由0#塊3.6 m 漸變至跨中2.0 m。 主橋主墩6#～9# 位于晉江干流水中，其中承臺(tái)頂標(biāo)高為+0.700，底標(biāo)高為-3.300。本工程橋位所處晉江河道，多年平均高潮位+4.21 m，50 年一遇最高潮位+5.040 m，近年最高洪水位+4.620 m；多年平均低潮位-2.120 m。 水中承臺(tái)施工需要采用鋼吊箱圍堰施工輔助。

2 鋼吊箱圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 鋼吊箱設(shè)計(jì)

2.1.1 鋼吊箱結(jié)構(gòu)形式選擇

鋼吊箱作為承臺(tái)施工時(shí)的臨時(shí)擋水結(jié)構(gòu)設(shè)施和模板結(jié)構(gòu)，在對(duì)比單壁和雙壁鋼吊箱結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)（表1）后，本項(xiàng)目決定采用單壁鋼吊箱圍堰。

表1 鋼吊箱單壁和雙壁結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)比較

2.1.2 鋼吊箱設(shè)計(jì)參數(shù)

鋼吊箱的組成部分包括側(cè)板、底板、內(nèi)支撐、圍檁、連通管、懸吊系統(tǒng)等。 鋼吊箱采用單壁式結(jié)構(gòu)，根據(jù)承臺(tái)的大小進(jìn)行平面尺寸設(shè)計(jì)，同時(shí)鋼吊箱兼做承臺(tái)的模板。 鋼吊箱高8.5 m，分2 層安裝2 道內(nèi)支撐設(shè)計(jì)。面板采用8 mm 厚的鋼板，橫向背楞采用∠140×90×10，局部采用H 型鋼加強(qiáng)；上層豎楞采用H450×200×9×14，下層豎楞采用H600×300×12×20。底模采用“底包側(cè)”方案，較平面尺寸寬30 cm，便于側(cè)模鋪裝（表2）。 封底混凝土為1.0 m 的C35 水下混凝土。

表2 鋼吊箱設(shè)計(jì)參數(shù)

2.2 有限元建模

鋼吊箱采用MIDAS 整體建模計(jì)算， 以不同工況驗(yàn)算鋼吊箱側(cè)板、底板、懸吊系統(tǒng)及內(nèi)支撐等部分，模型見圖1。

圖1 鋼吊箱圍堰結(jié)構(gòu)有限元模型

2.3 計(jì)算內(nèi)容及工況與荷載組合

荷載種類：鋼吊箱結(jié)構(gòu)自重、封底混凝土自重、靜水壓力、水浮力。

2.3.1 工況一鋼吊箱下放吊點(diǎn)為12 個(gè)，荷載組合：鋼吊箱結(jié)構(gòu)自重。 驗(yàn)算懸吊系統(tǒng)和底板系統(tǒng)，結(jié)果見表3。

表3 工況一計(jì)算結(jié)果

2.3.2 工況二

最低水位時(shí)，封底澆筑完成后，混凝土未終凝前澆筑封底時(shí)吊箱吊點(diǎn)為28 個(gè)，荷載組合：鋼吊箱結(jié)構(gòu)自重+封底混凝土自重+水浮力。 驗(yàn)算：懸吊系統(tǒng)；底板系統(tǒng)；拼裝平臺(tái)牛腿，結(jié)果見表4。

表4 工況二計(jì)算結(jié)果

2.3.3 工況三

最高水位時(shí)，鋼吊箱內(nèi)抽水后澆注承臺(tái)混凝土前，荷載組合：最高水位靜水壓力。 驗(yàn)算：側(cè)模系統(tǒng)；內(nèi)支撐，結(jié)果見表5。

表5 工況三計(jì)算結(jié)果

2.3.4 工況四

封底混凝土成型，抽水。 安裝承臺(tái)鋼筋，先澆筑承臺(tái)第一層混凝土，厚度為1 m。承臺(tái)砼澆注完畢還未初凝，潮水退至設(shè)計(jì)最低潮，承臺(tái)完全靠封底砼與鋼護(hù)筒間的摩擦力承重。

根據(jù)持續(xù)的水文觀察， 2021 年8 月最高潮位+3.300，最低潮位為-2.000。 按照最高潮位水位為+4.000 計(jì)算主墩鋼吊箱的抗浮情況，結(jié)果見表6。經(jīng)驗(yàn)算抗浮安全系數(shù)為1.168，在規(guī)范要求的范圍內(nèi)。若按照+3.300 潮位驗(yàn)算，安全系數(shù)在1.292，總體偏安全。

表6 工況四計(jì)算結(jié)果

2.3.5 工況五

第一次混凝土澆筑完成后，待其達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，潮水退至設(shè)計(jì)最低潮位，澆筑二次混凝土。

與工況四相比較，此工況鋼吊箱各構(gòu)件應(yīng)力均不是最大應(yīng)力，故此工況不為鋼吊箱結(jié)構(gòu)的控制工況。 承臺(tái)二次澆筑主要考慮第一次澆筑時(shí)混凝土沖切臨界截面的最大剪應(yīng)力τmax， 以及在承臺(tái)原設(shè)計(jì)下網(wǎng)片鋼筋也可增加沖切承載能力。

3 鋼吊箱施工技術(shù)

3.1 鋼吊箱拼裝

鋼吊箱在各個(gè)構(gòu)件安裝完成后，在加工場(chǎng)內(nèi)試拼驗(yàn)收，確保尺寸符合設(shè)計(jì)要求后方可進(jìn)場(chǎng)。 在加工場(chǎng)內(nèi)按照現(xiàn)場(chǎng)的安裝環(huán)節(jié)，從底板到側(cè)板再到內(nèi)支撐的拼裝順序演練（圖2、圖3）。 安裝工藝流程見圖4。

圖2 鋼吊箱試拼環(huán)節(jié)

圖3 鋼吊箱底模安裝

圖4 鋼吊箱安裝流程

3.2 鋼吊箱定位、下放

為確保鋼吊箱下放后的平面位置和垂直度，在吊箱周圍四角的鋼護(hù)筒上分別設(shè)置上下兩層限位導(dǎo)向裝置，用以保證鋼吊箱下沉過程中的平面位置，如若下放過程中存在偏差，將通過手拉葫蘆來調(diào)整平面位置。 鋼吊箱下放到位后，在低水位時(shí)，通過焊接吊箱側(cè)壁與鋼護(hù)筒來固定平面位置（圖5），防止鋼吊箱因汛期水位漲落或水流力影響而移位。

圖5 定位導(dǎo)向裝置示意圖

鋼吊箱有36 個(gè)下放吊耳點(diǎn)，其中采用12 個(gè)吊耳點(diǎn)下放，且使用60 t 穿心式千斤頂，在千斤頂下面設(shè)置35 cm 高的撐腳。千斤頂布置形式見圖6，其余沒有布置千斤頂?shù)牡淄辛和ㄟ^精扎螺紋鋼鎖定在貝雷桁架上，將底板與側(cè)模連為整體。 鋼吊箱在下放前，同步頂升千斤頂，將鋼吊箱脫離鋼護(hù)筒上焊設(shè)的牛腿，同時(shí)割除拼裝牛腿，按15 cm 調(diào)節(jié)每個(gè)千斤頂?shù)男谐?，同步下放千斤頂?/p>

圖6 千斤頂布置點(diǎn)位

3.3 鋼吊箱封底

3.3.1 底板堵漏、鋼護(hù)筒和底板清理

在鋼吊箱下放到指定位置后，由潛水員采用厚1 cm、寬15 cm、內(nèi)徑比鋼護(hù)筒外徑大2.5 mm 的2 個(gè)半圓弧形夾板，潛入水中堵漏，具體大小根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整。 封堵夾板安裝完成后，為防止漏漿，在封堵板與鋼護(hù)筒之間的小縫隙中塞入細(xì)袋裝砂或水泥砂漿。 在封底混凝土澆注前，需徹底清除鋼護(hù)筒上的粘結(jié)物和銹斑，及底板上的沉積物。

3.3.2 封底混凝土澆注

封底混凝土采用為C35 混凝土， 封底高度為1.0 m，鋼吊箱封底混凝土體積144.74 m3。采用剛性導(dǎo)管和泵送混凝土的方法進(jìn)行澆筑封底混凝土，結(jié)合實(shí)際情況，考慮到鋼護(hù)筒布置的影響，以每個(gè)布料點(diǎn)作用半徑3.5 m 的范圍來布置混凝土導(dǎo)管。 水下導(dǎo)管布置點(diǎn)按照不少于18 個(gè)點(diǎn)布置（圖7）。采用儲(chǔ)料斗法來灌注混凝土， 多導(dǎo)管分期分批進(jìn)行灌注，一次澆注至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

圖7 水下導(dǎo)管布置示意圖

3.4 鋼吊箱抽水

封底砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，利用水泵進(jìn)行鋼吊箱抽水施工。 在抽水施工過程中，考慮到圍堰的受力狀況將持續(xù)不斷地轉(zhuǎn)變?yōu)樽畈焕麪顟B(tài)，因此當(dāng)抽水達(dá)到支撐設(shè)置標(biāo)高時(shí)，須維持水頭差檢查吊箱結(jié)構(gòu)，沒有問題時(shí)方可繼續(xù)抽水。

3.5 鋼吊箱加固措施

為保證整體的穩(wěn)定性以及平面位置，鋼吊箱落位后，利用樁基平臺(tái)剩余的螺旋和棧橋進(jìn)行定位加固。 鋼吊箱在下放到位后，可采用20a 槽鋼，在附近螺旋管上上下鎖定3 道。

3.6 鋼吊箱質(zhì)量驗(yàn)收

鋼吊箱的設(shè)計(jì)、加工制造及下放嚴(yán)格按照GB/T 51295-2018《鋼圍堰工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》和JTG/T 3650-2020《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》等規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。 力學(xué)指標(biāo)滿足受力要求，所采用的焊接材料、焊接方法、工藝規(guī)程、預(yù)處理、焊后處理及檢驗(yàn)指標(biāo)等，均滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)論

針對(duì)感潮河段橋梁施工的特點(diǎn)，為了實(shí)現(xiàn)承臺(tái)的無水施工，設(shè)計(jì)并加工制作了鋼吊箱，利用落潮期間水位較低的時(shí)機(jī)，安裝鋼吊箱底模，并進(jìn)行封底，鋼吊箱側(cè)?？裳h(huán)利用。 針對(duì)不同的工況，利用有限元軟件對(duì)鋼吊箱的受力情況進(jìn)行建模和分析，對(duì)鋼吊箱懸吊系統(tǒng)、底模及支撐等進(jìn)行了設(shè)計(jì)和計(jì)算。 本項(xiàng)目目前已順利完成部分承臺(tái)，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可為項(xiàng)目后續(xù)承臺(tái)和其他感潮河段鋼吊箱圍堰的施工提供參考。