水中高樁承臺(tái)裝配化鋼吊箱施工關(guān)鍵技術(shù)

馬文輝

(廣西路橋工程集團(tuán)有限公司,廣西 南寧 530200)

0 引言

近年來隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、交通事業(yè)的飛速發(fā)展,各類跨越大江大河甚至跨海的橋梁工程不斷興建。大跨度橋梁水中基礎(chǔ)因水流作用、缺少作業(yè)支承平臺(tái)及水下作業(yè)的不確定性,成為大橋施工中的重難點(diǎn)[1-2]。其中依靠群樁基礎(chǔ)支承,底標(biāo)高在河床之上的承臺(tái)稱為水中高樁承臺(tái)。

本文主要針對(duì)水中高樁承臺(tái)裝配化鋼吊箱施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行論述。

1 工程背景

廣西某高速改擴(kuò)建工程特大橋全長(zhǎng)497 m,跨徑組合為:4×30 m(小箱梁)+280 m(鋼管混凝土系桿拱橋)+3×30 m(小箱梁)。大橋主墩采用凱旋門式墩身、群樁基礎(chǔ),其中大橋5#主墩位于水中,水深10 m左右,設(shè)計(jì)為左右幅分離式承臺(tái),單個(gè)承臺(tái)尺寸21 m×10 m×5 m,由8根直徑2.2 m樁基支承。大橋橋型整體布置如圖1所示。

圖1 大橋橋型布置圖(m)

2 裝配化鋼吊箱施工總體方案

先將鋼吊箱分塊加工,利用鋼護(hù)筒設(shè)置工作平臺(tái),現(xiàn)場(chǎng)拼裝成整體,采用吊放系統(tǒng)將鋼吊箱下放至設(shè)計(jì)標(biāo)高,將拉壓桿與樁基鋼護(hù)筒固結(jié),把鋼吊箱吊掛在樁基鋼護(hù)筒上,再澆筑封底混凝土將鋼吊箱底板與樁基鋼護(hù)筒固結(jié),抽水后將拉壓桿轉(zhuǎn)換至樁底護(hù)筒底部,將鋼吊箱作為承臺(tái)施工降水措施及水中支承。其工作原理是通過封底混凝土、拉壓桿將鋼吊箱底板與樁基鋼護(hù)筒固結(jié),把鋼吊箱懸掛在樁基鋼護(hù)筒上,作為承臺(tái)施工作業(yè)平臺(tái)及降水措施。鋼吊箱施工工藝流程如下頁圖2所示。

圖2 鋼吊箱施工工藝流程圖

3 技術(shù)特點(diǎn)

(1)采用先分塊加工、再整體拼裝的預(yù)制拼裝工藝,加工質(zhì)量好,整體安裝進(jìn)度快。

(2)鋼吊箱側(cè)板、底板間采用螺栓連接及限位,施工完成后側(cè)板可拆除重復(fù)利用,材料利用率高,可節(jié)省工程建設(shè)成本。

(3)采用澆筑封底混凝土、焊接拉壓桿的方式將吊箱底板與樁基鋼護(hù)筒固結(jié),利用鋼吊箱底板作為承臺(tái)施工支承平臺(tái),有效將水下施工轉(zhuǎn)為陸上施工。

(4)在封底混凝土頂預(yù)留20 cm空間,用于設(shè)置砂漿調(diào)平層、拉壓桿轉(zhuǎn)換及盲溝,將局部滲水集中及排放,排水效果好。

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 鋼吊箱設(shè)計(jì)

(1)考慮鋼吊箱下放誤差,鋼吊箱平面凈尺寸較承臺(tái)每邊擴(kuò)大20 cm設(shè)計(jì),即該鋼吊箱的平面凈尺寸為21.2 m×10.2 m。

(2)鋼吊箱頂標(biāo)高比設(shè)計(jì)水位線高1 m,鋼吊箱底標(biāo)高=(承臺(tái)底標(biāo)高-封底混凝土厚度),鋼吊箱總高度=吊箱頂標(biāo)高-吊箱底標(biāo)高,本項(xiàng)目鋼吊箱總高度為8 m。

(3)鋼吊箱封底混凝土厚度根據(jù)鋼吊箱設(shè)計(jì)水位下整體抗浮、歷史最低水位下鋼吊箱整體承載力兩項(xiàng)指標(biāo)計(jì)算確定,經(jīng)計(jì)算本項(xiàng)目封底混凝土厚度為1.0 m。

(4)鋼吊箱側(cè)板、內(nèi)支撐等構(gòu)件的型號(hào)、布置間距等要經(jīng)過承壓計(jì)算確定,本項(xiàng)目側(cè)板采用δ=6 mm面板、Ⅰ25a背楞布置間距1 m;內(nèi)支撐上下層間距2.5 m,采用雙拼45a圍檁、φ530 mm內(nèi)支撐管。

4.2 鋼吊箱加工

4.2.1 地胎加工

為確保鋼吊箱加工精度,采用型鋼材料,利用水準(zhǔn)尺、水平線等平設(shè)備加工胎架,作為箱加工精確場(chǎng)地。

4.2.2 鋼吊箱分塊加工

根據(jù)吊車起吊能力、現(xiàn)場(chǎng)安裝條件,劃分鋼吊箱底板及側(cè)板節(jié)段。依次在胎架上按圖紙布設(shè)面板、加勁肋、背楞,先點(diǎn)焊固定,再采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊進(jìn)行焊接。背肋與面板按每15 cm間距焊接10 cm長(zhǎng)度焊縫的方式跳焊,面板與邊緣處背肋采用滿焊方式連接。側(cè)板節(jié)段間連接法蘭采用沖床開長(zhǎng)條孔,確保節(jié)段間連接效率。

4.3 鋼吊箱拼裝

4.3.1 鋼平臺(tái)拆除

在樁基施工完成后,拆除鋼吊箱施工范圍內(nèi)的鋼平臺(tái),根據(jù)實(shí)際情況預(yù)留部分鋼管樁作為鋼吊箱拼裝平臺(tái)支承點(diǎn)及鋼吊箱下放的導(dǎo)向裝置。

4.3.2 搭設(shè)鋼吊箱拼裝平臺(tái)

根據(jù)施工季節(jié)常水位,在樁基鋼護(hù)筒上開孔,穿插架設(shè)型鋼,作為鋼吊箱拼裝作業(yè)平臺(tái)。鋼吊箱拼裝平臺(tái)設(shè)置的型鋼要輕巧靈活、方便拆除。

4.3.3 鋼吊箱底板拼裝

底板加工好后,根據(jù)起吊能力、運(yùn)輸條件、設(shè)計(jì)需要分割成數(shù)塊。采用汽車分塊運(yùn)至墩位處,利用汽車吊將底板吊起套進(jìn)鋼護(hù)筒,下放到拼裝平臺(tái)處后,在鋼護(hù)筒頂面設(shè)置扁擔(dān)梁安裝吊掛系統(tǒng),然后用手拉葫蘆將每塊底板吊住,通過鏈葫蘆調(diào)整好標(biāo)高和平面位置后,并采用型鋼與鋼護(hù)筒焊接固定,防止底板搖晃。安裝完第一塊底板后,接著采用同樣方法安裝相鄰的底板,將相鄰的底板精確調(diào)平后,將接頭對(duì)焊,采用相同方式完成鋼吊箱底板拼裝。

4.3.4 鋼吊箱側(cè)板拼裝

在吊箱底板上,采用吊車拼裝鋼吊箱側(cè)板,并利用鋼管將側(cè)板節(jié)段與樁基鋼護(hù)筒焊接固定,確保側(cè)板拼裝合龍前的穩(wěn)定性。吊箱側(cè)板之間采用螺栓連接,節(jié)段間設(shè)置膨脹止水帶,當(dāng)?shù)跸湎路庞鏊蛎浐罂啥氯p隙達(dá)到止水目的。

側(cè)板與底板采用以下方式固定:(1)吊箱內(nèi)側(cè)方向,在底板上焊接“三角限位板”,限制側(cè)板向吊箱內(nèi)側(cè)位移;(2)吊箱外側(cè)方向,在底板上設(shè)置法蘭孔,通過施擰螺母頂緊吊箱側(cè)板,達(dá)到固定側(cè)板的作用。同時(shí),在承臺(tái)施工完成后,可由潛水員擰出螺母,拆除鋼吊箱側(cè)板回收利用。

4.3.5 內(nèi)支撐安裝

為提高鋼吊箱下放、抽水工況下的穩(wěn)定性,需要在鋼吊箱下放前安裝內(nèi)支撐,并注意在設(shè)計(jì)鋼吊箱內(nèi)支撐時(shí)避免內(nèi)支撐與鋼護(hù)筒在空間位置上沖突。

4.3.6 拉壓桿安裝

拉壓桿作為鋼吊箱在下放之后、抽水之前整個(gè)鋼吊箱的承載裝置,在鋼吊箱底板“龍骨”上,垂直于樁基鋼護(hù)筒“縱、橫橋向”切點(diǎn)位置,用雙拼槽鋼,焊接拉壓桿。每個(gè)鋼護(hù)筒周圍設(shè)置4根拉壓桿。

4.4 鋼吊箱下放

4.4.1 吊放系統(tǒng)設(shè)置

根據(jù)鋼吊箱重量、底板“龍骨”構(gòu)造等設(shè)置吊放系統(tǒng),吊放系統(tǒng)由支承裝置、下放裝置及下錨固端組成。支承裝置為在鋼護(hù)筒上端安裝型鋼扁擔(dān)梁,為鋼吊箱下放提供支承受力點(diǎn);下放裝置由千斤頂、精軋螺紋鋼、“千斤頂行程→精軋螺紋鋼長(zhǎng)度轉(zhuǎn)換系統(tǒng)”組成;下錨固端為精軋螺紋鋼底部錨固處,采用在“底板龍骨”上焊接錨固點(diǎn)方式設(shè)置。

4.4.2 鋼吊箱下放

連接千斤頂與油泵,啟動(dòng)油泵使千斤頂連續(xù)頂升,直至鋼吊箱底板與拼裝平臺(tái)脫離,擰緊精軋螺紋鋼在上錨固端螺母,拆除鋼吊箱拼裝平臺(tái)。再通過千斤頂、精軋螺紋鋼、“千斤頂行程→精軋螺紋鋼長(zhǎng)度轉(zhuǎn)換系統(tǒng)”三者的相互轉(zhuǎn)換,將鋼吊箱徐徐下放,并在下放過程中通過以下方式控制鋼吊箱同步下放:(1)在精軋螺紋鋼及鋼吊箱側(cè)板用油漆畫刻度線,用于觀察吊箱各個(gè)點(diǎn)下放高度,并通過千斤頂行程調(diào)整;(2)采用分油閥,由1臺(tái)油泵控制多臺(tái)千斤頂,并通過閥門控制各個(gè)千斤頂油管進(jìn)油量,進(jìn)而控制各個(gè)千斤頂行程快慢。

鋼吊箱下放到設(shè)計(jì)標(biāo)高后,由測(cè)量人員對(duì)吊箱標(biāo)高及偏位進(jìn)行測(cè)量,并采用以下措施進(jìn)行調(diào)整:(1)下放后標(biāo)高誤差采用千斤頂調(diào)整;(2)平面位置偏差由潛水員用手拉葫蘆將“底板龍骨”掛在護(hù)筒上,通過手拉葫蘆進(jìn)行偏位調(diào)整,到位后,采用鋼楔打入鋼護(hù)筒周邊的間隙來固定底板。吊箱就位后,先將拉壓桿與樁基鋼護(hù)筒焊接,再拆除鋼吊箱吊放系統(tǒng),吊箱承重系統(tǒng)由精軋螺紋鋼轉(zhuǎn)換至拉壓桿。

4.5 封底混凝土灌注

由潛水員采用水泥沙袋將鋼護(hù)筒與吊箱底板間間隙進(jìn)行封堵,并在吊箱側(cè)板上靠近水面位置割孔,以保持吊箱內(nèi)外水位一致,避免水壓擾動(dòng)封底混凝土。準(zhǔn)備就緒后,采用多次拔球方式澆筑封底混凝土,每次澆筑過程中采用測(cè)繩測(cè)量封底混凝土頂標(biāo)高,達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后,再重新拔球澆筑下一個(gè)點(diǎn),直到完成整個(gè)封底混凝土灌注。

4.6 抽水及拉壓桿轉(zhuǎn)換

根據(jù)混凝土試配結(jié)果及同養(yǎng)試件強(qiáng)度,當(dāng)達(dá)到80%設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí),進(jìn)行鋼吊箱抽水作業(yè)。抽水至鋼吊箱底部后,立即進(jìn)行清淤,采用風(fēng)鎬鑿出拉壓桿焊接位置,將拉壓桿焊接處轉(zhuǎn)換至樁基護(hù)筒底部。然后割除多余鋼護(hù)筒,破除樁頭,進(jìn)行承臺(tái)實(shí)體施工。

4.7 鋼吊箱側(cè)板拆除

承臺(tái)施工完成后,拆除內(nèi)支撐,松掉鋼吊箱側(cè)板與側(cè)板、底板與側(cè)板的連接螺栓,逐塊拆除鋼吊箱側(cè)板,周轉(zhuǎn)至下一個(gè)鋼吊箱使用。

5 結(jié)語

本文對(duì)水中高樁承臺(tái)裝配化鋼吊箱關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究,再次驗(yàn)證了裝配化鋼吊箱安全性好、受力明確、施工效率高、自身結(jié)構(gòu)用鋼量低等明顯優(yōu)點(diǎn),為項(xiàng)目主墩施工的順利完成奠定了良好的基礎(chǔ),值得在后續(xù)工程中繼續(xù)推廣使用。