水上混凝土反吊系統(tǒng)施工技術(shù)探討

黃興鋒

（中交四航局第二工程有限公司 廣州510230）

0 前言

水運(yùn)工程中船閘工程靠船墩及高樁碼頭的樁帽等［1］，均為較常見(jiàn)的以樁作為基礎(chǔ)的樁頂混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)型式為一樁一墩，均屬于需要在水上施工的混凝土結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同用途或需要其設(shè)計(jì)的底標(biāo)高也不盡相同，按照受潮位的影響主要分為水下和水上2種，對(duì)于不同施工條件、環(huán)境和作業(yè)人員樁帽、墩臺(tái)的施工采用的模板工藝也不盡相同，其中最大的不同點(diǎn)在于模板的支撐部分，較常見(jiàn)的模板支撐施工藝包括抱箍［2］、焊接牛腿及預(yù)埋型鋼反吊等。

本文針對(duì)某船閘工程靠船墩設(shè)計(jì)底標(biāo)高要求，利用已有的灌注樁施工臨時(shí)鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)，采用可上、下自由提升的精軋螺紋鋼作為反吊［3］承重支撐及封底鋼套箱［4］模板反吊系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行水上靠船墩施工，通過(guò)將水下區(qū)部分模板先在水上區(qū)施工后再下放到設(shè)計(jì)底標(biāo)高，使靠船墩水下區(qū)模板施工實(shí)現(xiàn)水上施工，避免了水下施工的安全、質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)及受潮位變化影響［5］的施工情況，提高了靠船墩的施工效率，保證模板止水效果及牢固性，確保了靠船墩混凝土的施工質(zhì)量，為今后類似工程施工提供參考。

1 工程概況

本船閘工程靠船墩位于下游引航道左岸，處于前山水道中上游，前山水道上下游均建有水閘，前山水道水位基本保持在1.544 m左右，當(dāng)上游水位低于此水位時(shí)，上下游的水閘都開閘，施工期最低潮位為+0.4 m。下游6個(gè)靠船墩尺寸為3 m×3 m×4.744 m（長(zhǎng)×寬×高），底標(biāo)高均為±0.00 m，即靠船墩底部40 cm范圍處于水下區(qū)。靠船墩采用一樁一墩的結(jié)構(gòu)，灌注樁樁頂標(biāo)高±0.1 m，灌注樁施工采用臨時(shí)鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)。

2 反吊系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 反吊系統(tǒng)概況

如圖1所示，反吊承重采用4φ32 mm精扎螺紋鋼進(jìn)行反吊；平臺(tái)上橫向采用2根36a雙拼槽鋼作為上部承重主梁，長(zhǎng)度6 m；反吊支撐體系下部承重主梁采用2根36a雙拼槽鋼，長(zhǎng)度3.8 m；次梁采用25a工字鋼，次梁長(zhǎng)度3.6 m，鋪設(shè)于主梁上方，均勻分部4根；如圖3所示，鋼套箱平面尺寸為3.8 m×3.6 m（長(zhǎng)×寬），鋼套箱側(cè)模、底模均采用組合式鋼模板，側(cè)模每面1塊共4塊，底板平均分為2塊，面板厚度6 mm。

由于靠船墩體積較大，混凝土方量大，計(jì)劃分層澆筑，第一層澆筑至墩體高程+1.8 m處，越過(guò)平臺(tái)面，澆筑高度1.8 m，混凝土方量為16.2 m3。等待第一層混凝土凝固具有一定承重能力之后再進(jìn)行第二層墩體模板及鋼筋、預(yù)埋件安裝，混凝土澆筑。故第一層混凝土澆筑時(shí)，對(duì)鋼平臺(tái)以及鋼套箱反吊系統(tǒng)承重最大，驗(yàn)算時(shí)過(guò)程采用該工況進(jìn)行驗(yàn)算。

圖1 反吊系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic Diagram of Reverse Hoisting System

2.2 灌注樁施工臨時(shí)鋼架結(jié)構(gòu)平臺(tái)概況

臨時(shí)鋼架結(jié)構(gòu)平臺(tái)長(zhǎng)12 m，寬6 m，如圖2所示，臨時(shí)鋼架平臺(tái)結(jié)構(gòu)自下而上分別為：φ630×8 mm鋼管樁、雙拼I36a型鋼工字鋼縱梁、I25a型鋼工字鋼分配橫梁（間距 30 cm）、平臺(tái)面板為［20a（間距10 cm）槽鋼滿鋪。

圖2 臨時(shí)鋼平臺(tái)示意圖Fig.2 Schematic Diagram of Temporary Steel Platform

A段跨徑組合為：2×5.5 m=11 m；B段跨徑組合為：1×5.5 m=5.5 m。

鋼套箱反吊系統(tǒng)作用與鋼平臺(tái)一段，詳見(jiàn)驗(yàn)算過(guò)程。

2.3 工程設(shè)定參數(shù)確定

靠船墩底標(biāo)高：0.0 m，套箱底板頂面標(biāo)高：-0.2 m，壁板頂標(biāo)高：2.0 m，壁板底標(biāo)高：-0.2 m，封底混凝土厚：0.2 m，實(shí)測(cè)高水位：1.4 m，實(shí)測(cè)低水位：0.4 m。

3 反吊系統(tǒng)受力計(jì)算

3.1 反吊系統(tǒng)荷載分析

靠船墩墩體施工期間，反吊系統(tǒng)主要承受自重、靠船墩墩體第一層混凝土澆筑時(shí)荷載作用。

3.1.1 活載取值

最大荷載［6］按靠船墩墩體第一層混凝土澆筑完成時(shí)取值，詳解如下：

⑴ 20 mm封底混凝土和墩體第一層C35混凝土18 m3荷載重量取值約為450 kN；

⑵ 墩體鋼筋、預(yù)埋件荷載重量按設(shè)計(jì)圖取值57.5 kN。

3.1.2 恒載計(jì)算

鋼套箱反吊系統(tǒng)恒載主要為型鋼梁、墩體底板、墩體側(cè)模、吊桿、等結(jié)構(gòu)自重，如表1所示。

表1 鋼套箱反吊系統(tǒng)主要構(gòu)件自重恒載Tab.1 Dead Load of Main Components of Steel Jacketed Box Reverse Hoisting System

3.1.3 荷載組合

臨時(shí)鋼架結(jié)構(gòu)平臺(tái)為臨時(shí)結(jié)構(gòu)，安全重要性系數(shù)取1.0。

臨時(shí)鋼架結(jié)構(gòu)平臺(tái)荷載取20 m封底混凝土和墩體第1層C35混凝土和人群活載+結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重恒載。

當(dāng)永久荷載及可變荷載共同作用時(shí)，按以下安全系數(shù)進(jìn)行荷載組合：恒載（結(jié)構(gòu)自重）取1.2；活載（反吊系統(tǒng)、施工及人員荷載）取1.4。

3.2 主要材料性能

⑴ 結(jié)構(gòu)材料 Q235［7］：屈服強(qiáng)度σs=235 MPa；抗拉、抗壓和抗彎強(qiáng)度：［σ］=215 MPa；抗剪強(qiáng)度：［τ］=125 MPa。

⑵ 鋼材的物理性能指標(biāo)：彈性模量E=2.06×105MPa；泊松比μ=0.271 6；剪切模量G=0.81×105MPa；質(zhì)量密度ρ=7 850 kg/m3。

⑶ 精軋螺紋鋼 PSB785［8］：屈服強(qiáng)度σs=785 MPa；抗拉強(qiáng)度：［σ］=980 MPa；最大力下總伸長(zhǎng)率：3.5%；彈性模量E=2.0×105MPa。

3.3 反吊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)受力計(jì)算［9］

3.3.1 吊桿φ32 mm精軋螺紋鋼驗(yàn)算

反吊吊桿采用4根φ32 mm精軋螺紋鋼，吊桿長(zhǎng)3 m。

荷載分析：4根吊桿所承受的荷載q=507.5+18.35+5.47+7.22=538.04 kN，單根吊桿所承受的荷載為134.51 kN，計(jì)算時(shí)1.4q=188.31 kN。

易知最不利的荷載情形，只要得到這種情況下的最大抗拉能力［10］和最大伸長(zhǎng)率：

式中：P為單根承受重量；L為單根長(zhǎng)度；A為截面積；E為彈性模量。

吊桿φ32 mm精軋螺紋鋼滿足要求。

3.3.2 反吊系統(tǒng)其他部位上部承重主梁、下部承重主梁、次梁及抗浮力驗(yàn)算通過(guò)受力計(jì)算均滿足使用要求。

4 鋼套箱反吊系統(tǒng)施工

鋼套箱采用組合式鋼模板，總體施工流程：拆除已有平臺(tái)鋪面結(jié)構(gòu)?組裝及安裝反吊系統(tǒng)?鋪設(shè)底部次梁?鋪設(shè)底板?組裝及安裝側(cè)模?下放至設(shè)計(jì)底標(biāo)高?模板固定?止水?澆注后拆模。

4.1 鋼套箱反吊系統(tǒng)安裝

對(duì)臨時(shí)鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)鋪面結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆除，僅留連接平臺(tái)支承樁的雙拼I36a型鋼工字鋼縱梁；如圖1所示，平臺(tái)上橫向采用2根36a雙拼槽鋼作為上部承重主梁，長(zhǎng)度6 m，雙拼槽鋼利用230×100×δ6 mm鋼板滿焊連接，鋼板間距600 mm，雙拼槽鋼間距按照可穿φ32 mm精扎螺紋鋼進(jìn)行設(shè)置；反吊承重采用4φ32 mm精扎螺紋鋼，利用2個(gè)M32六角螺母搭配200×200×δ6 mm鋼板墊片加固進(jìn)行反吊，承重梁頂部及底部均設(shè)置螺母，頂部作用于反吊，底部作用于防止套箱上??；反吊支撐體系下部承重主梁采用2根36a雙拼槽鋼，長(zhǎng)度3.8 m，雙拼槽鋼利用230×100×δ6 mm鋼板滿焊連接，鋼板間距600 mm，雙拼槽鋼間距按照可穿φ32 mm精扎螺紋鋼進(jìn)行設(shè)置，梁頂部設(shè)置螺母將精扎螺紋鋼與梁固定；將上部承重主梁、反吊承重精扎螺紋鋼及底部承重主梁進(jìn)行組裝成井字形反吊系統(tǒng)并整體安裝，根據(jù)施工水位利用精扎螺紋鋼螺母調(diào)整底梁安裝后的標(biāo)高，使底梁頂部高出施工水位以上（見(jiàn)圖3）。

圖3 鋼套箱反吊系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)安裝示意圖Fig.3 Site Installation Diagram of Steel Jacketed Box Reverse Hoisting System

下部次梁采用25a工字鋼，次梁長(zhǎng)度3.6 m，鋪設(shè)于下部主梁上方，均勻分布4根；如圖1所示，底板由2片組合模板組成，直接鋪于下部次梁上方，每片模板與灌注樁接觸面圓孤部分預(yù)留約2 cm空隙，便于模板安裝后下放至設(shè)計(jì)底標(biāo)高；側(cè)模由4片組合模板組成，先在施工平臺(tái)上組裝后整體安裝，安裝后與底板用螺栓連接固定形成封閉式鋼套箱；利用精扎螺紋鋼位于上部承重主梁頂部的螺母，將鋼套箱整體調(diào)節(jié)下放到設(shè)計(jì)墩體底標(biāo)高，在確認(rèn)鋼套箱的平面位置及標(biāo)高后，將鋼套箱與臨時(shí)鋼平臺(tái)縱梁連接固定；對(duì)鋼套箱底板與樁周縫隙進(jìn)行密封，先利用土工布對(duì)縫隙進(jìn)行填塞，然后在套箱內(nèi)鋪設(shè)一層厚約20 cm的水泥干粉，待水泥沉淀后，往鋼套箱內(nèi)灌水，使鋼套箱內(nèi)、外水位基本持平，如圖4所示，箱內(nèi)水泥凝固后達(dá)到止水效果。

圖4 鋼套箱實(shí)際應(yīng)用效果Fig.4 Practical Application Effect of Steel Jacketed Box

4.2 鋼套箱反吊系統(tǒng)拆模

混凝土澆注達(dá)到一定強(qiáng)度后，拆除鋼套箱側(cè)模對(duì)拉螺桿，將側(cè)模逐片拆除，側(cè)模拆除后利用反吊承重精扎螺紋鋼位于上部承重主梁頂部的螺母下放下部承重主梁，使下部承重主梁、次梁及底板與混凝土底面脫離，利用設(shè)置在次梁及底板上的脫?？郏瑢⒋瘟杭暗装鍙牡撞克酵铣霾鸪?，剩余上部承重主梁、反吊承重精扎螺紋鋼及下部主梁組成的井字型反吊系統(tǒng)整體起吊脫模。

5 成果結(jié)論

⑴ 針對(duì)船閘工程以灌注樁為基礎(chǔ)的一樁一墩靠船墩，采用可上、下自由提升的精軋螺紋鋼作為反吊承重支撐及封底鋼套箱模板反吊系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行水上施工，對(duì)水下區(qū)混凝土實(shí)現(xiàn)了水上干施工，避免施工期高潮位時(shí)無(wú)法施工的影響，保證了施工作業(yè)的安全和質(zhì)量。

⑵ 采用精軋螺紋鋼與型鋼組成的井字形反吊承重支撐，適用于以灌注樁為基礎(chǔ)的水上一樁一墩墩體或樁帽混凝土結(jié)構(gòu)，可以充分利用灌注樁施工的臨時(shí)鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)，直接將組裝的井字形反吊承重支撐安裝在已有的平臺(tái)上，減少了主要承重結(jié)構(gòu)如焊接牛腿、夾箍施工等程序，拆模時(shí)同樣將井字形承重支撐同時(shí)整體拆除，有效提高了施工效率，保證施工質(zhì)量及減少水上施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

⑶ 采用封底鋼套箱組合模板，側(cè)模可以先在施工平臺(tái)組裝后整體安裝，并利用臨時(shí)鋼平臺(tái)縱梁與鋼套箱連接固定，保證了模板的整體尺寸及牢固性，避免了由于模板拼接不嚴(yán)密導(dǎo)致混凝土澆注后受水泥沖刷。經(jīng)對(duì)全部施工完成的墩體檢查測(cè)量沒(méi)有發(fā)現(xiàn)變形等問(wèn)題，該反吊系統(tǒng)在施工期的成功應(yīng)用，對(duì)水運(yùn)工程墩臺(tái)、樁帽等類似混凝土結(jié)構(gòu)施工有值得借鑒的意義。