深水環(huán)境下鋼吊箱施工的關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用

【摘要】鑒于單壁鋼吊箱的諸多優(yōu)點(diǎn)，以國內(nèi)某跨江大橋的主墩承臺(tái)為例，對其施工中所用的單壁鋼吊箱設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡述，重點(diǎn)分析了單壁鋼吊箱技術(shù)的施工要點(diǎn)，以推廣其合理利用。

【關(guān)鍵詞】橋梁承臺(tái)；單壁鋼吊箱；鋼吊箱設(shè)計(jì)

【中圖分類號(hào)】U445" " " "【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A" " " "【文章編號(hào)】1673-6028（2024）01-0050-03

0 引言

本論文針對鋼吊箱施工的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究，對底板安裝、側(cè)壁安裝、導(dǎo)向設(shè)施安裝、吊箱沉放、封堵混凝土施工和體系轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算和分析。研究結(jié)果表明，新型方案在封底止水和下沉技術(shù)方面具有顯著優(yōu)勢，其采用的預(yù)制混凝土底板和精軋螺紋鋼吊桿不僅降低了成本，提高了施工效率，還保證了工程質(zhì)量。這些研究成果對于優(yōu)化施工技術(shù)、指導(dǎo)實(shí)際工程施工具有重要意義，為工程技術(shù)提供了新的思路和方法。

1 工程概況

潭江特大橋橋梁全長1475m，共計(jì)40孔，單幅橋?qū)挒?6m，整幅全寬為32.5m。其中12個(gè)墩柱樁號(hào)21#―32#墩88根樁基礎(chǔ)、5個(gè)承臺(tái)、14個(gè)系梁基礎(chǔ)位于水中跨越內(nèi)河Ⅲ級(jí)航道潭江。潭江河道寬700m，航道中橋跨組合為4m×38m簡支箱梁+主橋（73+130+130+73）m（剛構(gòu)連續(xù)箱梁）+3m×40m簡支箱梁。主墩承臺(tái)尺寸為31.5m×8.6m×4m采用C40混凝土澆筑、輔墩承臺(tái)尺寸為29.5m×6.6m×3m，主墩承臺(tái)混凝土方量為1057m3，承臺(tái)懸于河床上面，根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)及橋址地質(zhì)、水位等情況，該部分的承臺(tái)采用單壁鋼混組合吊箱圍堰的施工工藝。如圖1所示。

2 鋼吊箱設(shè)計(jì)

潭江特大橋26#―28#主墩承臺(tái)鋼混組合吊箱圍堰的平面尺寸為32.5m×9.6m，鋼吊箱總高共5m，歷史設(shè)計(jì)最高水位為+2.53m。鋼混組合吊箱圍堰底板結(jié)構(gòu)采用C30混凝土預(yù)制而成，厚度為t=20cm，底板環(huán)向主梁尺寸為800mm×400mm，鋼護(hù)筒四周環(huán)向圈梁尺寸為300mm×400mm，底板次梁尺寸為400mm×400mm。

主墩鋼吊箱直線段長度為27.9m，高度為5.0m。曲線段長度為橢圓狀，半徑為4.3m、1.8m。面板厚度為6mm，橫邊框、豎邊框、橫筋均采用120mm×12mm鋼板，豎筋為12槽鋼，背帶為雙拼22b槽鋼，螺栓為5.6級(jí)（A級(jí)）的M20普通螺栓。

通過整體建模，基于對模板的荷載計(jì)算和邊界約束的假定，具體計(jì)算結(jié)果如下所示。

（1）6mm面板計(jì)算。面板最大有效應(yīng)力出現(xiàn)在模板直線段與曲線段交接處，主要集中在第三道抱箍與背帶的連接處，由于單元之間連接為節(jié)點(diǎn)連接，存在應(yīng)力集中現(xiàn)象。從應(yīng)力云圖分析可知，除局部點(diǎn)位置應(yīng)力較大，其余部位應(yīng)力均較小，最大應(yīng)力σmax=193.9MPa＜215MPa，滿足要求。最大應(yīng)力τmax=108.5MPa＜125MPa，滿足要求。

（2）C12豎筋計(jì)算。經(jīng)分析，豎筋最大應(yīng)力出現(xiàn)在與下部第二道背帶的連接處，σmax=208.1MPa＜215MPa，滿足要求。豎筋最大剪應(yīng)力出現(xiàn)在與下部第二道背帶的連接處，τmax=54.3MPa＜125MPa，滿足要求。

（3）背帶、抱箍計(jì)算。最大組合應(yīng)力出現(xiàn)在底部第二道背帶與抱箍的連接處，該處可通過節(jié)點(diǎn)構(gòu)造進(jìn)行加強(qiáng)，σmax=210.2MPa＜215MPa，滿足要求。最大剪應(yīng)力出現(xiàn)在底部第二道背帶與抱箍的連接處，該處可通過節(jié)點(diǎn)構(gòu)造進(jìn)行加強(qiáng)，τmax=41.9MPa＜125MPa，滿足要求。

（4）120mm×12mm鋼板計(jì)算。最大組合應(yīng)力出現(xiàn)在兩片最大標(biāo)準(zhǔn)模板之間，σmax=187.6MPa＜215MPa，滿足要求。最大剪應(yīng)力出現(xiàn)在曲線段與直線段交界處，τmax=20.4MPa＜125MPa，滿足要求。

（5）32mm精軋螺紋鋼。精軋螺紋鋼最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在第二層，σmax=436.1MPa＜650MPa，滿足要求。

（6）整體變形。鋼套箱的最大變形出現(xiàn)在直線段中部的頂部，最大值為29.233mm，變形較小，滿足要求。

（7）整體屈曲計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，整體屈曲系數(shù)為21.6＞4，滿足要求。

（8）底板變形計(jì)算結(jié)果。經(jīng)計(jì)算，底板最大變形為9.3mm，變形較小，滿足要求。

3 鋼吊箱施工步驟

3.1 鋼吊箱安裝

（1）支撐梁的安裝。每個(gè)鋼護(hù)筒上按設(shè)計(jì)圖位置開設(shè)2對孔，每個(gè)孔的尺寸為356mm×580mm，鋼護(hù)筒開孔底標(biāo)高+3.5m，穿入2×I45C支撐梁。支撐梁安裝好之后對各個(gè)位置標(biāo)高進(jìn)行復(fù)核，保證標(biāo)高在同一水平面上，同時(shí)對支撐梁端頭穿孔，保證拆除方便，并在支撐梁的端側(cè)焊接操作平臺(tái)，便于現(xiàn)場施工。如圖2所示。

（2）鋼吊箱預(yù)制底板安裝。支撐梁頂標(biāo)高必須精準(zhǔn)控制，平整度小于5mm。預(yù)制底板通過平板車運(yùn)輸至平臺(tái)處進(jìn)行安裝，利用55t履帶吊起吊安裝。塊與塊之間設(shè)0.5cm濕接縫，濕接縫澆筑前需精確復(fù)核預(yù)制底板的平面位置及相對高程。

（3）鋼吊箱側(cè)壁安裝。側(cè)壁分兩層進(jìn)行安裝，第一層安裝3m。先按照拼裝先后順序進(jìn)行拼裝，鋼吊箱側(cè)壁拼裝時(shí)嚴(yán)格控制其垂直度。鋼吊箱拼裝施工方法是：在鋼吊箱運(yùn)至拼裝現(xiàn)場后，先是用55t汽車吊將壁體從運(yùn)輸車上平吊下來。再將其吊立垂直，并旋轉(zhuǎn)大臂將壁體在指定位置初定位，調(diào)整壁體的位置進(jìn)行精確定位、并調(diào)整垂直度滿足要求，并使用臨時(shí)支撐將壁體進(jìn)行臨時(shí)固定。臨時(shí)固定構(gòu)件采用小型型鋼布置于支棧橋上。在壁體安裝完成后，進(jìn)行內(nèi)支撐鋼管安裝與焊接。鋼吊箱模板拼縫處夾1cm厚膠條防止后期漏水，模板所有螺栓均為雙螺帽。

（4）導(dǎo)向設(shè)施安裝。整個(gè)鋼吊箱分別在承臺(tái)角點(diǎn)布置雙層導(dǎo)向架，橡膠滑動(dòng)塊，焊接在最外圍的鋼護(hù)筒上。用千斤頂進(jìn)行調(diào)位，調(diào)整完畢后安裝導(dǎo)向架上，保證導(dǎo)向架傳力給鋼護(hù)筒。鋼護(hù)筒之間采用φ509鋼管支撐連接穩(wěn)定。定位是在吊箱下沉到位后，要防止水流壓力、波浪力及靠船力等動(dòng)荷載對自由懸掛的鋼吊箱發(fā)生撓動(dòng)，影響封底混凝土質(zhì)量而設(shè)置固定裝置。

3.2 鋼吊箱沉放

鋼吊箱底板安裝好后，整拼后主墩承臺(tái)鋼吊箱重量約為588t。

主墩鋼吊箱采用24臺(tái)（每個(gè)鋼護(hù)筒2臺(tái)）100t連續(xù)作用千斤頂下放。懸吊系統(tǒng)采用24根精軋螺紋鋼直徑為32mm，設(shè)計(jì)強(qiáng)度為650MPa，千斤頂在挑梁2I45C工字鋼上作業(yè)，在鋼護(hù)筒上焊接支撐牛腿與下放挑梁焊接成整體。

鋼吊箱在下放前，要同時(shí)頂升千斤頂，使鋼吊箱脫離鋼護(hù)筒上的支撐梁，待放置12h小時(shí)穩(wěn)定后，拆除拼裝平臺(tái)的支撐梁，調(diào)節(jié)每個(gè)千斤頂?shù)男谐?，同時(shí)同步下放千斤頂，每次下放行程嚴(yán)格按15cm控制。

24臺(tái)千斤頂采用統(tǒng)一的液壓系統(tǒng)，千斤頂采用100t的同步千斤頂，最大行程為25cm。在啟動(dòng)前先進(jìn)行試運(yùn)行，保證液壓系統(tǒng)行程統(tǒng)一且頂升力量大小一致。

3.3 封堵混凝土施工

封堵混凝土采用C40微膨脹水下不離析混凝土封堵法。封堵范圍為鋼筋混凝土預(yù)制底板與各鋼護(hù)筒之間環(huán)向15cm范圍、封堵厚度為50cm，標(biāo)號(hào)為C40。

3.4 鋼吊箱的體系轉(zhuǎn)換

（1）焊接剪力板。剪力板按設(shè)計(jì)圖紙切割成塊，剪力板焊接前將護(hù)筒清掃干凈，確保剪力板焊接質(zhì)量。剪力板在每個(gè)護(hù)筒上焊接6組共12塊（其中三組利用拉壓桿），剪力板一端與護(hù)筒焊接，另一端與預(yù)制底板上的對應(yīng)預(yù)埋件焊接成整體。剪力板高度為200mm，每塊剪力板焊接在底板預(yù)埋件上采用雙面焊接。此向焊接前將剪力板切割坡口，采用坡口焊接，焊條采用502焊條。

（2）拆除拉壓桿。剪力板焊接完畢后，拆除拉壓桿。在拆除前需對剪力板進(jìn)行焊縫檢查，焊縫高度、寬度、飽滿度均滿足要求后逐個(gè)拆除拉壓桿。拉壓桿拆除順序?yàn)閺闹虚g往四邊拆除，每拆除一個(gè)拉壓桿則對沉降觀測點(diǎn)進(jìn)行一次測量。

（3）體系轉(zhuǎn)換。拉壓桿全部拆除后，鋼吊箱上浮、下沉所受力均由剪力板承受。

3.5 鋼吊箱施工關(guān)鍵技術(shù)（見表1）

4 結(jié)論

本文提出了一種新的鋼吊箱施工方案，解決了傳統(tǒng)施工方法中存在的諸多問題。新方案采用預(yù)制混凝土底板和C40微膨脹細(xì)石混凝土進(jìn)行封底止水，減少了混凝土的浪費(fèi)，提高了密實(shí)度，簡化了施工操作。同時(shí)，新方案中的精軋螺紋鋼吊桿可以循環(huán)利用，減少了一次性投入，降低了施工成本。這些創(chuàng)新的施工方法不僅提高了施工效率，降低了施工難度，也保證了工程的質(zhì)量。此外，新方案的提出也對鋼吊箱的施工理論產(chǎn)生了推動(dòng)作用，為同類型工程提供了參考。

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[作者簡介]張磊（1989―），男，安徽宣城人，本科，工程師，研究方向：土木工程。