郭慶林，尹良帥

（1.民航機(jī)場(chǎng)建設(shè)工程有限公司，天津 300456；2.民航機(jī)場(chǎng)智能建造與工業(yè)化工程技術(shù)研究中心，天津 300456）

關(guān)鍵字：水中承臺(tái)；鋼吊箱施工工藝；優(yōu)化措施

引言

在深水區(qū)域進(jìn)行橋梁水中承臺(tái)施工是橋梁施工中較為常見(jiàn)的施工技術(shù)，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，工藝趨于成熟，筆者在加蓬共和國(guó)奧果韋河入海口位置面臨水流速大，水深的不利工況，需要探究并優(yōu)化高樁水中承臺(tái)施工技術(shù)，確保施工質(zhì)量，提高施工效率。

1 工程概況

加蓬PO 項(xiàng)目奧果韋河特大橋位于加蓬共和國(guó)奧果韋河入海口，全橋需要在水中施工34 個(gè)水中承臺(tái)，其中最大承臺(tái)尺寸為20.9 m×11.9 m×4 m（長(zhǎng)×寬×高），混凝土方量將近1 000 m3，屬于大體積混凝土。最小承臺(tái)10.6 m×2.6 m×2.5 m（長(zhǎng)×寬×高）。

水中承臺(tái)施工的工藝有很多種[1]，如：土圍堰、鋼圍堰、沉井、鋼板樁、鋼套箱等，各種工藝有各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，根據(jù)本工程的地質(zhì)情況和設(shè)計(jì)特點(diǎn)，本著保證安全、提高質(zhì)量、節(jié)能環(huán)保的要求，加蓬?yuàn)W果韋河特大橋主墩承臺(tái)采用有底鋼套箱施工。

有底鋼套箱也叫鋼吊箱，鋼吊箱是為水中承臺(tái)施工的阻水結(jié)構(gòu)，其作用是通過(guò)吊箱圍堰側(cè)板和底板上的封底混凝土阻隔周?chē)w，為承臺(tái)施工提供無(wú)水的干燥環(huán)境。鋼吊箱具有施工工期短、水流阻力小、安拆方便、材料投入小等特點(diǎn)，在高樁承臺(tái)施工中得到很好的應(yīng)用[5]。

2 鋼吊箱施工概述及結(jié)構(gòu)組成

奧果韋河特大橋承臺(tái)均采用單壁有底鋼套箱進(jìn)行施工，鋼吊箱模板及相關(guān)構(gòu)件國(guó)內(nèi)工廠分小塊加工，運(yùn)輸?shù)郊优瞵F(xiàn)場(chǎng)大塊組拼成型，再通過(guò)在護(hù)筒頂口布置的下放系統(tǒng)整體下放到設(shè)計(jì)位置，封堵套箱底板與鋼護(hù)筒間的縫隙，最后通過(guò)采用多點(diǎn)導(dǎo)管法澆筑水下封底混凝土形成防水圍堰結(jié)構(gòu)[2]。

承臺(tái)鋼筋在岸上鋼筋場(chǎng)集中加工，運(yùn)輸?shù)街羾邇?nèi)綁扎安裝；混凝土采用自拌混凝土，砼運(yùn)輸罐車(chē)運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)，利用滑槽進(jìn)行澆筑。

鋼吊箱結(jié)構(gòu)主要由底縱梁、底板、側(cè)模、提吊下放系統(tǒng)、內(nèi)支撐系統(tǒng)、外圈梁等組成。以?shī)W果韋河特大橋矩形承臺(tái)為例，介紹鋼吊箱結(jié)構(gòu)組成[4]。

2.1 底板結(jié)構(gòu)形式

141#鋼吊箱底板范圍內(nèi)按樁基設(shè)計(jì)位置設(shè)置6個(gè)鋼護(hù)筒預(yù)留孔，預(yù)留孔直徑2.0 m（比護(hù)筒大20 cm），底板面板為厚度6 mm 鋼板，底板背楞采用I12.6 工字鋼，底縱梁采用2[32a 槽鋼。

圖1 鋼吊箱底板組拼圖

2.2 側(cè)板結(jié)構(gòu)形式

鋼吊箱側(cè)壁總高度4.5 m。鋼吊箱側(cè)壁板厚度6 mm，壁板背楞為I12.6 工字鋼，間距400 mm。側(cè)壁豎向背楞采用2 根[22a 槽鋼，標(biāo)準(zhǔn)間距1 250 mm，最外層設(shè)置圈梁，內(nèi)空間設(shè)置內(nèi)支撐。鋼套箱內(nèi)支撐使用雙拼I40b 工字鋼。

圖2 鋼吊箱內(nèi)支撐示意圖

側(cè)壁分塊制作，標(biāo)準(zhǔn)塊寬2.0 m，側(cè)壁間采用螺栓連接。側(cè)板底部設(shè)計(jì)有三角楔塊（如圖3），其與底縱梁端頭的及底板端頭的三角楔塊相互對(duì)應(yīng)，安裝完成后，兩種楔塊內(nèi)空隙嵌入2 根[20 槽鋼進(jìn)行頂緊（通過(guò)螺栓與側(cè)板底三角楔塊連接，與底板三角楔塊不連接，留有1-2 cm 縫隙嵌入鋼筋頭或小鋼板）。通過(guò)側(cè)板外側(cè)三角楔塊及內(nèi)側(cè)限位擋塊共同作用保證側(cè)板不能發(fā)生底口變形偏位。為保證側(cè)板與底板間連接密封性，在側(cè)板頂和底板縱梁位置設(shè)置壓梁及錨固梁，通過(guò)Ф32 mm 精軋螺紋上下連接壓緊。

圖3 側(cè)板、底板安裝示意

圖4 機(jī)械螺旋千斤頂下放總成

圖5 提吊系統(tǒng)示意圖

圖6 “拉壓桿”布置示意圖

為保證鋼套箱內(nèi)外水頭平衡，需要在側(cè)板上安裝連通管，保證套箱內(nèi)外水體連通。

2.3 底板提吊及下放系統(tǒng)

下放系統(tǒng)由設(shè)置在護(hù)筒頂下放承重梁、千斤頂、吊桿、鋼護(hù)筒組成；提吊系統(tǒng)由樁頂墊梁、承重梁、吊桿及鋼護(hù)筒組成，下放系統(tǒng)的作用是承擔(dān)鋼套箱自重；提吊系統(tǒng)的作用是承擔(dān)套箱自重及封底混凝土的重量。

141#鋼吊箱共設(shè)置4 個(gè)下放吊點(diǎn)。下放吊點(diǎn)分別位于承臺(tái)四個(gè)邊角護(hù)筒上。每個(gè)下放吊點(diǎn)設(shè)置一套下放系統(tǒng)，每個(gè)下放點(diǎn)由2 臺(tái)32 t 機(jī)械螺旋千斤頂、1 根Ф32 mm 精扎螺紋、下放承重梁等組成，下端與吊箱下放底承重梁連接。

提吊系統(tǒng)頂部墊梁、承重梁均采用2 根I40 工字鋼，其中墊梁直接作用于護(hù)筒上，直接將由承重梁上的荷載傳遞到護(hù)筒上。提吊系統(tǒng)設(shè)置20 個(gè)提吊吊點(diǎn)。

2.4 增大封底砼與鋼護(hù)筒握裹力設(shè)施

為提高封底砼承載能力，在鋼護(hù)筒周邊設(shè)置“拉壓桿”，以補(bǔ)充封底砼與鋼護(hù)筒之間握裹力。每根鋼護(hù)筒周邊設(shè)置2 根[12 槽鋼，安裝底板時(shí)焊接在鋼吊箱底板上。首層封底混凝土澆筑完成后鋼吊箱內(nèi)抽水，割除“拉壓桿”多余部分，橫向通過(guò)槽鋼與護(hù)筒焊接，橫向連接的槽鋼最終埋入第二層封底混凝土內(nèi)[3]。

3 施工工藝流程圖

圖7 鋼吊箱施工工藝流程

4 鋼吊箱施工注意事項(xiàng)

4.1 施工準(zhǔn)備工作

1）承臺(tái)施工前需要對(duì)鉆孔平臺(tái)予以拆除，承臺(tái)位置的一切障礙物均須拆除；

2）鋼吊箱施工前需要對(duì)承臺(tái)位置水底標(biāo)高進(jìn)行探測(cè)，確保鋼吊箱能夠下放到位。

4.2 鋼吊箱拼裝支架

鉆孔樁施工結(jié)束后，拆除鉆孔平臺(tái)。在每根護(hù)筒上中心割孔安裝I25b 工字鋼作為鋼吊箱側(cè)板拼裝支架。拼裝支架安裝時(shí)注意探摸護(hù)筒內(nèi)混凝土標(biāo)高，保證拼裝支架能夠順利穿過(guò)護(hù)筒，且必須利用水準(zhǔn)儀對(duì)所有拼裝支架進(jìn)行測(cè)量，保證標(biāo)高一致。同時(shí)利用GPS 將承臺(tái)邊線投放到拼裝支架表面，便于底縱梁精確定位[6]。

4.3 鋼吊箱拼裝

在拼裝支架上自下而上分層拼裝底縱梁、底板、側(cè)板。

注意事項(xiàng)：

1）底板拼裝完成后需要在精軋螺紋位置割洞，同時(shí)焊接高度大于封底混凝土厚度的精軋螺紋套管（Ф48×3.2 外套管），以利于精軋螺紋鋼拆除；

2）小塊側(cè)板預(yù)拼裝成大塊模板進(jìn)行吊裝，側(cè)模接縫及側(cè)模與底板接縫處粘貼止水橡膠條；

3）側(cè)模拼裝前需要在底板上進(jìn)行承臺(tái)邊線放樣，焊接限位擋塊，保證側(cè)模安裝位置精度；

4）為保證底縱梁能夠順利取出，在底縱梁一端懸掛鋼絲繩，在套箱模板拆除時(shí)一并取出。同時(shí)提吊及下放吊桿底部精軋螺母及墊片焊接在底縱梁上，拆除提吊系統(tǒng)僅需通過(guò)擰松精軋螺紋鋼即可；

5）側(cè)模安裝時(shí)需要在側(cè)模與護(hù)筒間焊接導(dǎo)向裝置，保證下放過(guò)程鋼套箱平面位置的穩(wěn)定。護(hù)筒上設(shè)置定位用的導(dǎo)向裝置，導(dǎo)向滑軌采用槽鋼，槽鋼背面靠緊模板，滑軌與護(hù)筒接觸兩側(cè)設(shè)置加勁板與護(hù)筒焊接增強(qiáng)滑軌的穩(wěn)定性，以便鋼套箱能保持良好的姿態(tài)下沉。

4.4 鋼吊箱下放及體系轉(zhuǎn)換

下放前，千斤頂上行，保證拼裝支架卸載，利用吊車(chē)將拼裝支架I25b 工字鋼承重梁抽出，套箱自重轉(zhuǎn)換到吊桿及下放系統(tǒng)上，隨后開(kāi)始下放。

下放過(guò)程依靠下放扁擔(dān)梁上下兩組螺母墊片交替鎖緊進(jìn)行下放，每次下放不超過(guò)18 cm（千斤頂行程），各下方點(diǎn)均勻、同步下放，最終將鋼吊箱下放到設(shè)計(jì)位置。最后鎖緊提吊系統(tǒng)精軋螺紋上部螺母，下放吊桿卸載，鋼套箱所有自重荷載轉(zhuǎn)化到承重梁上，完成體系轉(zhuǎn)換。

注意事項(xiàng)：

1）下放前，檢查套箱平面位置，存在偏差使用千斤頂進(jìn)行橫向調(diào)節(jié)。檢查側(cè)板及底板接縫，防止漏漿現(xiàn)象發(fā)生；

2）下放過(guò)程統(tǒng)一指揮，各下放點(diǎn)同步下放，下放過(guò)程及時(shí)測(cè)算下放標(biāo)高及套箱垂直度；

3）下放完成后潛水員對(duì)套箱底板與護(hù)筒縫隙進(jìn)行檢查封堵，封堵材料使用彎弧直徑為2 m，寬度20 cm 的多塊弧形鋼板頂緊護(hù)筒，稍小的縫隙使用沙袋封堵。

4.5 封底混凝土澆筑

封底混凝土的作用：1）作為配重，平衡浮力與重力；2）阻水防漏；3）抵抗水浮力在鋼吊箱底板形成的彎曲應(yīng)力；4）作為承臺(tái)的承重底模。以141#承臺(tái)為例，1 m 厚封底混凝土理論方量74.4 m3，重量193 t，鋼套箱自重28.6 t，鋼套箱承受的最大浮力240 t（240 稍大于193+28.6 t），故封底混凝土的存在能夠基本平衡系統(tǒng)的重力，多余的浮力通過(guò)封底混凝土與護(hù)筒之間的摩擦力及錨固鋼筋予以消除，整個(gè)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。

封底混凝土分兩層澆筑，第一次水下澆筑80 cm，第一層強(qiáng)度達(dá)到90 %以上后抽水進(jìn)行第二次澆筑剩余20 cm，其中第二層封底混凝土起到找平作用。

加蓬PO 項(xiàng)目鋼吊箱封底混凝土的澆筑采用多點(diǎn)導(dǎo)管法進(jìn)行水下澆筑，澆筑用的導(dǎo)管采用直徑250 mm 鋼性導(dǎo)管，上部配置存儲(chǔ)放料約2 m3的料斗。澆筑過(guò)程兩臺(tái)吊車(chē)配合進(jìn)行，一臺(tái)負(fù)責(zé)對(duì)導(dǎo)管及料斗進(jìn)行移動(dòng)，另一臺(tái)負(fù)責(zé)混凝土運(yùn)輸放料，這臺(tái)吊車(chē)可以根據(jù)實(shí)際情況用汽車(chē)泵代替。

澆筑過(guò)程以護(hù)筒為中心，周?chē)贾靡欢〝?shù)目的放料點(diǎn)，自鋼套箱一側(cè)向另一側(cè)澆筑。澆筑過(guò)程中必須保證連通管有效，鋼吊箱內(nèi)外水位相同。

注意事項(xiàng)：

1）澆筑過(guò)程必須保證連通管打開(kāi)，保持套箱內(nèi)外水頭平衡；

2）封底混凝土澆筑時(shí)，導(dǎo)管必須保證一定埋深及導(dǎo)管口懸空（15～20 cm），可以考慮先將導(dǎo)管觸底后再提升的辦法，混凝土塌落度控制在180～220 mm 左右；

3）澆筑過(guò)程勤測(cè)砼面標(biāo)高及擴(kuò)散范圍；

4）澆筑過(guò)程盡量選擇平潮時(shí)進(jìn)行。

4.6 承臺(tái)施工

承臺(tái)鋼筋砼施工前需要進(jìn)行如下工序：

1）按照要求割除鋼護(hù)筒，鑿除樁頭；

2）量出整個(gè)封底砼頂面的高程情況，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行高鑿低補(bǔ)，確保承臺(tái)底面標(biāo)高滿足設(shè)計(jì)要求；

3）對(duì)鋼套箱內(nèi)進(jìn)行全面的清理和補(bǔ)漏，提供承臺(tái)鋼筋砼施工的無(wú)水工作面。

加蓬鋼吊箱一次性綁扎完成，承臺(tái)混凝土分兩次澆筑，第一層澆筑0.7～1.5 m，第二層澆筑剩余混凝土。施工過(guò)程需要注意墩柱預(yù)埋筋的精確預(yù)埋。對(duì)于主橋主墩的大體積混凝土承臺(tái)需要按照設(shè)計(jì)位置準(zhǔn)確預(yù)埋冷卻水管，做到澆筑完成后15 d 內(nèi)連續(xù)通水降溫及表面養(yǎng)護(hù)。

4.7 鋼吊箱模板拆除

鋼吊箱模板拆除前首先需要將側(cè)模上口壓梁及鎖緊精軋螺紋鋼進(jìn)行拆除，再將大塊模板間豎縫的所有螺栓進(jìn)行拆除，水下部分潛水員水下拆除。鋼吊箱側(cè)模大塊起吊時(shí)，側(cè)板與底板三角楔塊間嵌縫鎖緊的鋼筋頭自然脫落，側(cè)板便可與底板分離。

注意事項(xiàng)：

1）大塊模板吊裝，需要專人指揮，注意吊裝安全；

2）水下拆除模板螺絲，注意潮水水位，水流湍急的落潮時(shí)候禁止水下作業(yè)。

4.8 大體積混凝土溫控

溫度監(jiān)測(cè)，在混凝土中埋入一定數(shù)量的測(cè)溫儀器，測(cè)量混凝土不同部位溫度變化過(guò)程，檢驗(yàn)不同時(shí)期的溫度特性和溫差標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)溫控措施效果不佳，達(dá)不到溫控標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可及時(shí)采取補(bǔ)救措施。

溫度感應(yīng)計(jì)采用GDC-2 型建筑電子測(cè)溫儀，精度0.5 ℃，測(cè)溫線精度0.3 ℃。在承臺(tái)混凝土縱、橫向布置溫度傳感器，以22#主墩承臺(tái)為例，整個(gè)承臺(tái)溫度傳感器沿高度（4 m）方向設(shè)置4 層，分別距離承臺(tái)底面0.5 m、1.5 m、2.5 m、3.5 m。

4.9 測(cè)量及質(zhì)量控制要點(diǎn)

測(cè)量人員在護(hù)筒外側(cè)引測(cè)一水準(zhǔn)面，并做好標(biāo)記，用于控制底板安裝標(biāo)高。

底板安裝完成后，在底板面上放樣承臺(tái)軸線及邊線，并彈墨線，依據(jù)墨線在承臺(tái)邊線內(nèi)側(cè)焊接三角限位塊，用于控制側(cè)模安裝位置。及時(shí)觀測(cè)側(cè)板安裝位置及垂直度，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)糾正。

下放時(shí)，確保鋼套箱下放時(shí)各吊點(diǎn)受力均勻，下放要統(tǒng)一指揮，達(dá)到操作步調(diào)一致，同步緩慢整體下放套箱。套箱每下放100 cm 即需對(duì)套箱側(cè)板標(biāo)高進(jìn)行觀測(cè)。若觀測(cè)發(fā)現(xiàn)不同步時(shí)，應(yīng)立即停止下放，在對(duì)觀測(cè)點(diǎn)的平面和高程檢查并對(duì)局部下放點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整一致后，方可再次下放。鋼套箱下放到位后，測(cè)量組復(fù)測(cè)各觀測(cè)吊點(diǎn)標(biāo)高承臺(tái)軸線平面位置以及鋼套箱垂直度，待調(diào)整好位置及標(biāo)高后，將套箱固定。

鋼筋下料時(shí)注意檢查鋼筋表面無(wú)污跡，無(wú)銹蝕,由于承臺(tái)鋼筋用量大、層數(shù)多、面積廣，加設(shè)必要的架立鋼筋。鋼筋機(jī)械連接接頭必須滿足規(guī)范要求。

樁切頭完成及套箱內(nèi)清理完成后，需要對(duì)套箱內(nèi)表面進(jìn)行清理、打磨、涂刷脫模劑，隨后開(kāi)始承臺(tái)鋼筋綁扎。

澆筑混凝土前，需要對(duì)承臺(tái)冷卻水管進(jìn)行通水檢查，防止不通。

5 鋼吊箱施工工藝優(yōu)化措施

5.1 拼裝支架牛腿優(yōu)化

鋼吊箱拼裝平臺(tái)承重牛腿（扁擔(dān)梁）經(jīng)過(guò)計(jì)算改進(jìn)為I25b 工字鋼穿護(hù)筒代替牛腿。

優(yōu)點(diǎn)：傳統(tǒng)牛腿構(gòu)件需要進(jìn)行大量焊接，且拆除時(shí)操作人員需要在鋼套箱底部進(jìn)行割除，工作量大且危險(xiǎn)性高。

拼裝支架拆除時(shí)，下放千斤頂上行，拼裝支架卸載，吊車(chē)將其抽出，方便快捷，安全性得到保證。前提需要對(duì)工字鋼扁擔(dān)梁進(jìn)行計(jì)算，確?？箯澕翱辜魸M足要求。

5.2 鋼吊箱底板材料優(yōu)化

鋼吊箱使用一次性鋼底模代替?zhèn)鹘y(tǒng)預(yù)制混凝土底板。

缺點(diǎn)：鋼底模為一次性構(gòu)件，成本較高，后期具有優(yōu)化空間。

優(yōu)點(diǎn)：鋼底模連接較混凝土底板緊密，整體性好。傳統(tǒng)預(yù)制混凝土板底板上裝有預(yù)埋件，鋼吊箱側(cè)模與底板進(jìn)行焊接連接，側(cè)模板的拆除一律需要進(jìn)行水下切割，且對(duì)側(cè)模鋼結(jié)構(gòu)損傷較大，成本投入大，施工復(fù)雜。加蓬PO 項(xiàng)目鋼吊箱使用的鋼底模與側(cè)模通過(guò)精軋螺紋鋼鎖緊，拆卸方便，不需要水下切割，方便快捷，安全性高。

5.3 鋼吊箱下放系統(tǒng)優(yōu)化

傳統(tǒng)鋼吊箱下放使用機(jī)械螺旋千斤頂下放，加蓬鋼吊箱在較小的三樁承臺(tái)及南汊河141#主墩承臺(tái)也使用過(guò)32 t 機(jī)械螺旋千斤頂（如圖4），經(jīng)過(guò)比較及優(yōu)化，后期改為YDC-750 穿心式油壓千斤頂作為下放千斤頂。

圖8 鋼套箱拼裝支架及底板底縱梁

圖9 鋼套箱底板及側(cè)板拼裝

圖10 優(yōu)化后的拼裝支架牛腿

優(yōu)點(diǎn)：1）節(jié)省人工。傳統(tǒng)機(jī)械螺旋千斤頂每個(gè)下放點(diǎn)配備4 人（兩人一組，交替操作），采用油壓千斤頂每個(gè)下方點(diǎn)僅需要配置1 人，按照每個(gè)承臺(tái)4 個(gè)下放點(diǎn)計(jì)算，每次下放節(jié)省12 人，對(duì)于海外人工成本較高的情況下具有一定的使用價(jià)值。2）節(jié)省時(shí)間。傳統(tǒng)螺旋千斤頂單次下放高度不超過(guò)18 cm（千斤頂行程），每次下放耗時(shí)約15 min。采用油壓千斤頂每次下放耗時(shí)約5 min，節(jié)省2/3的時(shí)間。也具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

6 結(jié)語(yǔ)

加蓬PO 項(xiàng)目鋼吊箱施工中，經(jīng)過(guò)對(duì)傳統(tǒng)工藝的傳承及針對(duì)性優(yōu)化，取得了一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，為今后水中承臺(tái)鋼吊箱施工積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，希望本文能夠?qū)窈蟮匿摰跸涫┕ぬ峁┮欢ǖ膮⒖肌?/p>