刘恩龙

（中铁二十二局集团第一工程有限公司，黑龙江 哈尔滨 150000）

钢吊箱围堰施工技术广泛应用于桥梁基础工程建设中，很好地解决了水中承台的施工问题。目前，主要采用整体式吊装钢吊箱的施工方法进行施工。钢吊箱围堰对海（河）底地质环境要求较高，在深淤泥层中应用相对困难。若利用钢护筒搭设钢横梁，材料不便于拆除、周转，不适用于浅海区、深淤泥层、小体积承台施工。本文通过采用钻孔桩施工平台钢横梁悬挂钢吊箱的施工方法，解决了传统钢吊箱围堰钢材用量大、施工工期长、周转率低的问题，且此方法适用浅海区、深淤泥层区、小体积承台施工，在惠州港荃湾特大桥浅海承台施工中取得良好的实效。

专用线起于惠大进港线（黄浪角浅海填充区域），终点为纯洲岛，其位于白寿湾和荃湾港浅海水域内，水深1.0～2.5m，属浅海区，海域潮汐类型为不规则半日混合潮型，海水流速不大。专用线全长2.715km，其中荃湾特大桥桥长1 430.02m。桥梁孔跨样式为8.5mT型桥台+84×16.7m单门刚构+11.0mT型桥台。桥梁桩基础为C40水下钻孔灌注桩，小里程桥台和桥墩基础桩径125cm，大里程桥台基础桩径150cm，桩身伸入承台20cm；
全桥除大亚湾台、1号墩小里程侧、12、13、14号墩、83号墩大里程、纯洲承台以外，其他承台均采用钢吊箱施工方法。承台混凝土强度为C50，每孔刚构梁有2个承台，尺寸为2.25m×6m×1.5m；
全桥共160个承台采用钢吊箱施工方法。

2.1 施工条件

（1）施工期间水位为1.56～2.02m，平均水深1.0～2.5m。

（2）承台顶设计高程1.95m，高度为1.5m。

（3）施工便道为8m宽钢栈桥。

（4）钻孔桩采用钻孔钢平台施工，并采用Φ1.45m钢护筒支护到岩面。

2.2 钢吊箱设计思想

结合现场实际条件及承台体积较小、结构紧凑等特点，确定钢吊箱承台施工工艺如下：

（1）利用钻孔平台，在6.25m范围内采用钻孔钢管桩和I45a工字钢下横梁，新增2[40b双拼槽钢纵梁吊挂Φ32mm精轧螺纹钢作为悬持支撑体系，下放钢吊箱。

（2）钢吊箱拼装完成后，利用吊车整体吊装钢吊箱直至设计标高。

（3）混凝土封底施工的封底混凝土厚20cm，主要作用是阻水。

（4）采用钢吊箱作为承台模板，承台应一次浇筑成型。

2.3 总体结构

钢吊箱围堰主要由底模托梁、底模、侧模A、侧模B、精轧螺纹钢、上部提吊梁、吊架等组成，总高度2.3m（不含底板和龙骨），围堰内不设支撑。为方便加工、运输和围堰侧板倒用，将围堰沿周长分4块，围堰侧板兼做承台侧模。侧板A宽度为5.992m，单块最大吊重约1.767 8t；
侧板B宽度为2.462m，单块最大吊重为0.732 6t；
侧板各单元块之间采用5.6级M20普通螺栓连接（设置双垫片，螺帽、螺母位置各设置1个垫片），侧板与底板之间采用5.6级M20普通插销连接（一端有螺帽，一端无螺栓、螺母，上部用铁丝绑住，防止丢失）。

侧模和底模由面板、横纵加劲筋板、背楞槽钢、加强工字钢、加强角钢等组成，其面板材料为6mm厚钢板；
底模采用δ6mm×50mm扁钢作为横纵加劲筋板，采用∠50×6mm等边角钢作为横纵加强角钢；
侧模采用δ6mm×100mm扁钢作为横纵加劲筋板，2[10槽钢作为背楞。底模托梁采用2根长7.3m的2I25a双拼工字钢，在双拼工字钢上、下翼缘板处分别加焊δ10mm×220mm×7 300mm补强钢板，两端预留Φ52mm孔，用于安装吊架，连接精轧螺纹钢吊杆。上部提吊梁由2根长6.7m的2[40b双拼槽钢组成，双拼槽钢沿双面翼缘板共焊接10块δ10mm×300mm×300mm缀板后，拼接一体。吊杆采用4根5m长、Φ32mm的PSB930精轧螺纹钢，从上部提吊梁悬挂底模托梁组成悬持支撑体系。

2.4 主要结构计算

2.4.1 提吊梁吊杆计算

提吊杆选用Φ32mm的PSB930精轧螺纹钢，抗拉强度标准值为790MPa，截面积A=804.2mm2。4根吊杆承担一个吊箱模板及混凝土的重量。

钢吊箱重量G1=75kN；

混凝土的容重取26kN/m3；

混凝土重量G2=(2.25×6-2×1.45×1.45×3.14/4）×1.7×26=450.79kN(减去钢护筒顶部混凝土重量)；

4根提吊杆的拉力G=1.2(G1+G2)=1.2×(75+450.79)=630.95kN(1.2为安全系数)；

单根提吊杆的拉力F=1.5×625.0/4=234.38kN(1.5为安全系数)；

结果满足2倍的安全系数。

2.4.2 上部提吊梁计算

上部提吊梁如图1所示。

图1 上部提吊梁示意图

分配梁受力简化如图2所示(取160kN)。

图2 分配梁受力简化示意图

上部提吊梁选用双拼[40b槽钢，其截面惯性矩I=37 280×104mm2，截面系数W=1 864×103mm2。

①强度验算：通过结构力学求解器建模，求得最大弯矩。

结果满足要求。

②挠度验算：通过结构力学求解器建模，求得最大挠度。

右侧吊杆处ωmax=15mm

结果满足要求。

2.4.3 钢吊箱浮力计算

经现场观测海水水面高程在1.56～2.02m之间。主要参数有混凝土容重26kN/m3，水的浮力10kN/mm3，钢护筒与封底混凝土的摩阻力取150kN/m2，钢吊箱质量7.5t。受力分析：封底混凝土为2.04m3，受力=2.04×26=53.04kN。封底混凝土与钢护筒摩阻力：每个钢护筒与封底混凝土的接触面积为0.910 6m2，总合计受力为0.910 6×2×150=273.18kN，钢吊箱自重7.5×10=75kN。

①工况一：在浇筑封底混凝土前，假设钢吊箱上浮的水位高程为H1，极限状态为钢吊箱自重=浮力。

承台设计底高程0.45m+0.56m=水位高程1.01m

因此，在封底混凝土浇筑前，海水水位高程＞1.01m时，钢吊箱上浮。

②工况二：封底混凝土浇筑完成后，假设钢吊箱上浮的水位高程为H2，极限状态为钢吊箱自重+封底混凝土重力+摩阻力=浮力。

因此，在封底混凝土浇筑完成后，钢吊箱不会上浮。

3.1 施工工艺流程

拆除指定位置平台→护筒周边清淤至提吊梁以下至少0.5m（退潮时）→吊车或手拉葫芦安装I25a提吊梁和精轧螺纹钢（退潮时）→吊车安装[40b提吊分配梁，精确定位后，将其点焊在平台I45a工字钢上→在岸上将钢吊箱侧模、底模拼装连接成整体→利用吊车将拼装成整体的底模侧模吊装、安放在I25a底模托梁上（退潮时）→测量人员校模（模板四周安放手拉葫芦定位）→进行底模与护筒间的焊接环形加固，加固侧模外侧与周边护筒或钢管立柱，防止浮箱→浇筑20cm厚封底混凝土（抽水后浇筑）→打磨模板、涂刷脱模剂→安装事先加工好的承台钢筋、墩身钢筋（安装钢筋保护层垫块）→浇筑承台混凝土（退潮时）→拆模、养护。

3.2 施工平台

桩基施工完成后，拆除钻孔钢平台6.25m×10.20m范围内平台钢板、I20a工字钢横梁、I36a工字钢纵梁，将钻孔钢平台中间未拆区域作为钢吊箱施工平台，如图3所示。

图3 施工平台示意图

3.3 吊架设计与制作

结合体系结构的特点，需要一种结构轻巧、合理且实用的连接构件来连接精轧螺纹钢与底模托梁，使底模托梁承受的荷载全部传递到精轧螺纹钢吊杆上。吊架由2块耳板、1块垫板、2块竖板和1个销轴组成。耳板为16mm×220mm×735mm钢板；
垫板为δ20mm×220mm×250mm钢板，竖板采用δ16mm×160mm×250mm钢板；
销轴为Φ50mm×350mm圆钢。按照吊架结构图焊接完成后，再按照设计位置安装到底模托梁上。图4为底模托梁示意图。

图4 底模托梁示意图

3.4 体系安装

首先通过测量放样，在钻孔钢平台2I45a工字钢间安装上部提吊梁，而后将φ32mm精轧螺纹钢底端控制在水面以上，进行临时固定，再将底模托梁与吊架连接固定后吊装就位，与精轧螺纹钢底端连接固定，确定底模托梁位置，保证精轧螺纹钢吊带处于垂直受力状态。

3.5 钢吊箱组拼

（1）根据钢护筒实测位置将底模切割与侧模拼装成整体钢吊箱，侧模与侧模之间用螺栓连接，螺栓拼接缝处需使用8mm厚、100mm宽的橡胶垫，螺栓拧紧后橡胶垫厚度压缩至2mm左右，用于拼接缝止水。

（2）安装钢吊箱模板时，侧模与侧模之间的螺栓连接必须设置垫片，1个螺栓配2个垫片（一端1个），侧模与底模的连接采用插销连接的方式。在钢吊箱下放前，底模与侧模四周分别用2个螺栓临时连接固定，待钢吊箱封底混凝土浇筑完成后，拆除螺栓，并在拼接缝处填塞玻璃胶止水。

3.6 钢吊箱下放

在海水落潮时可人工配合机械清淤至钢吊箱设计底高程以下0.5m，待钢吊箱拼装整体成型后，由一人指挥同时下放，吊装至底模托梁顶。精轧螺纹钢吊带底模托梁和上部提吊梁均采用栓接的方式，两端必须配双螺母。钢吊箱下放后，四角均设置手拉葫芦进行限位固定，在钢吊箱精调时可以通过手拉葫芦完成。

待钢吊箱下放到位后，测量复核钢吊箱平面位置和高程位置，同时封堵钢吊箱底模与钢护筒间的缝隙，为浇筑封底混凝土做准备。在底模切割后与侧模连接前，需沿着切口周长设置8根长度40cm、Φ20mm的钢筋，焊缝采用双面5d，另一端待钢吊箱精调完成后焊接在钢护筒封底混凝土20cm范围内，以增加钢护筒与底模间的摩擦力，如图5所示。同时，采用∠75×75mm×5mm角钢一端与钢护筒焊接固定，另一端支撑钢吊箱底模，以防止钢吊箱上浮。图6为钢吊箱下放示意图。

图5 钢吊箱与钢护筒焊接示意图

图6 钢吊箱下放示意图

3.7 封底混凝土施工

封底混凝土的主要作用是阻水，以其厚度与钢护筒的摩阻力来抵消海水对钢吊箱的浮力作用，通过计算，封底混凝土厚度为0.2m。钢吊箱未浇筑封底混凝土前，根据钢吊箱浮力计算，当海水水面高程达到1.01m时钢吊箱会上浮，因此，钢吊箱封底混凝土施工需在海水水面高程1.01m以下时完成。

封底混凝土采用C40混凝土，钢护筒与底模之间的缝隙需由人工采用发泡剂等有效措施进行封堵，同时，应将封底混凝土的坍落度控制在180～220mm之间。封底施工应在无水的条件下干封作业，宜选择在海水落潮时进行，从而保证封底混凝土有足够的凝结时间，若钢吊箱内存有少量积水，需人工清理干净。钢吊箱内四周及钢护筒上需清晰标示封底混凝土顶面位置，在施工过程中应严格控制混凝土厚度。

3.8 割除钢护筒

待封底混凝土强度不小于2.5MPa后，按设计高程人工切割钢护筒。钢护筒切割宜采取分段切割的方式，以保证施工安全，切割后的钢护筒可重复使用。钢护筒切割后，需及时清除护筒内的泥浆，并装车外运。

实践证明，在浅海潮汐地区、承台体积小、数量多、施工空间较小的情况下，采用钢吊箱围堰施工方法能够有效缩短承台的施工工期，提高钢吊箱的周转利用率和工作效率，保证承台质量，从而大幅降低施工成本。单个钢吊箱除底模无法回收外，其余材料均可周转使用。由于施工技术合理，使得施工难度小、机械要求低、安装和拆除快捷、操作方便、经济效益高，能够达到预期效果。

猜你喜欢 侧模底模钢护筒 一种大型轻便化快速安装及拆卸式钢模板建筑施工(2022年6期)2022-09-06类矩形砼管片钢模的设计与制造智能建筑与工程机械(2022年2期)2022-06-29大规格电镦侧模辅助成形方法及装置研究锻压装备与制造技术(2021年1期)2021-03-24圆形钢护筒临时存放受力性能研究黑龙江交通科技(2020年12期)2021-01-14专利产品板式消浪块预制施工技术中国水运(2020年7期)2020-11-06灵活实用的金属型低压铸造机中国铸造装备与技术(2019年6期)2019-12-04海上超长超大直径永久钢护筒高精度定位技术中华建设(2019年10期)2019-11-12某桥梁深水基础施工中钢护筒变形原因分析及对策沈阳大学学报(自然科学版)(2019年1期)2019-02-22移动模架底模折叠设计凿岩机械气动工具(2018年1期)2018-05-12浅薄覆盖层倾斜岩面大直径钢护筒施工方案比选及应用中国港湾建设(2017年11期)2017-12-19