單壁鋼吊箱設計及施工技術

【摘要】單壁鋼吊箱技術是目前圍堰工程主要的施工技術之一，在橋梁承臺施工中經(jīng)常被使用，本文對單壁鋼吊箱施工技術作以簡要的分析，并對其設計研究進行深入探討。

【關鍵詞】單壁鋼吊箱；施工技術；設計

1.單壁鋼吊箱圍堰施工的簡要介紹

佛山市南莊至西樵山根公路工程西樵大橋連接南莊和山根公路，跨越順德水道，主橋獨塔平行雙索面鋼箱梁斜拉橋，跨徑組合為120+125=245m。主墩承臺位于順德水道主航道，該位置航運較繁忙，水流湍急，施工受風、浪、流、臺風的影響較大，月最高水位差為7.5m，每年汛期既受臺風暴潮的直接侵襲，又受北江和西江洪水的直接威脅，工程建設的組織和安全控制難度高，主橋承臺采用單壁鋼吊箱施工。

單壁鋼吊箱作為水下施工的臨時性擋水結(jié)構(gòu)，其作用是通過吊箱圍堰側(cè)板和底板上的封底混凝土為承臺提供干施工環(huán)境。一般情況下，主橋承臺屬于深水高樁的大直徑圓形承臺，在深水高樁、強涌潮區(qū)的承臺施工中，擋水結(jié)構(gòu)是施工中最重要的臨時結(jié)構(gòu)，其施工的優(yōu)劣性直接體現(xiàn)出承臺施工的質(zhì)量，而在此特點的水域使用鋼吊箱作為施工的擋水支護，體現(xiàn)出經(jīng)濟性和安全性的特點。在主橋承臺施工過程中，使用大直徑圓形單壁鋼吊箱作為擋水結(jié)構(gòu)，取得了很好的效果，也為強涌潮區(qū)的圓形承臺施工提供了經(jīng)驗。

2.單壁鋼吊箱設計工況分析

對于單壁鋼吊箱工藝設計的考慮有諸多因素的參與，首先是其工況條件，根據(jù)鋼吊箱圍堰施工作業(yè)時段，設計受力狀態(tài)可按以下幾個工況進行分析，有拼裝下沉階段、封底混凝土施工階段和抽水后承臺施工階段。其次是水位條件，橋址多年平均潮水最高為7-9月份6m，枯水季節(jié)平均水位為3m，而根據(jù)吊箱施工時間安排，吊箱圍堰抽水將在枯水季節(jié)進行，目前水位為1.9m，基于此，我們確定鋼吊箱設計抽水水位為+3.00m，以此水位條件控制鋼吊箱設計。在洪水來臨之際，暫不施工。然后是結(jié)構(gòu)設計條件，綜合各工況條件，潮位條件確定鋼吊箱結(jié)構(gòu)設計條件：58#墩（水最深，以此墩為例）；圍堰平面內(nèi)凈尺寸：11.4m×9.4m（比承臺平面尺寸大10cm，考慮吊箱圍堰側(cè)板兼做承臺模板）；側(cè)板頂面設計標高+3.99m；底板頂面設計標高-3.01m；側(cè)板高7m；內(nèi)支撐標高+3.99m，+1.49m（承臺高度范圍內(nèi)無支撐）；設計抽水潮位+3.0m。

3.單壁鋼吊箱設計

單壁鋼吊箱圍堰的作用是通過吊箱圍堰側(cè)板、底板和封底混凝土圍水，為承臺施工提供無水的施工環(huán)境，根據(jù)有底鋼吊箱使用功能，將其分為側(cè)板、底板、內(nèi)支撐、吊掛系統(tǒng)四大部分，其中，側(cè)板、底板和封底混凝土是鋼吊箱圍堰的主要阻水結(jié)構(gòu)并兼作承臺模板。鋼吊箱支撐梁在拼裝底板前放置在焊接在鋼護筒的牛腿上，支撐梁由上、下兩層型鋼梁組成，可分別按上述工況進行計算確定支撐梁截面，支撐梁上面放置預制混凝土底板，底板事先在岸側(cè)分塊預制好，并在每個分塊處留1cm的縫隙，以方便安裝。底板尺寸比套箱側(cè)板大50cm左右，即采用“底包側(cè)”的方案。同時，要利用鉆孔樁護筒設置拼裝平臺，在鉆孔樁護筒上同一水平高度焊接承重牛腿，牛腿上放置底梁，然后在底縱梁上鋪設吊箱底板，將側(cè)板在底板上拼裝成箱體，側(cè)板拐角處墊橡皮條并涂防水膠以保證吊箱泌水性。其中，底縱梁選用滿足受力要求的型鋼結(jié)構(gòu)，并用鋼絲繩拴于鉆孔平臺上，待以后拆模抽取縱梁。

上承系統(tǒng)是以鉆孔樁鋼護筒為依托將鋼吊箱懸掛其上進行鋼吊箱的拼裝、下沉、澆筑封底混凝土等工作。起吊系統(tǒng)包括承重梁、滑車、吊桿等部分，承重梁是由工字鋼組成，主要承受吊箱的重量，起吊系統(tǒng)的下沉是通過5t鏈滑車實現(xiàn)，吊桿用Φ32精軋螺紋鋼，由Φ32螺紋鋼螺母加墊片固定，當?shù)跸湎鲁恋轿缓螅瑵仓禄炷林皩⒌鯒U另一端通過螺紋鋼連接器加墊片固定在承重梁上。鋼吊箱下沉入水后受水流作用，會向下游漂流，吊箱下放到位后，為防止水流壓力、波浪壓力及靠船力等動荷載對自由懸掛的鋼吊箱發(fā)生擾動，在吊箱、護筒上設置了導向定位器。導向定位器定位基點在鋼護筒上，要與鋼護筒焊接，與鋼吊箱側(cè)板留30mm～40mm的間距。懸吊系統(tǒng)Φ32精軋螺紋鋼作為吊桿，使用螺紋鋼連接器和螺母，根據(jù)吊箱重量預留一定的安全儲備，主要是以最大受力吊桿伸長量來控制。詳見下圖1。

圖1 鋼吊箱立面圖

4.單壁鋼吊箱施工

鋼吊箱的拼裝設計是利用鉆孔樁施工平臺，鉆孔樁施工完成后，撤離鉆機，整理施工平臺，在鋼管樁與鉆孔樁鋼護筒間焊接型鋼作為首節(jié)鋼吊箱的施工平臺，利用25T汽車吊進行吊裝分節(jié)組拼、接高等相關吊裝作業(yè)。

在吊箱內(nèi)護筒上焊接工作平臺，先用倒鏈將底縱梁提高，割除牛腿后，同步松多個倒鏈，下沉鋼吊箱，下沉過程中仔細觀察倒鏈受力的松緊程度，再適時調(diào)整，以保證倒鏈承重均勻。下沉全過程，用測量儀器控制方位，使吊箱準確就位。也可以采用逐節(jié)拼裝下沉鋼吊箱的方法，通過實踐，這種方法在深水承臺施工中獲得了成功，此方法不僅無須大型水上施工設備，而且經(jīng)濟、方便、快捷。還可以采用單壁吊箱結(jié)構(gòu)在下沉時利用鉆孔固定平臺的方法，以護筒為依托，節(jié)約吊箱以及輔助材料所用的鋼材，更安全可靠，且施工速度快。

封底混凝土灌注是吊箱圍堰施工成敗的一大關鍵，主要難點是水下混凝土灌注面積大，而且水位深，在吊箱混凝土封底中，混凝土隨時可能被水沖刷稀釋而解散，質(zhì)量難以保證。封底前做好各項準備工作，將底板與護筒間的縫隙封堵壓緊，確保封底混凝土的握裹力，同時增強封底混凝土的止水效果，澆筑時采用水下不離析自流平混凝土，動態(tài)監(jiān)測澆筑面，使封底混凝土質(zhì)量大大提高，保證了承臺施工質(zhì)量，使得承臺施工質(zhì)量優(yōu)良。經(jīng)過精心組織、科學施工后，承臺各分項工程合格率達到100%，優(yōu)良率達到95%。

待混凝土強度達到設計強度時，用水泵將吊箱內(nèi)的水抽出，抽水過程中，嚴密觀察吊箱變形情況及吊箱水泌情況，一旦發(fā)表漏水則將吊箱漏水處用棉絮堵死。由于吊箱自重較大，所以起重倒鏈與鋼絲繩的安裝工作必須嚴格按照起重規(guī)范進行操作。

5.結(jié)束語

最后，通過文章對單壁鋼吊箱施工技術的簡要介紹和對其技術設計的深入探討，更好的為圍堰工程奠定基礎，作為臨時的擋水結(jié)構(gòu)，單壁鋼吊箱無疑是成功的擋水做法，保證了工程的質(zhì)量和安全。

參考文獻

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