秀山大橋海上承臺鋼吊箱施工的關(guān)鍵技術(shù)

（中交二航局第一工程有限公司，湖北 武漢 430012）

一、工程概況

浙江秀山大橋路線全長3063m，采用公路Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，雙向四車道，副通航孔橋為6跨連續(xù)剛構(gòu)變截面箱梁，跨徑布置為81+4×153+81＝774m，從6#墩至11#墩，其中6#墩座落在重力錨上，不設(shè)承臺，7#墩至11#墩均在海中，設(shè)有承臺，最大承臺平面尺寸為26.9m×17m，采用鋼吊箱施工工藝。承臺所處海域最深達(dá)40m，流速最大為4.0m/s，且伴有斜坡、裸巖、涌大等因素，導(dǎo)致鋼吊箱施工異常艱難。

二、工程特點

鋼吊箱運輸時需要經(jīng)過正在施工的7#墩～16#墩，施工船舶較多，安全風(fēng)險極大；斜坡、裸巖地質(zhì)條件，導(dǎo)致起重船定位困難，安全風(fēng)險大；墩位所處海域流急、涌大，鋼吊箱安裝定位精確度要求高，施工難度大，風(fēng)險高；鋼吊箱吊裝時，為確保鋼吊箱底板順利通過鋼護筒，根據(jù)實測現(xiàn)場鋼護筒偏位情況，調(diào)整底板的開孔，對吊箱底板開孔精度要求高；封底混凝土平整度要求控制在5cm內(nèi)，大體積水下混凝土澆筑，控制難度非常大。

三、鋼吊箱施工

（一）方案選定

承臺施工最初提出兩個方案：第一是依附樁基礎(chǔ)群搭設(shè)平臺，進行鋼吊箱施工；第二為預(yù)制鋼吊箱，通過起重設(shè)備安裝。

由于墩位處水流急，平潮期短，且本地氣候多風(fēng)多雨多霧，不但施工風(fēng)險大，而且有效施工時間短，同時施工過程中材料轉(zhuǎn)運異常困難，從施工安全及可行性方面考慮，最終選擇第二套施工方案。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況將鋼吊箱制作定在16#墩位處，主要原因如下。

1. 16#墩處于深海和灘涂的交界處，材料供給方便，起重設(shè)備能正常起吊。

2. 16#墩樁基施工完成，平臺結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

3. 16#墩左側(cè)有一臨時碼頭，右側(cè)有一喂梁平臺，樁基施工平臺與臨時碼頭、喂梁平臺連接起來，尺寸能滿足鋼吊箱制作、拼裝所需場地。

9#墩承臺鋼吊箱尺寸、重量最大，這里就選取9#墩鋼吊箱進行描述。9#墩鋼吊箱尺寸為27.892m×18.192m，高9.7m，重270t。

（二）鋼吊箱制作

鋼吊箱作為承臺施工時的擋水和模板結(jié)構(gòu)，經(jīng)過對各個受力工況的分析與計算，鋼吊箱采用單壁結(jié)構(gòu)，壁體主要由8mm面板、HM588×300環(huán)向主梁、HM350×175加強環(huán)向次梁、HN350×175豎向次梁、HN150×75環(huán)向次梁組成。分塊壁體底部及兩側(cè)均設(shè)置有輕型36拼接槽鋼，并開設(shè)23.5mm拼接螺栓孔，通過螺栓完成壁體連接。為便于壁體拆除，壁體與底板連接方式為螺紋鋼套筒對拉連接。在壁體上設(shè)置有連通器，用于鋼吊箱下放時向吊箱內(nèi)注水。具體制作流程如下。

1. 先進行底板加工，由于底板尺寸大，分單元塊加工，加工完成后，利用兩臺履帶吊翻面，后將各單元塊焊接在一起。

2. 底板加工完成后安裝吊箱壁體，吊箱壁體組拼過程中要控制吊箱尺寸偏差不大于1cm，垂直度不大于0.5%。

3. 吊箱壁體安裝完后，進行挑梁、吊耳施工，在挑梁、吊耳施工前，測量在壁體上測放出設(shè)計標(biāo)高，并做出記號，指導(dǎo)挑梁施工。

4. 挑梁施工完成后，安裝連接底板及壁體連接螺栓，為便于后期壁體拆除，連接螺栓采用直徑25mm螺紋鋼，兩頭車絲，分別鎖定在底板及HM350×175加強環(huán)向次梁上。

5. 利用全站儀在吊箱底板上放出實際樁位中心坐標(biāo)，標(biāo)示開孔范圍輪廓線。底板開孔前對鋼護筒的實際坐標(biāo)、橢圓度、傾斜度及傾斜方向進行了測量。

6. 鋼吊箱整體焊接完成后對焊縫進行探傷同時組織各單位驗收，合格后方可投入使用。

（三）起重船與吊索選型

9#墩承臺鋼吊箱重量約270t，高9.7m，平面尺寸：27.892m×18.192m。綜合考慮鋼吊箱吊裝重量及現(xiàn)場水文及波浪等條件，鋼吊箱采用600t自航起重船，進行整體吊裝。600t自航起重船在16#墩側(cè)面水域起吊鋼吊箱，此起重船配備兩臺850匹馬力發(fā)電機組，在功率900匹錨挺配合牽引下自航到安裝水域進行定位作業(yè)，自航能力滿足要求.

1. 鋼絲繩選型

以重量最大267.8t的9#墩鋼吊箱作為吊索計算荷載，采用起重船兩個主鉤，4點起吊（沒點兩根鋼絲繩），單個鉤頭吊裝鋼絲繩與水平面的夾角為75。則單根鋼絲繩所受力為：F=267.8×10÷8÷sin75=346.6kN。

采用4根24m長的鋼絲繩受力，鋼絲繩安全系數(shù)取6，鋼絲繩計算拉力為346.6×6=2079.6kN。

先將鋼絲繩兩端銷栓在鋼吊箱的吊耳上，再將鋼絲繩栓掛在起重船的主吊鉤上。4根起吊鋼絲繩全部安裝后，再次檢查各吊點銷軸，合格后起吊鋼吊箱。選擇小潮汛、良好氣象條件時吊裝鋼吊箱。

2. 銷軸及吊耳施工

鋼絲繩與吊耳間通過銷軸連接，吊耳由專業(yè)廠家設(shè)計，具體鋼絲繩、銷軸及吊耳連接。如圖1所示。

（四）其他準(zhǔn)備工作

1. 鋼吊箱起吊前對鋼吊箱內(nèi)進行清理，清除所有臨時施工構(gòu)件，防止在安裝過程出現(xiàn)墜落造成人員傷亡。

2. 支撐牛腿焊接在拆除鉆孔平臺并完成鋼護筒割除后，每個鋼護筒內(nèi)側(cè)焊接四組支撐牛腿，牛腿焊接前，需進行標(biāo)高測量，并用油漆筆在設(shè)計標(biāo)高位置做記號，指導(dǎo)牛腿焊接，確保牛腿標(biāo)高與設(shè)計標(biāo)高一致。

3. 導(dǎo)向裝置設(shè)置

為了便于鋼吊箱順利下放，對鋼吊箱采取分級導(dǎo)向措施。在承臺每個角分別設(shè)置一個比牛腿頂標(biāo)高高40cm、20cm鋼護筒，作為鋼吊箱下放過程中的導(dǎo)向。

（五）鋼吊箱安裝施工

在鋼吊箱吊裝前，提前與當(dāng)?shù)貧庀蟛块T取得聯(lián)系，對施工范圍內(nèi)的天氣情況做精準(zhǔn)預(yù)報，確保鋼吊箱吊裝過程中不會有突發(fā)性的惡劣天氣。

鋼吊箱安裝時間選擇：在高平潮前1小時，600t起重船在拼裝鋼吊箱的16#墩側(cè)拋錨定位，并掛鉤起吊鋼吊箱。自航到現(xiàn)場，拋錨定位，并將鋼吊箱懸吊在鋼護筒頂部區(qū)域，隨潮位下降，通過導(dǎo)向鋼護筒，將鋼吊箱下放，然后進行鋼吊箱調(diào)整定位。

鋼吊箱安裝前，現(xiàn)場對起重船安裝鋼吊箱進行了模擬試驗（空載）。模擬起吊鋼吊箱前后拋錨、收錨一切正常，但當(dāng)起重船行至施工現(xiàn)場拋錨定位時，發(fā)生跑錨現(xiàn)象后，立馬利用拖輪協(xié)助起重船返回16#墩平臺處。分析原因為施工海域斜坡、裸巖無覆蓋層，由于錨的重量和數(shù)量不足，導(dǎo)致跑錨現(xiàn)象發(fā)生，后決定將錨的數(shù)量增加至8個，并加大錨的重量。

圖1 鋼絲繩、銷軸、吊耳連接圖

鋼吊箱安裝施工流程如下：

1. 鋼吊箱吊裝，起重船拋錨停靠在16#平臺處，進行鋼吊箱起吊工作。

2. 在拖輪、起錨艇的配合下運至施工現(xiàn)場，拋錨定位。

3. 起重船拋錨定位完成后，將起重船卷揚系統(tǒng)上的兩根抗風(fēng)纜繩栓掛在鋼吊箱的頂口上，用于保證鋼吊箱在起吊過程中平穩(wěn)及后期平面位置的調(diào)整。

4. 通過絞車錨纜調(diào)整鋼吊箱平面位置，鋼吊箱中心位置與設(shè)計中心位置大致對齊時，停止移動起重船。緩慢下放鋼吊箱，當(dāng)下放至距離導(dǎo)向鋼護筒20cm左右時，停止下放。施工人員通過鋼吊箱壁體爬梯進入鋼吊箱內(nèi)，觀察導(dǎo)向樁與鋼吊箱對應(yīng)底板孔的相對位置，指揮起重船下放鋼吊箱，導(dǎo)向樁全部進入鋼吊箱后，再次停止下放，施工人員轉(zhuǎn)移至鋼吊箱頂部挑梁上，指揮鋼吊箱繼續(xù)下放。

5. 當(dāng)鋼吊箱吊放到離設(shè)計標(biāo)高5cm時，測量人員量測鋼吊箱平面位置，精確調(diào)整到位后，將鋼吊箱落放到位。測量再次量測鋼吊箱偏位，如符合設(shè)計要求，解除鋼吊箱上的鋼絲繩和抗風(fēng)纜繩，起重船起錨駛離施工現(xiàn)場。如不符合設(shè)計要求，繼續(xù)調(diào)整鋼吊箱平面位置，由于非導(dǎo)向鋼管樁頂口為水平，調(diào)節(jié)偏位通過切割4個角導(dǎo)向樁槽口護筒壁來實現(xiàn)，具體方法如下：先了解鋼吊箱偏位情況，然后定尺寸切割導(dǎo)向樁槽口，起重船再次起吊鋼吊箱約2cm，通過纜風(fēng)繩調(diào)整偏位，到位后，下放鋼吊箱，測量復(fù)測，直至鋼吊箱偏位滿足設(shè)計要求。

6. 鋼吊箱安裝精確定位后，不能及時澆筑封底砼，此時鋼吊箱在海況風(fēng)浪作用下，外力對鋼吊箱的安全穩(wěn)定性影響較大，需要進行臨時加固。主要加固措施為將鋼吊箱挑梁與擱置鋼護筒牛腿及鋼護筒頂口焊接并在四角設(shè)置限位裝置。

7. 為了提高鋼護筒與封底混凝土之間的粘結(jié)力，對鋼護筒外壁進行清洗，除去其外表的附著物。

8. 將每個鋼管樁對應(yīng)底板哈弗板連接成整體，哈弗板與鋼護筒之間的間隙用砂袋封堵。

（六）鋼吊箱封底混凝土澆筑

由于設(shè)計低潮位標(biāo)高-1.52m，鋼吊箱設(shè)計底標(biāo)高-4.3m。不具備干施工條件，現(xiàn)場采用水下封底施工方法。

1. 布料導(dǎo)管布置

布料導(dǎo)管采用澆筑鉆孔樁混凝土的導(dǎo)管，導(dǎo)管為φ325mm無縫鋼管制成，快速螺紋接頭，導(dǎo)管接頭處設(shè)2道密封圈，保證接頭的密封性。導(dǎo)管固定在鋼吊箱的施工作業(yè)平臺上，固定導(dǎo)管的支架在拼裝鋼吊箱時焊接好。在澆筑封底混凝土前，制作2個9m3容積的大料斗和1m3小料斗，導(dǎo)管底口距離鋼吊箱底板約20cm。首封混凝土方量根據(jù)公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范8.2.11公式計算確定為5.1m3。

水下混凝土在底板上的流動作用半徑，一般在5m～8m之間，按6m流動半徑布設(shè)布料導(dǎo)管，導(dǎo)管使用前進行水密試驗。9#承臺平面尺寸為26.9m×17m，布置6個布料點即可滿足封底混凝土施工需要。每個布料導(dǎo)管上安裝一個9m3的大料斗和1m3小料斗，用于澆筑封底混凝土。澆筑時，采用從一側(cè)向前逐步推進的工藝進行灌注。

2. 封底混凝土澆注

承臺封底混凝土為水下C20混凝土，最大封底混凝土方量為808m3,利用水上攪拌船1603#進行施工，最大倉容量1000m3，兩臺布料桿，兩臺攪拌站的攪拌能力150m3/h，約8小時內(nèi)完成最大承臺混凝土澆筑。

需要注意的是，由于封底高度僅2.0m，導(dǎo)管在封底完成后一次性拔除，中途不再拔除。為確保封底頂面平整及其與壁體和底板的結(jié)合質(zhì)量，封底混凝土的上升需要在吊箱內(nèi)多點監(jiān)測，做到臨近布料點的位置既不多澆而超高，遠(yuǎn)離布料點的位置既不少澆而過低。

特別注意的是鋼吊箱四角、鋼吊箱壁體與鋼護筒間由于鋼護筒遮擋，混凝土標(biāo)高偏低，需進行補澆找平。將澆筑平臺移至需補澆位置，導(dǎo)管插入此處封底混凝土內(nèi)10cm，再次采用首封的方法澆筑。

封底混凝土達(dá)到設(shè)計強度后，關(guān)閉鋼吊箱壁體上預(yù)留的閥門，開始從鋼吊箱內(nèi)緩慢抽水。抽水時注意觀察壁體的變形情況，如發(fā)生異常，應(yīng)立即停止抽水。