洪塘大橋主墩承臺(tái)鋼吊箱圍堰設(shè)計(jì)及施工技術(shù)探討

■蔡曉戀

(福州海峽建設(shè)發(fā)展有限責(zé)任公司，福州 350001)

1 工程概況

福州洪塘大橋拓寬改建工程路線總長約2.2078km。分主橋、東引橋、西引橋及三環(huán)立交，橋梁通航等級(jí)為內(nèi)河Ⅳ級(jí)航道。主橋采用獨(dú)塔雙索面自錨式懸索橋，跨徑布置為(50+150+150+50)m=400m，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，主梁結(jié)構(gòu)為鋼箱梁，橋面寬52m。其中9#～15#墩根據(jù)其水深及通航設(shè)計(jì)采用設(shè)圓弧整體式六邊形承臺(tái)方案施工，承臺(tái)共計(jì)14個(gè)，擬采用有底鋼吊箱作為模板施工。其中13#主墩承臺(tái) 2個(gè)，平面尺寸為26.4m(橫橋向)×14.4m(順橋向)，承臺(tái)高度5m，封底砼高2m，設(shè)R2000圓弧倒角。

2 水文地質(zhì)條件

本地區(qū)屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，一般每年4月～7月上旬為梅雨季，7月～10月為臺(tái)風(fēng)雨季也是洪水期，每年的10月至次年的4月為非汛期，有利于進(jìn)行水中樁基、承臺(tái)施工。河道最大漲潮流速1.01m/s，最大落潮流速1.05m/s。橋位附近流場(chǎng)平順，無漩渦和強(qiáng)大穩(wěn)流區(qū)，水流條件較好，洪水期間最大流速1.7m/s。本項(xiàng)目為強(qiáng)潮陸相河口，潮型屬正規(guī)半日潮，一天兩漲兩落。平均高潮位為4.98m，平均低潮位為2.36m，平均潮差為2.62m。橋址區(qū)覆蓋層主要由雜填土、中砂及卵礫石層組成，下伏基巖為花崗巖巖，局部分布有凝灰?guī)r。

3 鋼吊箱設(shè)計(jì)

根據(jù)鋼吊箱施工流程主要計(jì)算鋼吊箱起吊下放、鋼吊箱澆筑封底混凝土、鋼吊箱抽水以及鋼吊箱澆筑承臺(tái)砼等不利工況條件下鋼板、挑梁和吊桿結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度。

根據(jù)承臺(tái)尺寸壁板設(shè)計(jì)為圓弧六邊形吊箱，根據(jù)承臺(tái)底、頂標(biāo)高和設(shè)計(jì)高、低水位，擬定鋼吊箱的平面尺寸為：長 27.592m，寬 15.592m，高 9m，壁體單個(gè)重約 139.8t。底板為承臺(tái)封底和承臺(tái)混凝土施工底模板，長27.344m，寬15.344m，由面板和型鋼骨架組成，總重約43.4t，如圖1所示。

圖1 吊箱結(jié)構(gòu)圖(單位：mm)

鋼吊箱底板面板采用6mm鋼板，型鋼骨架采用HN350×175、200×100 焊接而成。底板不進(jìn)行防腐設(shè)計(jì)，施工時(shí)僅做簡單防銹處理。底板采用分塊制作成形施工工藝，根據(jù)橫橋向均分成3塊，每塊最重不超過15t。

吊箱壁體豎向?yàn)閱螌樱蕩A倒角六邊型，外口長27.592m，外口寬15.592m，厚度根據(jù)不同截面0.358m～0.588m不等，高度9.0m。由鋼板和型鋼焊接組成，總重約139.84t。鋼板采用 8mm壁厚，肋板為 HM588×300、HN350×175、HN400×200、［32a、I14 型鋼組成。

壁體分塊制作，劃分?jǐn)嗝嬉荛_在澆筑承臺(tái)混凝土最不利工況下的應(yīng)力集中區(qū)域，避免應(yīng)力過大導(dǎo)致吊箱變形出現(xiàn)滲漏，綜合考慮壁體水平方向分為8塊加工，豎向不做分塊，共3種型號(hào)尺寸，單塊重量最大為20.9t。最后分片運(yùn)輸、螺栓連接成型。

為便于壁體周轉(zhuǎn)使用時(shí)拆卸，且連接穩(wěn)定可靠，各側(cè)壁板之間用M20螺栓連接。側(cè)壁與底板之間采用Φ18對(duì)拉鋼筋固結(jié)，張拉10kN預(yù)應(yīng)力，同時(shí)為避免接觸面出現(xiàn)滲漏，接觸面連接縫處夾塞厚5mm的膨脹型止水條止水。

4 鋼吊箱施工

4.1 鋼吊箱制作

鋼吊箱加工鋼結(jié)構(gòu)在加工區(qū)進(jìn)行，鋼吊箱采用分塊加工，加工完成后倒運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)拼裝。

壁體分塊制作應(yīng)首先在制作胎架上將壁板和型鋼骨架組裝成整體。考慮到分塊壁體需在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組拼，壁板之間需填塞止水橡膠條，因此分塊壁體尺寸略小于理論尺寸(單個(gè)拼縫10mm，每塊每邊5mm)。每個(gè)分塊壁體按照壁體分塊按順序進(jìn)行編號(hào)，并用油漆標(biāo)記。

4.2 鋼吊箱拼裝

4.2.1 底板拼裝

在護(hù)筒外周+6.0m標(biāo)高處焊設(shè)型鋼牛腿，每根鋼護(hù)筒布設(shè)2個(gè)HN600×200型鋼牛腿，然后將分塊制作好的底板吊裝到鋼牛腿上，焊接成整體，為側(cè)壁板拼裝作準(zhǔn)備。底板安裝就位以后，在底板上將承臺(tái)的理論縱橫軸線和單塊壁體的安裝位置測(cè)放出來，并做明顯標(biāo)示，保證準(zhǔn)確安裝側(cè)壁板。

4.2.2 壁板拼裝

為了保證拼裝時(shí)整個(gè)吊箱處于平衡狀態(tài)，側(cè)壁安裝遵循先安裝一側(cè)吊箱倒圓角壁體三，安裝對(duì)稱倒圓角壁體二，安裝兩塊直線段壁體一，安裝對(duì)稱倒圓角壁體二，最后安裝另一側(cè)倒圓角壁體三進(jìn)行合龍(見圖1)。

拼縫對(duì)好后，調(diào)整吊箱上口尺寸，擰緊側(cè)壁螺栓，安裝鋼管支撐、焊接拉壓桿。鋼管支撐和吊桿與鋼吊箱挑梁及底板主梁焊縫應(yīng)飽滿牢固。吊箱拼裝好檢查尺寸、連接螺栓、焊接焊縫，對(duì)密封不夠的地方用防水材料進(jìn)行密封。

4.2.3 下放系統(tǒng)安裝

下放門架安裝：13#主墩由鋼吊箱外6根Φ820門架柱 1，護(hù)筒內(nèi)6根Φ630門架柱2及6條2HN600×200門架梁組成(見圖1)。

導(dǎo)向裝置安裝：為了保證鋼護(hù)筒下放過程中的垂直度以及平面位置，在鋼吊箱側(cè)壁上設(shè)置8個(gè)由Φ426×6鋼管制作的導(dǎo)向裝置(見圖1)，導(dǎo)向裝置的長度為4.8m，其與鋼護(hù)筒間距控制在5cm范圍。施工時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鋼護(hù)筒偏位情況和垂直度精確確定，以保證導(dǎo)向裝置與壁體鋼護(hù)筒間距。

連通器安裝：封底混凝土澆筑前，在鋼吊箱底板上設(shè)置連通器，使用直徑為245×8mm鋼管，頂口設(shè)置法蘭盤。減壓孔高度超過封底混凝土頂標(biāo)高10cm，封底混凝土澆筑完成后，保證鋼吊箱內(nèi)外江水可以貫通，保持內(nèi)外壓力平衡，防止封底混凝土在達(dá)到強(qiáng)度前由于鋼吊箱內(nèi)外壓力差而被破壞。

挑梁體系及千斤頂安裝：底板拼裝、導(dǎo)向裝置焊接到位后，在其對(duì)應(yīng)的鋼護(hù)筒上安裝承重懸HN450×200挑梁，通過HW150×150的吊桿與底板焊接在一起。千斤頂安裝在下放門架上，壁體掛腿和千斤頂之間采用Φ40mm(PSB1080級(jí)別)精軋螺紋粗鋼筋，確保其受力，提高吊箱拼裝的安全性和可靠性。

4.3 鋼吊箱下放

下放時(shí)間應(yīng)選擇在平潮階段進(jìn)行鋼吊箱的下放。吊箱拼裝到位后，焊縫位置采用煤油浸透，螺栓拼縫位置人工檢查的方法，檢查吊箱的水密性，不滿足要求的必須處理達(dá)到要求后才能下放。下放前應(yīng)同時(shí)啟動(dòng)6只150t千斤頂，將吊箱頂升5cm左右，檢查各受力部位的焊縫及連接，檢查合格后，繼續(xù)將吊箱頂升50cm高后，割除吊箱的拼裝牛腿，完成吊箱下放準(zhǔn)備。

鋼吊箱下放過程就是操作千斤頂下放精軋螺紋的過程，即千斤頂回縮下放吊箱→擰緊下挑梁精軋螺紋螺母→提升上挑梁并擰緊上挑梁精軋螺紋螺母→千斤頂頂進(jìn)受力→回?cái)Q下挑梁精軋螺紋螺母→千斤頂回縮下放吊箱，反復(fù)重復(fù)同一操作工序，直至吊箱下放至設(shè)計(jì)標(biāo)高。下放過程注意同步性和連貫性，確保精軋螺紋粗鋼筋受力均勻。

鋼吊箱下放過程中，用全站儀隨時(shí)監(jiān)測(cè)鋼吊箱是否存在偏位。挑梁落在護(hù)筒上后，確定鋼吊箱平面位置、垂直度、錯(cuò)臺(tái)等應(yīng)滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。焊接護(hù)筒和挑梁，并將導(dǎo)向裝置和鋼護(hù)筒壁體焊接鎖定。精軋鋼不做拆除，作為鋼吊澆筑封底混凝土過程中的安全儲(chǔ)備。

4.4 封底混凝土施工

封底砼按照水下混凝土設(shè)計(jì)，強(qiáng)度等級(jí)為C30，采用水下封底的形式。灌注封底混凝土前應(yīng)將鋼護(hù)筒和鋼吊箱內(nèi)壁體上的泥漿土沖洗干凈。

封底施工準(zhǔn)備工作：

鋼吊箱底板加工時(shí)由于考慮到鋼護(hù)筒垂直度誤差，在鋼護(hù)筒位置開孔時(shí)開孔直徑比鋼護(hù)筒直徑大20cm，一周留有10cm間隙，所以鋼吊箱下放到位后，需先將底板與鋼護(hù)筒一周間隙封堵后才能進(jìn)行封底混凝土澆筑，封孔板采用兩塊半圓弧板對(duì)接的形式，使用抱箍及螺栓固定。同時(shí)利用提前準(zhǔn)備的沙袋(摻水泥)將護(hù)筒與底板間的空隙封堵。水下混凝土在底板上的流動(dòng)作用半徑，一般在6～8m之間。主墩承臺(tái)寬14.4m，考慮護(hù)筒的遮擋作用，布料點(diǎn)距結(jié)構(gòu)距離均不大于6m布設(shè)，單個(gè)吊箱分別設(shè)置8個(gè)布料點(diǎn)。

5 封底混凝土澆筑

13#承臺(tái)封底砼方量為661.1m3，采用2臺(tái)汽車泵泵送，左右兩側(cè)對(duì)稱澆筑。混凝土澆筑前嚴(yán)格控制封底砼的坍落度。封底擬采用逐點(diǎn)澆筑進(jìn)行水下封底，先選擇中間1個(gè)布料點(diǎn)導(dǎo)管上設(shè)置小料斗，混凝土泵送至小料斗，在首封導(dǎo)管內(nèi)放置泡沫隔水栓，小料斗內(nèi)存料滿足該布料點(diǎn)首封時(shí)開始放料，首封完成后連續(xù)向該布料點(diǎn)灌注，靠混凝土自身流動(dòng)性流動(dòng)至鄰近的布料點(diǎn)，使相鄰布料點(diǎn)導(dǎo)管底通過流動(dòng)混凝土達(dá)到封堵底口的目的，之后使用小水泵將該導(dǎo)管內(nèi)水抽掉，即可向該導(dǎo)管內(nèi)灌注，同樣施工工序從中間向兩側(cè)逐個(gè)布料點(diǎn)推進(jìn)，將所有布料點(diǎn)導(dǎo)管底口封堵，最后可不受制約循環(huán)澆筑每個(gè)布料點(diǎn)，直到混凝土澆筑完成即可。

6 承臺(tái)鋼筋混凝土施工

6.1 施工準(zhǔn)備

當(dāng)封底混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度(30MPa)時(shí)開始鋼吊箱內(nèi)抽水。抽水前，宜選擇在低潮位封堵水下鋼吊箱底板連通器，封堵時(shí)先在連通器法蘭盤上覆蓋定制的密封橡膠圈，然后蓋上蓋板，上緊蓋板螺栓。

鋼吊箱內(nèi)抽水完成后拆除下放系統(tǒng)，割除鋼護(hù)筒至樁基設(shè)計(jì)頂標(biāo)高+0.500m，進(jìn)行樁頭鑿除。

為了保證承臺(tái)鋼筋綁扎方便，需對(duì)封底混凝土表面進(jìn)行必要的處理。局部表面高于承臺(tái)底標(biāo)高的位置進(jìn)行鑿除，低于承臺(tái)底標(biāo)高位置部分使用砂漿進(jìn)行找平。

6.2 承臺(tái)鋼筋綁扎

承臺(tái)施工的模板為安裝完成的鋼吊箱壁體的內(nèi)側(cè)壁，鋼筋綁扎前，精確測(cè)定承臺(tái)縱橫向軸線位置，以便鋼筋綁扎的位置準(zhǔn)確，并對(duì)吊箱內(nèi)側(cè)壁板進(jìn)行除銹、涂刷脫模劑。

承臺(tái)鋼筋全部在鋼筋加工場(chǎng)完成加工制作，運(yùn)至13#墩處進(jìn)行綁扎。承臺(tái)鋼筋綁扎時(shí)需注意防雷接地預(yù)埋鋼筋、主塔預(yù)埋鋼筋、冷卻水管預(yù)埋及后續(xù)施工用預(yù)埋件，并且位置和數(shù)量要準(zhǔn)確。

6.3 承臺(tái)混凝土澆筑

承臺(tái)砼等級(jí)為C40砼，13#主墩墩承臺(tái)混凝土方量為1612.6m3，分兩次澆筑成型。單次最大砼量為967.5m3，澆筑時(shí)間控制在12h左右。

混凝土澆筑按照從一個(gè)方向(中間)向另外一個(gè)方向(兩端)推進(jìn)，并嚴(yán)格控制分層厚度，加強(qiáng)斜角部位混凝土振搗，保證振搗充分。每層澆筑厚度按照30cm控制，振搗間距按50～60cm進(jìn)行控制。振搗時(shí)，振搗棒應(yīng)插入混凝土內(nèi)，上層混凝土振搗時(shí)應(yīng)將振搗棒插入下層混凝土內(nèi)5～10cm，每一處振搗應(yīng)快插慢拔，必須振搗至該處混凝土不再下降，氣泡不再冒出，表面出現(xiàn)泛漿為止。

每層砼澆筑時(shí)打開冷卻水管通水，連續(xù)通水不小于12h，同時(shí)在承臺(tái)內(nèi)埋設(shè)2個(gè)電阻傳感器，進(jìn)行24h溫度監(jiān)控，保證砼內(nèi)外溫差不超過25℃。砼澆筑完畢并初凝后立即在其表面覆蓋塑料薄膜或土工麻袋蓄水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)水源直接利用江水，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不小于7d。

7 結(jié)語

洪塘大橋主橋主墩水中承臺(tái)施工在該施工環(huán)境下，采用有底鋼吊箱施工相對(duì)于其他圍堰方案而言，不僅施工靈活、成本低、效率高，且能滿足環(huán)境保護(hù)的要求，同時(shí)它工序簡單、易操作，大大降低了水下施工難度，能有效加快橋梁下部結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度，是值得大力推廣的施工工藝。