基于單壁鋼吊箱圍堰施工技術(shù)分析

范長森 王 壘 張亮奎

（中交隧道工程局有限公司,北京100024）

單壁鋼吊箱圍堰施工技術(shù)在國內(nèi)深水橋梁基礎(chǔ)施工中應(yīng)用廣泛,在實際施工期間不僅不受河床、地形的限制,而且施工便利,單臂拼裝重量小,無需應(yīng)用大型水上浮運(yùn)和起吊設(shè)備,只需合理利用鉆孔平臺既可完成鋼吊箱鋼施工全過程,而且鋼吊箱內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)也能使施工后期抽水操作后鋼吊箱結(jié)構(gòu)維持穩(wěn)定,施工整體效果好。

1 工程概括

新建II 線鐵路A 大橋為單線鐵路橋,大橋位于漢江七里溝口,南接環(huán)城干道江南段,北接安康大道,全長1100 米,橋?qū)?0米,雙向6 車道,橋址兩端分別為羅家塘和澇池埡隧道。該橋位于漢江流域峽谷中,北端地質(zhì)條件稍好,南端山體陡峭橋,河谷內(nèi)覆土較厚。橋址所處地區(qū)屬亞熱帶溫暖濕潤氣候區(qū),年降雨量900mm 左右,橋址處河面寬約65 米,豐水季節(jié)河面寬約140米。

2 鋼吊箱結(jié)構(gòu)組成

鋼吊箱主要由底板、側(cè)板、內(nèi)部支撐和吊放系統(tǒng)四部分組成。下面結(jié)合工程實例分別闡述各部分組成結(jié)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)屬性。

2.1 側(cè)板

側(cè)板是整塊制作的單壁結(jié)構(gòu),是防止箱體漏水和作為承臺側(cè)模的主要結(jié)構(gòu)[1],工程設(shè)計中設(shè)定側(cè)板為四層,每層高2.5 米,側(cè)板彼此間以螺栓連接,側(cè)板和底板之間以∠100X10 的角鋼相扣接、水下部分側(cè)板借助側(cè)板外側(cè)橫肋工字鋼進(jìn)行扣接,一定程度上可減少側(cè)板拆卸時的水下作業(yè)量。而且為提高側(cè)板連接密閉性,可以用10mm 橡塑板進(jìn)行縫間堵漏。另外,還可以在側(cè)板吊桿側(cè)打孔直徑為10cm 的小孔,確保套箱內(nèi)外水位一致。

2.2 內(nèi)支撐

內(nèi)支撐是保證鋼吊箱具有足夠剛度,在封底操作和抽出內(nèi)部水后,鋼吊箱內(nèi)壁不產(chǎn)生變形而設(shè)置的內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)[2]。本工程內(nèi)支撐共設(shè)置三層,距離鋼吊箱體高度分別為0、2.5m 和4.8m,在鋼吊箱內(nèi)部,內(nèi)支撐頂在環(huán)向鋼圍檁上,三層鋼圍檁均由雙肢I(xiàn)32a 組成,封底混凝土和承臺混凝土厚度分別為2 米和3 米,在封底混凝土與承臺混凝土部位設(shè)置I28a 斜向內(nèi)支撐,斜向內(nèi)支撐設(shè)成菱形。

2.3 底板

底板主要由底模和兩層工字鋼組成,分別是4mm 面板和I10 工字鋼構(gòu)件縱梁、I45a 雙肢工字鋼構(gòu)件橫梁。底板設(shè)計時縱梁可以焊接在橫梁上,底板也可直接鋪放在下部型鋼框架上,利用與側(cè)板連接的螺栓孔位和側(cè)板壓力進(jìn)行固定,而且在吊桿一側(cè),同樣可以采用∠100X10 的角鋼扣接,在非吊桿側(cè),可以在L160x100x10 的加強(qiáng)角鋼上開孔,利用直徑為28mm 的長螺桿和螺帽固定底板和側(cè)板,并且加墊10mm 的橡膠板。另外,底板護(hù)筒處同樣可以打孔,加強(qiáng)連接,并用膠皮堵塞兩者間的空隙。

2.4 吊放系統(tǒng)

吊放系統(tǒng)由上扁擔(dān)梁、千斤頂和底承重梁組成。選用直徑為32 毫米的精軋螺紋鋼作為吊桿,底承重梁順橋向布置,設(shè)6根底承重梁,每根長10m。

除此之外,還有導(dǎo)向定位系統(tǒng)導(dǎo)向系統(tǒng),由導(dǎo)向器、定位器和千斤頂組成的,放置在鋼護(hù)筒和吊箱側(cè)板內(nèi)壁,通過定位導(dǎo)向系統(tǒng)可以實時掌握水下吊箱位置狀態(tài),通過調(diào)整千斤頂進(jìn)行調(diào)位,避免鋼吊箱發(fā)生漂移,提高其水下穩(wěn)定性。

3 鋼吊箱施工

3.1 鋼吊箱制作、拼裝

鋼吊箱制作是生產(chǎn)廠家依據(jù)鋼吊箱施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在預(yù)制車間進(jìn)行流水線作業(yè),分節(jié)、分塊加工。加工時注意套箱連接出螺栓孔位和尺寸,確保其孔位中心位置偏差不超過0.25mm。制作完成后,進(jìn)行陸地試拼裝,試拼成功后進(jìn)行拆卸、驗,現(xiàn)場填寫鋼吊箱制作分項工程質(zhì)量檢驗評定表[3]。

3.2 鋼吊箱運(yùn)輸和準(zhǔn)備

考慮到單壁鋼吊箱整體浮運(yùn)成本高、裝卸方便和整體剛度小等因素,拼裝無誤后即可按照鋼吊箱按照箱體結(jié)構(gòu)拆卸,運(yùn)送至現(xiàn)狀吊放安裝。而且運(yùn)輸期間為避免鋼吊箱結(jié)構(gòu)在運(yùn)輸期間變形,應(yīng)在鋼吊箱各分塊運(yùn)輸過程中設(shè)置合理的吊點(diǎn)和合理使用裝運(yùn)平臺。安裝時首先拼裝底板,注意現(xiàn)場實時檢測護(hù)筒平面位置,考慮護(hù)筒的垂直度,開挖底板孔洞,孔洞的直徑比護(hù)筒直徑至少大20cm。其次安裝側(cè)板,利用吊機(jī)倒鏈對稱安裝下節(jié)側(cè)板,再安裝上節(jié)側(cè)板,安裝時注意工字鋼扣接的上下順序。圖1 和圖2 分別為底板和側(cè)板拼裝圖。

之后檢查吊箱拼裝質(zhì)量,保證鋼吊箱拼裝符合以下要求：底板預(yù)留孔位偏差不超過20mm、內(nèi)口對角線偏差不超過對角線長度的五百分之一、內(nèi)控平面長和寬的尺寸偏差不超過對應(yīng)長寬的七百分之一。同時檢查封堵板密封性,每塊側(cè)板焊縫均進(jìn)行煤油滲透實驗。

3.3 鋼吊箱下沉

圖1 底板拼裝圖

圖2 側(cè)板拼裝圖

箱體吊放系統(tǒng)安裝就位,將箱體用駁船運(yùn)送至樁位處,利用浮吊逐層拼裝,每拼裝一層均要焊接對應(yīng)的支撐體系,同時進(jìn)行測量,確保結(jié)構(gòu)水平面與幾何尺寸準(zhǔn)確,待通過密封檢查后即可進(jìn)行下一步吊放作業(yè)。

下沉操作前還需在恒墻上每個護(hù)筒頂端設(shè)置一組兩層正交2I40b工字鋼作為上扁擔(dān)梁、6 臺YCW150 千斤頂作為提升系統(tǒng)、18 根直徑為32mm 的螺紋鋼筋作為吊桿共同組成承重框架。鋼吊箱下沉步驟如下：第一,擰松上扁擔(dān)梁頂端螺紋螺栓,提升千斤頂豎直運(yùn)動12cm 左右,擰緊頂端螺紋螺栓,擰松下部螺栓。第二,逐一控制好每次螺栓操作時千斤頂豎向運(yùn)動距離,確保其運(yùn)動誤差不超過5cm。第三,待吊箱下沉至指定位置時,焊接定位吊帶并固定,利用普通千斤頂進(jìn)行微調(diào),調(diào)整后,保證吊箱位置允許偏差滿足如表1 條件：

表1 吊箱位置允許偏差統(tǒng)計

吊箱位置如滿足以上條件既可焊接反壓牛腿,防止箱體上浮。工程期間為保證吊箱下放安全、順利進(jìn)行,還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：第一,暫留鋼平臺四周定位管、在吊箱側(cè)板間和工字鋼之間安裝滾輪,以控制吊箱下沉期間的水平度和垂直度。第二,下放期間實時測量監(jiān)測點(diǎn)位置、高程,保證其處于同一水平面。第三,做好吊箱密封處理,防止箱體下沉至深水中后滲水。一方面可以在鋼護(hù)筒與吊箱地板間設(shè)置止水環(huán)形鋼板,另一方面可以對箱體每一螺栓接縫處均采用橡膠墊處理。

4 灌注混凝土封底

灌注混凝土封底的作用有以下幾點(diǎn)：一是防水滲漏,二是作為承臺的承重低模,三是作為平衡結(jié)構(gòu)重量的主體,四是抵抗水浮力在吊箱底部形成的彎曲應(yīng)力[4]。工程實際施工時,待吊箱下沉到指定位置,且經(jīng)檢查無誤后,在鋼護(hù)筒上搭設(shè)灌注混凝土平臺,采取分倉對稱澆灌,混凝土塌落高度控制在20cm 左右。而且為保證封底質(zhì)量,施工時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：第一,可以在混凝土中添加高效緩凝性減水劑和粉煤灰,保證混合料在深水中不離散,延長混凝土的初凝時間。第二,灌注前嚴(yán)格檢查鋼護(hù)筒四周是否完好,確保封底時底板不會泄露混凝土。第三,吊箱下沉操作前,利用鋼絲刷刷除封底混凝土高度范圍內(nèi)護(hù)筒上的表面氧化物。第四,封底混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度85%時,可以設(shè)置三道井架形內(nèi)支撐進(jìn)行抽水作業(yè)。

5 灌注承臺混凝土

灌注承臺混凝土是單壁鋼吊箱圍堰施工的最后工序,待吊箱內(nèi)部水全部抽離后,先后拆除吊桿梁、割除鋼護(hù)筒、鑿除樁頭,進(jìn)行樁基檢測,檢測合格后,即可綁扎承臺鋼筋、預(yù)埋構(gòu)件和灌注混凝土。工程實施施工期間為保證混凝土強(qiáng)度、降低水泥化熱效應(yīng),避免出現(xiàn)混凝土開裂現(xiàn)象,還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：第一,優(yōu)化混凝土配比。第二,控制原材料質(zhì)量,盡量避免使用砂巖做骨料。第三,做好溫度實時監(jiān)測工作,確保內(nèi)外溫差不超過10℃。第四,盡量采用分層多次澆筑的方式,減少水泥水化熱效應(yīng)時的發(fā)熱量,同時注意控制各分層混凝土澆筑的時間間隔,避免時間間隔過長產(chǎn)生約束性收縮裂縫。

6 結(jié)論

鋼吊箱圍堰施工的目的是布置臨時阻水結(jié)構(gòu),為承臺施工提供穩(wěn)定的“地面”施工環(huán)境。本研究以新建II 線鐵路A 大橋為例,系統(tǒng)的闡述了單壁吊箱圍堰施工中鋼吊箱結(jié)構(gòu)組成及其關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn),包括鋼吊箱制作、拼裝、鋼吊箱運(yùn)輸和準(zhǔn)備、鋼吊箱下沉、灌注混凝土封底和灌注承臺混凝土。實踐表明,新建II 線鐵路A 大橋采用單壁鋼吊箱圍堰施工技術(shù)取得了良好的施工效果,值得借鑒和推廣。