高流速水中系梁的預(yù)制吊裝施工方案比選

姜劍峰 諶 健

（湖南路橋建設(shè)集團有限責任公司,湖南 長沙 410000）

1 工程概況

土谷塘湘江特大橋是G322衡南向陽至龍泉公路的控制性工程，位于湘江土谷塘航電樞紐工程下游500 m處，橋位區(qū)河道順直，河道寬約470 m，水深5～6 m。橋跨布置：9×25 m預(yù)應(yīng)力混凝土先簡支后連續(xù)T梁+（88 m+158 m+125 m+55 m）預(yù)應(yīng)力混凝土懸澆剛構(gòu)連續(xù)梁+7×47 m預(yù)應(yīng)力混凝土先簡支后連續(xù)T梁。引橋13～18#墩下構(gòu)采用系梁+圓柱墩+蓋梁的結(jié)構(gòu)形式，橋墩一般構(gòu)造如圖1所示。

圖1 引橋13～18#墩下構(gòu)一般構(gòu)造圖

13～18#墩為水中立柱墩，共12個水中樁系梁，樁系梁頂標高均為+52.0 m，底標高+50.0 m，由于處于大源渡庫區(qū)最上游及土谷塘庫區(qū)泄洪口，橋位處水流速達6～9 m/s，施工區(qū)域水位在51～52.5 m之間變化，由于水流速大，給水上施工帶來極大不便[1]。

2 施工方案比選

土谷塘湘江特大橋項目的水中樁系梁均為深水區(qū)系梁，墩位處水流速大，項目部制訂了三個方案進行比選：方案一是采用水中套箱圍堰施工方法，計劃采用三套鋼吊箱，但此施工方法所需設(shè)備及鋼材數(shù)量較多，且施工工期長，受水流速影響大，吊箱定位及固定相當困難；方案二為在碼頭場地預(yù)制系梁，達到強度后用浮吊運輸至現(xiàn)場安裝，由于單個系梁自重約50 t，此施工方法需要大型浮吊，施工設(shè)備費用高，且施工區(qū)域水流速大，安全隱患較大；方案三是采用系梁原位預(yù)制吊裝施工方法，利用樁位處的鋼護筒作為支撐搭設(shè)簡易預(yù)制平臺，平臺高于施工水位系梁平直段，直接在平臺上預(yù)制完成，在預(yù)制系梁達到設(shè)計強度后利用4個30 t的電動葫蘆進行吊裝下放，最后止水澆筑樁頭砼與預(yù)制段連接成整體。通過多方面比較，確定了采用方案三進行施工。

3 現(xiàn)場預(yù)制吊裝施工工藝介紹

3.1 平臺搭設(shè)

樁檢合格后開始進行預(yù)制吊裝平臺搭設(shè)。搭設(shè)時先將三個樁基鋼護筒切割到系梁頂標高位置，并將樁頭鑿毛至系梁底標高。然后在鋼護筒上按2.48 m間距放置兩排雙拼36工字鋼做主橫梁，主橫梁與鋼護筒接觸位置下放使用[20槽鋼支撐頂緊加固。主橫梁上按50 cm間距平鋪4 m長的12.6工字鋼分配梁，分配梁兩邊各1 m平鋪木板做操作平臺，操作平臺周圍臨邊位置焊接D48×3 mm腳手架管欄桿，立桿間隔2 m一根，橫桿間隔1.2 m一根，臨邊設(shè)置20 cm高踢腳板，四周掛安全網(wǎng)，確保工人施工安全。分配梁中間2 m位置縱向平鋪10 cm×10 cm木方，如圖2所示，木方上進行模板拼裝及系梁預(yù)制施工。

圖2 系梁預(yù)制平臺平面示意圖

3.2 底模搭設(shè)

底模采用18 mm厚竹膠板，在木方上人工進行精確拼裝，拼裝完成清除表面雜物并清洗干凈后涂上脫模劑。底模拼裝完成后檢查模板的整體性、平整度及尺寸偏差，合格后在其上定出預(yù)制系梁中心線及側(cè)模邊線，準備進行鋼筋安放[2]。

3.3 鋼筋綁扎

為節(jié)省鋼筋綁扎時間，提高鋼筋施工精度，應(yīng)在岸上鋼筋加工場提前將系梁鋼筋綁扎成整體，利用平板車及運輸船運送到現(xiàn)場，吊車整體吊裝就位。

3.4 模板安裝

鋼筋驗收合格后，開始安裝側(cè)模及端模。安裝前須將底模和鋼筋間的雜物清理干凈。側(cè)模模板采用定型鋼模板進行分塊拼接，安裝采用人工配合吊車分塊拼裝，相鄰兩模塊之間以螺栓連接，相對兩模板之間進行對拉桿連接。

預(yù)制系梁采用10 mm厚A3鋼板作為圓弧端模，A3鋼板按系梁端截面尺寸進行切割，并按實際系梁兩端相對護筒位置進行放樣，彎曲成內(nèi)凹弧形，彎制成型后使用[10槽鋼背肋板及鋼板進行加固，確保端模強度。端模加工完成后需在鋼板上按設(shè)計要求主筋間距進行開孔，避免切割主筋，預(yù)制系梁混凝土澆筑前堵塞缺口，保證混凝土漿不外溢。

3.5 混凝土澆筑

混凝土運輸至施工墩位處后，采用吊車+料斗的方式進行澆筑，為防止混凝土下料離析和方便振搗人員有效地振搗，應(yīng)控制混凝土分層厚度不超過30 cm。在混凝土澆筑過程中，隨時檢查模板支撐是否松動變形，預(yù)埋件是否移位，發(fā)現(xiàn)問題及時采取補救措施。

3.6 吊裝平臺搭設(shè)

預(yù)制系梁重約50 t，設(shè)計采用電動葫蘆進行吊裝下放。吊裝桁架利用原有鉆孔平臺做吊裝主橫梁，樁基施工完成后拆除鉆孔平臺分配梁以上部分，留貝雷梁做吊裝桁架主橫梁，每個預(yù)制系梁位置主橫梁上安裝兩組縱向貝雷梁，在每組縱向貝雷梁上再放置兩個吊架，吊架采用2 cm開孔鋼板做吊耳，吊耳作為電動葫蘆掛鉤。整個吊裝系統(tǒng)共有4個吊架，與預(yù)制系梁上的4個預(yù)埋吊耳相對應(yīng)，如圖3所示。預(yù)制系梁利用這4個吊架懸掛4個30 t電動葫蘆進行吊裝下放。

圖3 系梁吊裝平臺立面示意圖

3.7 預(yù)制系梁吊裝

預(yù)制系梁養(yǎng)護達到設(shè)計強度即可吊裝。吊裝桁架安裝完成后，根據(jù)預(yù)制系梁預(yù)埋吊環(huán)位置人工調(diào)整電動葫蘆位置，要求電動葫蘆吊鉤垂直落下正對吊耳中心。電動葫蘆定位準確后使用吊鉤勾住系梁頂?shù)乃膫€吊耳，系梁徐徐起吊后離平臺約10 cm左右停止起吊，抽掉木方及分配梁，并將鋼護筒主梁位置下的[20槽鋼支撐拆除，對鋼護筒與系梁對應(yīng)的位置進行定位后放樣切割，移到水下切割到樁頂位置形成缺口，之后沿鋼護筒缺口緩緩下放預(yù)制系梁。當系梁快接觸鋼護筒U形切口時，先暫停下放，檢查系梁與切口的位置關(guān)系正確后方可徐徐下放就位（如圖4）。

3.8 護筒止水與澆筑樁頭混凝土

系梁下放就位后，U型口下方止水通過預(yù)先粘貼在地系梁底部的普通型橡膠止水帶，利用地系梁的自重，將橡膠止水帶壓緊于樁頭混凝土面上，與樁頂混凝土緊密接觸，達到止水的作用。地系梁側(cè)面止水利用膨脹型橡膠止水帶的遇水膨脹性，其體積膨脹至原來的2倍后與鋼護筒內(nèi)壁上焊接的角鋼之間擠壓，以達到緊密結(jié)合進而止水的目的。根據(jù)日常觀測，每天下午水位較高，因此在進行樁頭混凝土澆筑時，盡量安排在上午或晚上進行，防止U形切口因水壓增大而造成滲水。樁頭混凝土澆筑至系梁頂標高，養(yǎng)護至一定強度即可進入墩柱、蓋梁工序施工。

圖4 預(yù)制系梁吊裝

4 質(zhì)量控制

4.1 測量放樣控制

水中系梁預(yù)制安裝對測量精度要求較高，因此施工測量應(yīng)嚴格按測量規(guī)范要求進行，所有測量儀器需進行校核與檢定，保證測量精度控制在5 mm以內(nèi)。

4.2 結(jié)構(gòu)尺寸控制

地系梁的結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)根據(jù)測量放樣結(jié)果進行預(yù)制，長度根據(jù)樁基鋼護筒位置進行調(diào)整，結(jié)構(gòu)尺寸的偏差應(yīng)控制在1 cm內(nèi)，避免無法安裝。

4.3 水下切割控制

根據(jù)預(yù)制系梁起吊后的平面位置，在鋼護筒內(nèi)壁焊接定位角鋼，精確地測量放樣并復(fù)核，保證切割線位置準確無誤，再對鋼護筒進行水下切割。

4.4 水下安裝控制

因鋼護筒上預(yù)留的切割槽口僅比地系梁寬度寬1 cm，4個電動葫蘆吊裝系梁放入槽口的過程中可進行微調(diào)，使其能順利放入槽口之中。

4.5 止水控制

地系梁底部及側(cè)面遇水膨脹型橡膠止水帶的厚度為1 cm，且不能超過混凝土面，防止在下放過程中被鋼護筒切割邊緣的毛刺刮壞，造成止水效果達不到施工要求。止水帶布置位置應(yīng)準確，保證達到止水效果。

5 效益分析

5.1 經(jīng)濟效益

該方案不僅確保了上半年湘江汛期土谷塘湘江特大橋引橋水中墩施工工作能夠順利推進，減少了高水位及快流速對系梁施工的影響，而且是梁的預(yù)制吊裝大幅度減少了套箱圍堰等施工材料及設(shè)備成本。采用吊架電動葫蘆下放避免大型吊裝設(shè)備的使用，利用鋼護筒做預(yù)制平臺，只需要垂直下放，大大加快了每個系梁的施工進度。該方案有效提高了施工作業(yè)效率，大大降低了時間、人力、設(shè)備等各類型成本，12個水中系梁取得綜合經(jīng)濟效益共計約300萬元。

5.2 社會效益

該方案有效地解決了水中系梁在高流速水中無法正常施工的問題，同時解決了大型系梁水上吊裝重量大、安裝風險高、施工難度大的問題，為后續(xù)立柱墩身施工提供了有利的條件。該方案的成功應(yīng)用也為其他同類型橋梁水中系梁施工提供了參考和借鑒，具有良好的社會效益。

5.3 節(jié)能和環(huán)保效益

采用該方案施工，對施工的地理位置要求低，對環(huán)境影響小。施工時，減少了大功率設(shè)備、高污染設(shè)備的使用，最大限度地降低了聲、光對環(huán)境的污染；減少了大型吊裝設(shè)備及臨時設(shè)施的設(shè)置，施工效率高，大大降低了能耗。

6 結(jié)語

土谷塘湘江特大橋高流速水域大型水中樁系梁預(yù)制吊裝施工與傳統(tǒng)有底鋼套箱施工相比較，可節(jié)省鋼吊箱和封底混凝土的施工成本，施工工藝簡單方便，縮短了施工時間，取得了很好的經(jīng)濟效益，為類似工程提供了很好的借鑒作用。