復雜海況可回收分塊底板鋼吊箱圍堰施工技術

李習春

(中交一公局廈門工程有限公司，福建 廈門 361021)

1 工程概況

長平CPA3項目松下跨海特大橋位于我國東南沿海平潭島附近，該區域為世界三大風區之一，風大浪急，全年超過三分之二天氣風力達6級及以上，超過8級大風天數達到107d，7—9月多臺風，10月至次年元月沿海多大風。且該海域海浪洶涌澎湃，季風期浪高平均2.5m以上，臺風期間浪高6～8m。10年一遇波高為5.44m，100年一遇波高為8.78m，10年一遇高潮水位4.180m。

松下跨海特大橋全長1 425m，上部結構為2×(5×58)m+3×(4×58)m+(46.732+49.5+49.5)m預應力混凝土連續箱梁，橋梁左右幅為分離式結構，下部結構P4～P21左右幅承臺尺寸為10m×9m×3m，兩分離承臺間通過8m×4m×2m系梁連接，左右幅P3、左幅P22～P24墩為10m×9m×3m的獨立矩形承臺，每個承臺下設4根2.2～2.5m變直徑混凝土鉆孔灌注樁，承臺平面如圖1所示。承臺頂標高+3.000m，水深8～12m。

圖1 承臺平面(單位：cm)

P4～P21墩帶系梁為啞鈴形承臺的鋼吊箱圍堰，除系梁的特殊工藝外，其他工藝與獨立承臺吊箱工藝相同。本文以P3，P22～P24墩的吊箱圍堰為例介紹鋼吊箱可回收分塊底板施工技術。

2 可回收底板鋼吊箱設計

2.1 鋼吊箱圍堰總體結構設計

考慮高水位(+4.180m)及波浪共同影響，鋼吊箱頂標高設置為+7.000m，在承臺底部設置0.8m厚的封底混凝土，封底底標高-0.800m。圍堰設計主要由分塊企口拼裝型鋼底板、側板、圍檁內支撐、吊掛系統、下放系統和封底混凝土組成。其立面布置如圖2所示。

圖2 鋼吊箱圍堰立面

1)內支撐結構

圍堰共設置2層圍檁內支撐，第1層內支撐采用4道斜撐，下放到位后與吊掛精軋螺紋鋼共同承擔整個圍堰的質量，在吊箱頂部設置HW400×400頂圈梁。第2層內支撐采用十字對撐。支撐平面如圖3，4所示。

圖3 第1層內支撐平面

圖4 第2層內支撐平面

2)側壁板

鋼吊箱側壁板為組合式拼裝單壁鋼結構。側壁板平面共分為12塊，組合拼裝而成，高度均為7.96m。壁板組合結構為6mm面板+HN400×200型鋼豎肋@80cm+橫梁@30cm(60cm)，豎肋為通長結構，橫肋為間斷梁，橫豎肋均勻6mm面板焊接，壁板間全部采用螺栓連接，兩壁板間夾放6mm泡沫膠皮壓縮為2mm。

3)下放、吊掛系統

吊箱設置8個吊點，每個吊點處配置1臺50t液壓千斤頂+1根12m長φ32精軋螺紋鋼；吊點的扁擔梁采用2HN500×200型鋼。

2.2 可回收分塊底板原理

鋼吊箱底板采用分塊企口拼裝型鋼底板，每個承臺底下由3塊底板通過企口組合拼接成一個整體底板。分塊型鋼底板分為A，B兩種類型，每塊底板采用6mm鋼板+主龍骨HN600×200型鋼+次肋└100×10組合加工而成，底板A每套2件，底板B每套1件。塊間采用企口+拉桿拼裝連接，中間設置2根φ斜32精軋螺紋鋼拉桿，兩端頭各設置1根φ32精軋螺紋鋼拉桿。

圖5 分塊企口拼裝型鋼底板平、立面布置

圖6 分塊企口拼裝型鋼底板骨架平面布置

圖7 底板結構分塊示意

1)拼裝 在鋼護筒上焊接拼裝大梁，在大梁上拼裝3塊底板，并用精扎螺紋鋼鎖住，張拉精扎螺紋鋼，如圖5～7所示。

2)拆除 解除壁板底板的連接，解除鎖住底板的精軋螺紋鋼，然后從承臺兩邊把2塊A型底板拆除，最后抽出中間B型底板。

2.3 分塊底板受力計算

底板受力計算的最不利工況為圍堰下放和澆筑封底混凝土，圍堰下放選擇較好的作業條件(流速≤2m/s，浪高≤2.5m)，澆筑封底混凝土偏安全考慮，分別考慮10年1遇高水位和10年1遇低水位以及3.5m高波浪和10年一遇流速的影響。

建立有限元模型，將主龍骨和次肋采用梁單元，面板采用板單元，3塊模板之間企口連接采用彈性連接。并按下放工況和澆筑封底混凝土工況的實際荷載進行加載。

1)圍堰下放

圍堰下放時，分塊底板結構承受圍堰壁板內支撐和底板的自重，吊箱自重110t，扣除底板重27t，其余結構自重共計83t，每個吊箱底板承擔1.2×83t=99.6t(1.2為荷載分項系數)，承臺底板上共計50個支承點(底板與壁板連接點)，每個作用點集中力F=20kN。集中力加載到底板上，底板計算結果如圖8,9所示。

圖8 底板主龍骨應力

圖9 整體位移

2)澆筑封底混凝土

壁板荷載同下放工況，每個作用點集中力20kN，封底混凝土采用均布面荷載加載q=25×0.8=20kN/m，底板自重通過自重荷載加載。計算結果如圖10,11所示。

圖10 底板主龍骨應力

圖11 整體位移

3)計算結果

圍堰下放工況下，底板主龍骨最大組合應力為104.3MPa≤215MPa，次肋最大應力為69.1MPa≤215MPa，鋼面板最大應力為60.8MPa≤215MPa，位移最大1.39cm，均滿足要求。

澆筑封底混凝土工況下，底板主龍骨最大組合應力為102.9MPa≤215MPa，次肋最大應力為86MPa≤215MPa，鋼面板最大應力為94MPa≤215 MPa，位移最大1.02cm，均滿足要求。

3 可回收底板鋼吊箱圍堰施工

3.1 主要施工工藝流程

主要施工流程：施工準備→拆除鉆孔平臺→割除鋼護筒到指定標高→安裝底定位托梁→底板拼裝→安裝吊掛鎖住底板→安裝底層內支撐拼裝牛腿→安裝底層內支撐→安裝側壁板→安裝頂層內支撐→將圍堰下放至設計標高位置→焊接反壓牛腿→澆筑封底混凝土→解除吊掛→割除鋼護筒、破樁頭→施工承臺、墩身→圍堰拆除。

3.2 技術準備、后場試拼裝

鋼吊箱的底板、側板、內支撐、下放系統等全部加工完畢，后場先試拼裝，項目部由工程部、安質部組織進行技術培訓和交底并考核，在完成上述技術準備工作后，方可開始現場施工。

3.3 拼底板、安裝吊掛系統

在鋼護筒上安裝定位托梁，采用起重機逐塊將鋼底板吊放在底定位托梁上，3塊底板拼裝成整體后，安裝端頭精軋螺紋鋼。在護筒頂安裝框梁、吊掛分配梁。安裝吊掛精扎螺紋鋼(底部1m范圍外套PVC套管)并鎖住、抄墊。

3.4 安裝內支撐、拼壁板

在鋼護筒上焊內支撐拼裝牛腿，拼裝底層內支撐。以底層圍檁為導向，拼裝吊箱側壁板，側壁板與底板采用銷軸連接。壁板塊與塊之間塞進橡膠條止水，然后用螺栓鎖死。

3.5 鋼吊箱下放

1)在下層內支撐和底板位置設置導向裝置，打開聯通孔。

2)安裝8臺下放穿心千斤頂。

3)每天關注海洋預報，挑選近3～5d無巨浪天氣下放鋼吊箱，并查閱潮汐表，選擇在高潮位時開始下放，趕著潮位下放。

4)選好下放時機后，在鋼吊箱頂部4個角點設計塔尺，8臺千斤頂緩慢同步下放吊箱到設計標高，每10cm一個下放行程，下放一次水準儀測量1次四角點的標高，計算后標高偏差超過5cm，調整各千斤頂下放尺寸使其各點標高接近相同，然后繼續下放。

3.6 精調并加固限位鋼吊箱

1)下放到位后，利用全站儀精確測量鋼吊箱的平面位置，利用手搖千斤頂進行鋼吊箱平面位置調整。并同時清理封底范圍內鋼護筒外壁海洋生物。

2)鋼吊箱精確定位后，趁著低潮位貼著底板在鋼護筒上焊接底層限位型鋼兼作反壓牛腿，每個護筒焊接4個。待潮水漲上來后，在底層內支撐、頂層內支撐處分別與鋼護筒間焊接限位。

3.7 焊封底錨固鋼筋

待下一個低潮位時在護筒上焊接錨固鋼筋，1個護筒上24根錨固鋼筋。在封底底部鋪設1層φ16mm、間距25cm的鋼筋網片。并在封底范圍內安裝2層對拉拉桿，防止封底混凝土隨著浪的拍打與鋼吊箱松動而失去作用。

3.8 澆筑封底混凝土

待錨固鋼筋焊完后，低潮位時，安裝鋼護筒與底板間空隙的封堵板，然后澆筑封底混凝土。封底混凝土達到設計強度后，圍堰內抽水，接觸吊掛系統。并割除承臺底標高以上的鋼護筒，破樁頭，清理圍堰基坑。

3.9 分塊底板拆除回收

待已施工墩柱超過施工水位一定高度后，解除壁板底板的連接，解除鎖住底板的精軋螺紋鋼(低潮位或潛水員下水)，用鋼絲繩將承臺兩邊的兩塊A型底板拖拽拆除，最后抽出中間B型底板。

4 結語

1)松下跨海特大橋左右幅41個小承臺采用分塊企口拼裝底板，后場加工前場拼裝，安裝方便快捷，節省大量工期，底板可全部回收周轉使用，且剛度大能抵抗波浪沖擊作用，安全可靠，41個承臺共計節約成本545.3萬元。

2)在封底內鋼護筒上加焊錨固鋼筋，80cm厚封底就能滿足3m高承臺一次性澆筑，不僅節省施工成本，減少施工工序，而且減輕結構自重從而降低吊箱吊掛系統的要求，安全性得到很大提高。

3)該技術有廣闊的應用前景，適用于4根樁矩形等高樁承臺鋼吊箱圍堰施工，在波浪大的復雜海況下，效果更佳顯著。