內(nèi)河庫區(qū)水下鋼混組合吊箱圍堰施工的應(yīng)用分析

溫晞

（南平市交通運(yùn)輸綜合執(zhí)法支隊(duì)，福建南平 354200）

1 工程概況

項(xiàng)目為內(nèi)河碼頭工程，施工地點(diǎn)位于閩江水口至沙溪口段庫區(qū)內(nèi)，現(xiàn)場水位與水口電站壩上水位大致相符。自2021年11月以來，因下游航道治理工程完工，水口壩上蓄水位恢復(fù)至+65m，蓄水期間（9月—來年3月）水位保持在+64～65m 之間，汛期防洪汛限水位保持在+61m 左右。該工程較多鋼筋混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，因閩江水位發(fā)生巨大變化，如負(fù)三層樁帽（底標(biāo)高+59.0m）等結(jié)構(gòu)將長時(shí)間位于水下，平時(shí)基本無施工窗口期進(jìn)行干施工，需要采取措施創(chuàng)造干施工作業(yè)條件[1]。

2 施工方案選擇

經(jīng)交通主管部門召開協(xié)調(diào)會，綜合考慮項(xiàng)目造價(jià)及工期，采用造價(jià)最低的單樁帽鋼吊箱方案制造干施工作業(yè)條件，由有資質(zhì)的專業(yè)設(shè)計(jì)單位進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)，并邀請專家對設(shè)計(jì)及施工方案進(jìn)行專業(yè)評審，從而解決碼頭負(fù)三層結(jié)構(gòu)等現(xiàn)澆問題[2]。結(jié)合水文地質(zhì)條件，通過施工工藝調(diào)研及經(jīng)濟(jì)性比選，該工程負(fù)三層樁帽范圍內(nèi)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)（樁帽、靠船構(gòu)件、立柱）采用水下鋼混組合吊箱圍堰施工[3]。

3 鋼吊箱設(shè)計(jì)

鋼吊箱作為負(fù)三層現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)施工的圍堰擋水結(jié)構(gòu)，同時(shí)也是負(fù)三層樁帽部位的施工模板。根據(jù)樁帽、靠船構(gòu)件、立柱等結(jié)構(gòu)的施工圖紙，經(jīng)設(shè)計(jì)圍堰平面尺寸為3.712m×5.412m，壁體高度為6.55m，壁體鋼面板為10mm 鋼板，圍堰底板為鋼混結(jié)合的預(yù)制底板，底板在樁基位置預(yù)留孔洞并設(shè)置環(huán)向圈梁，預(yù)留孔與鋼護(hù)筒間留置20cm 空隙，混凝土部分底板厚度為25cm，混凝土標(biāo)號為C50，整拼后鋼吊箱質(zhì)量約為50t。鋼吊箱各分塊壁體使用封邊槽鋼鋼管與工字鋼組合鎖扣連接，壁體使用精軋螺紋鋼連接在底板的預(yù)埋件上。在底板預(yù)埋件上安裝止推塊，并通過止推鋼板與壁體底部封邊槽鋼焊接起來。鋼吊箱圍堰內(nèi)受力轉(zhuǎn)換體系共設(shè)置4 處拉壓桿以及6 處剪力板。設(shè)置4 臺同步連續(xù)作用千斤頂對圍堰進(jìn)行整體下放[4]。

4 施工工藝流程

該項(xiàng)目因鋼吊箱吊裝施工需要，灌注樁施工搭建的鋼棧橋及鋼平臺需保留部分，用于吊裝及材料臨時(shí)堆放和運(yùn)輸，需拆除對應(yīng)樁帽上方鋼平臺，為鋼吊箱安裝下放預(yù)留空間。鋼吊箱安裝完成后，先安裝靠船構(gòu)件，再進(jìn)行樁帽施工。樁帽尺寸為3m×4m，高度為1.5m，一次性澆筑成型，樁帽混凝土達(dá)到強(qiáng)度后進(jìn)行立柱施工，最后拆除鋼吊箱[5]。

總體來說有五道主要施工工序：鋼吊箱加工與安裝、鋼吊箱整體下放、預(yù)制底板與鋼護(hù)筒間封堵混凝土澆筑、鋼吊箱抽水、干施工作業(yè)條件下施工。具體施工工藝流程如圖1所示。

圖1 施工工藝流程圖

5 施工工藝及方法

5.1 鋼吊箱加工

鋼吊箱作為樁帽施工的擋水和模板結(jié)構(gòu)，滿足施工期各工況受力要求。吊箱內(nèi)壁和鋼護(hù)筒之間設(shè)置導(dǎo)向裝置，確保鋼吊箱整體下放的偏位控制。

在鋼吊箱施工前，必須完成灌注樁施工，且鋼護(hù)筒要高出施工水位一定高度，鋼吊箱安裝前要在鋼護(hù)筒上進(jìn)行標(biāo)高定位。

鋼吊箱的鋼結(jié)構(gòu)部分在后場分塊加工制作；混凝土底板在施工現(xiàn)場預(yù)制場內(nèi)預(yù)制，采用25cm 厚C50鋼筋混凝土板，將吊環(huán)、剪力板、拉壓桿等安裝預(yù)埋件提前預(yù)埋在底板內(nèi)。需要在后場加工的構(gòu)件主要有：鋼吊箱壁體、混凝土預(yù)制底板、靠船構(gòu)件壁體及其他鋼結(jié)構(gòu)。加工時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：

其一，壁體上壁體梁系、豎向背肋、封邊槽鋼、吊耳等的加工必須嚴(yán)格按施工圖紙下料，嚴(yán)格控制下料尺寸。

其二，鋼吊箱底板、壁體尺寸必須符合設(shè)計(jì)要求。

其三，鋼吊箱壁體內(nèi)壁加工應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范對模板的質(zhì)量要求。

其四，焊縫質(zhì)量必須符合設(shè)計(jì)以及相關(guān)規(guī)范要求。

5.2 鋼吊箱安裝

鋼吊箱在后場分塊制作完成后，用平板車運(yùn)至樁位處拼裝，采用汽車吊進(jìn)行作業(yè)。

5.2.1 搭設(shè)拼裝平臺

拼裝平臺作為鋼吊箱安裝的支撐點(diǎn)，承受鋼吊箱的重量。安裝前，先進(jìn)行外側(cè)輔助鋼管樁施打，后將鋼管樁與平臺樁基及附近鋼護(hù)筒使用型鋼焊接連接，作為鋼吊箱前端支撐平臺。然后在施工鋼護(hù)筒上按設(shè)計(jì)圖位置開設(shè)2 對孔，鋼護(hù)筒的開孔底標(biāo)高比現(xiàn)狀水位高0.5～1.0m。孔口下方鋼護(hù)筒外壁采用2cm 厚鋼板補(bǔ)強(qiáng)，穿入2 根工40b 工字鋼作為鋼吊箱后部支撐。支撐梁在后場加工成型，在鋼平臺拆除時(shí)開始安裝[6]。搭設(shè)拼裝平臺完成后，須對平臺各處的標(biāo)高進(jìn)行測量，保證在同一水平面上。

5.2.2 鋼吊箱預(yù)制底板安裝

預(yù)制底板利用汽車吊起吊至指定位置安裝。吊裝就位后，在預(yù)制底板四周與壁體連接部位上澆筑厚度約3cm 的砂漿找平層，其上再鋪設(shè)一層厚1cm 的橡膠墊層，找平層保證壁體與底板接觸良好，橡膠墊層能有效防止連接處的滲水問題[7]。

5.2.3 鋼吊箱側(cè)壁安裝

按照先后順序拼裝鋼吊箱側(cè)壁，調(diào)整壁體的位置保證精確定位，并調(diào)整垂直度滿足要求，放入止推塊鎖緊連接壁體與底板的對拉桿，在壁體與主梁之間澆筑30mm 封堵砂漿，保證壁體與底板之間連接牢靠[8]。

安裝時(shí)，使用臨時(shí)支撐將壁體臨時(shí)固定，臨時(shí)固定構(gòu)件采用型鋼焊接于鋼護(hù)筒上。按照對角對稱的原則依次安裝壁板。

5.2.4 導(dǎo)向架、定位裝置、扁擔(dān)梁、拉壓桿安裝

當(dāng)壁體與環(huán)向主梁之間的封堵砂漿達(dá)到強(qiáng)度，鋼吊箱的整體穩(wěn)定性良好，在拼裝平臺上不受水位影響，可以進(jìn)行其他構(gòu)件安裝。

鋼吊箱共布置6 個(gè)導(dǎo)向架，分2 層布置在鋼護(hù)筒的三個(gè)方向上。導(dǎo)向架一端固定于壁體上，與鋼護(hù)筒接觸一端安裝軸承，保證鋼吊箱在下放過程中沿鋼護(hù)筒穩(wěn)定下滑。

定位裝置保證下放到位的鋼吊箱在水流、風(fēng)等外力荷載下，保持穩(wěn)定不發(fā)生晃動(dòng)。鋼吊箱通過定位裝置與鄰近的鋼管樁連接，形成穩(wěn)定的整體，從而保證后續(xù)封堵混凝土的施工質(zhì)量[9]。

安裝扁擔(dān)梁及拉壓桿，將下放吊點(diǎn)支座及拉壓桿下支座按設(shè)計(jì)位置與混凝土底板上的預(yù)埋件進(jìn)行焊接，扁擔(dān)梁與下放吊點(diǎn)支座鉸接，拉壓桿與拉壓桿下支座鉸接。拉壓桿在鋼吊箱下放完畢后對鋼吊箱進(jìn)行固定，承受鋼吊箱的整體重量、抽水階段浮力以及后期施工中的荷載。

5.2.5 下放系統(tǒng)安裝

下放系統(tǒng)包括鋼護(hù)筒上的承重挑梁、下放千斤頂、鋼絞線及扁擔(dān)梁等。在預(yù)制底板上設(shè)置4 個(gè)下放吊點(diǎn)，按照設(shè)計(jì)圖將加工好的“十”字形承重挑梁焊接在鋼護(hù)筒頂部。在承重挑梁下方的護(hù)筒上提前焊接加強(qiáng)板和加勁板。將4 臺千斤頂安裝在承重挑梁上，穿入鋼吊箱，并將鋼絞線錨固在對應(yīng)下放吊點(diǎn)的扁擔(dān)梁上，張緊鋼絞線，準(zhǔn)備鋼吊箱下放。

5.3 鋼吊箱下放

下放鋼吊箱前，檢查側(cè)壁與底板、側(cè)壁中間的密封性。選擇適合的天氣、潮位情況下放鋼吊箱。鋼吊箱采用4 臺連續(xù)作用千斤頂下放，分別布置在鋼護(hù)筒四個(gè)方向。

5.3.1 拆除拼裝平臺

4 臺千斤頂為100t 的同步千斤頂，采用統(tǒng)一的液壓系統(tǒng)，最大行程為25cm。使用前，應(yīng)調(diào)試千斤頂系統(tǒng)，保證同步性。同步頂升千斤頂，使鋼吊箱脫離鋼護(hù)筒上的支撐梁10～15cm，并保持12h。其間，觀察鋼吊箱壁體、預(yù)制底板和承重挑梁等的變形情況，無異常則拆除拼裝平臺[10]。

5.3.2 鋼吊箱下放

保持連通器打開，通過4 個(gè)同步千斤頂下放鋼吊箱，每次下放的行程按15cm 控制，直至鋼吊箱下放至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，鎖死千斤頂。

5.3.3 轉(zhuǎn)換拉壓桿受力

鋼吊箱下放到位后，要對其進(jìn)行測量復(fù)核，并根據(jù)測量結(jié)果對鋼吊箱位置進(jìn)行調(diào)整，直至鋼吊箱位置符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。調(diào)整到位后，開始安裝拉壓桿。拉壓桿采用雙拼槽鋼加工而成，拉壓桿下部與鋼吊箱預(yù)制底板鉸接，上部與鋼護(hù)筒焊接。拉壓桿在封堵混凝土施工時(shí)輔助受力，在鋼吊箱抽水過程中主要承受浮力。拉壓桿安裝完畢后，移除吊桿、千斤頂及挑梁。

5.4 鋼吊箱封堵混凝土施工

采用C40 微膨脹的水下不離析混凝土進(jìn)行封堵。水下不離析混凝土是在普通混凝土中添加不分散劑配置而成，拌和物在水中澆筑不離析、不分散、水泥不流失，能自流平、自密實(shí)。封堵范圍為預(yù)制底板與鋼護(hù)筒之間環(huán)向間隙范圍、封堵厚度為50mm，封堵方量約為0.13m3。

封堵混凝土施工是及時(shí)、有效形成樁帽干施工環(huán)境的關(guān)鍵工序。要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，選擇合理的澆筑工藝，加強(qiáng)配合比設(shè)計(jì)，提高混凝土的性能。對封堵設(shè)備進(jìn)行合理配置，加強(qiáng)設(shè)備的維修保養(yǎng)、施工現(xiàn)場的組織管理，使封堵混凝土施工有序進(jìn)行，確保封堵混凝土的澆筑質(zhì)量[11]。

封堵混凝土施工使用內(nèi)徑φ150mm 的軟管，插入鋼護(hù)筒與預(yù)制底板的環(huán)向間隙中進(jìn)行澆筑。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際操作空間，在上方置小料斗，提前計(jì)算護(hù)筒間封堵混凝土的使用量，保證混凝土的供應(yīng)充足。

5.5 鋼吊箱臨時(shí)固定

鋼吊箱下放至設(shè)計(jì)標(biāo)高，鋼吊箱抽水前，對鋼吊箱壁體與鄰近鋼管樁及鋼護(hù)筒進(jìn)行臨時(shí)加固，以平衡在抽水過程中鋼吊箱結(jié)構(gòu)偏心導(dǎo)致的不平衡荷載[12]。

5.6 鋼吊箱抽水

待封堵混凝土的同條件養(yǎng)護(hù)試塊強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，關(guān)閉壁體上的連通器，使用水泵抽水。在抽水作業(yè)過程中，檢查拉壓桿的受力情況以及鋼吊箱側(cè)壁連接處的漏水情況，發(fā)現(xiàn)漏水應(yīng)及時(shí)采取措施進(jìn)行處理，保證鋼吊箱內(nèi)的干施工作業(yè)條件。待鋼吊箱內(nèi)的水抽干后，拆除底板上的扁擔(dān)梁。

5.7 鋼吊箱的體系轉(zhuǎn)換

鋼吊箱抽水完畢，沿鋼護(hù)筒四周焊接6 塊剪力板，剪力板一端與護(hù)筒焊接，另一端與預(yù)制底板上的對應(yīng)預(yù)埋件焊接成整體。待剪力板焊接完成檢查無誤后，即可拆除拉壓桿，實(shí)現(xiàn)鋼吊箱的體系轉(zhuǎn)換，由剪力板受力。

5.8 干施工作業(yè)條件下施工

此時(shí)即可在干施工作業(yè)條件下，進(jìn)行割除鋼護(hù)筒、樁頭處理、樁基檢測、靠船構(gòu)件安裝、鋼筋綁扎、混凝土澆筑等施工作業(yè)。

6 結(jié)語

根據(jù)工程項(xiàng)目特點(diǎn)，介紹了鋼混組合吊箱圍堰在內(nèi)河庫區(qū)碼頭低保證率水位變動(dòng)區(qū)水下混凝土結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用，且因碼頭樁帽偏心，又有靠船構(gòu)件偏載，鋼吊箱圍堰施工技術(shù)難度大，要求高。在實(shí)際應(yīng)用中，可以為其他水下混凝土結(jié)構(gòu)施工提供借鑒和參考。