水中高樁承臺裝配化鋼吊箱施工關鍵技術

馬文輝

(廣西路橋工程集團有限公司,廣西 南寧 530200)

0 引言

近年來隨著我國國民經濟、交通事業的飛速發展,各類跨越大江大河甚至跨海的橋梁工程不斷興建。大跨度橋梁水中基礎因水流作用、缺少作業支承平臺及水下作業的不確定性,成為大橋施工中的重難點[1-2]。其中依靠群樁基礎支承,底標高在河床之上的承臺稱為水中高樁承臺。

本文主要針對水中高樁承臺裝配化鋼吊箱施工關鍵技術進行論述。

1 工程背景

廣西某高速改擴建工程特大橋全長497 m,跨徑組合為:4×30 m(小箱梁)+280 m(鋼管混凝土系桿拱橋)+3×30 m(小箱梁)。大橋主墩采用凱旋門式墩身、群樁基礎,其中大橋5#主墩位于水中,水深10 m左右,設計為左右幅分離式承臺,單個承臺尺寸21 m×10 m×5 m,由8根直徑2.2 m樁基支承。大橋橋型整體布置如圖1所示。

圖1 大橋橋型布置圖(m)

2 裝配化鋼吊箱施工總體方案

先將鋼吊箱分塊加工,利用鋼護筒設置工作平臺,現場拼裝成整體,采用吊放系統將鋼吊箱下放至設計標高,將拉壓桿與樁基鋼護筒固結,把鋼吊箱吊掛在樁基鋼護筒上,再澆筑封底混凝土將鋼吊箱底板與樁基鋼護筒固結,抽水后將拉壓桿轉換至樁底護筒底部,將鋼吊箱作為承臺施工降水措施及水中支承。其工作原理是通過封底混凝土、拉壓桿將鋼吊箱底板與樁基鋼護筒固結,把鋼吊箱懸掛在樁基鋼護筒上,作為承臺施工作業平臺及降水措施。鋼吊箱施工工藝流程如下頁圖2所示。

圖2 鋼吊箱施工工藝流程圖

3 技術特點

(1)采用先分塊加工、再整體拼裝的預制拼裝工藝,加工質量好,整體安裝進度快。

(2)鋼吊箱側板、底板間采用螺栓連接及限位,施工完成后側板可拆除重復利用,材料利用率高,可節省工程建設成本。

(3)采用澆筑封底混凝土、焊接拉壓桿的方式將吊箱底板與樁基鋼護筒固結,利用鋼吊箱底板作為承臺施工支承平臺,有效將水下施工轉為陸上施工。

(4)在封底混凝土頂預留20 cm空間,用于設置砂漿調平層、拉壓桿轉換及盲溝,將局部滲水集中及排放,排水效果好。

4 關鍵技術

4.1 鋼吊箱設計

(1)考慮鋼吊箱下放誤差,鋼吊箱平面凈尺寸較承臺每邊擴大20 cm設計,即該鋼吊箱的平面凈尺寸為21.2 m×10.2 m。

(2)鋼吊箱頂標高比設計水位線高1 m,鋼吊箱底標高=(承臺底標高-封底混凝土厚度),鋼吊箱總高度=吊箱頂標高-吊箱底標高,本項目鋼吊箱總高度為8 m。

(3)鋼吊箱封底混凝土厚度根據鋼吊箱設計水位下整體抗浮、歷史最低水位下鋼吊箱整體承載力兩項指標計算確定,經計算本項目封底混凝土厚度為1.0 m。

(4)鋼吊箱側板、內支撐等構件的型號、布置間距等要經過承壓計算確定,本項目側板采用δ=6 mm面板、Ⅰ25a背楞布置間距1 m;內支撐上下層間距2.5 m,采用雙拼45a圍檁、φ530 mm內支撐管。

4.2 鋼吊箱加工

4.2.1 地胎加工

為確保鋼吊箱加工精度,采用型鋼材料,利用水準尺、水平線等平設備加工胎架,作為箱加工精確場地。

4.2.2 鋼吊箱分塊加工

根據吊車起吊能力、現場安裝條件,劃分鋼吊箱底板及側板節段。依次在胎架上按圖紙布設面板、加勁肋、背楞,先點焊固定,再采用二氧化碳氣體保護焊進行焊接。背肋與面板按每15 cm間距焊接10 cm長度焊縫的方式跳焊,面板與邊緣處背肋采用滿焊方式連接。側板節段間連接法蘭采用沖床開長條孔,確保節段間連接效率。

4.3 鋼吊箱拼裝

4.3.1 鋼平臺拆除

在樁基施工完成后,拆除鋼吊箱施工范圍內的鋼平臺,根據實際情況預留部分鋼管樁作為鋼吊箱拼裝平臺支承點及鋼吊箱下放的導向裝置。

4.3.2 搭設鋼吊箱拼裝平臺

根據施工季節常水位,在樁基鋼護筒上開孔,穿插架設型鋼,作為鋼吊箱拼裝作業平臺。鋼吊箱拼裝平臺設置的型鋼要輕巧靈活、方便拆除。

4.3.3 鋼吊箱底板拼裝

底板加工好后,根據起吊能力、運輸條件、設計需要分割成數塊。采用汽車分塊運至墩位處,利用汽車吊將底板吊起套進鋼護筒,下放到拼裝平臺處后,在鋼護筒頂面設置扁擔梁安裝吊掛系統,然后用手拉葫蘆將每塊底板吊住,通過鏈葫蘆調整好標高和平面位置后,并采用型鋼與鋼護筒焊接固定,防止底板搖晃。安裝完第一塊底板后,接著采用同樣方法安裝相鄰的底板,將相鄰的底板精確調平后,將接頭對焊,采用相同方式完成鋼吊箱底板拼裝。

4.3.4 鋼吊箱側板拼裝

在吊箱底板上,采用吊車拼裝鋼吊箱側板,并利用鋼管將側板節段與樁基鋼護筒焊接固定,確保側板拼裝合龍前的穩定性。吊箱側板之間采用螺栓連接,節段間設置膨脹止水帶,當吊箱下放遇水膨脹后可堵塞縫隙達到止水目的。

側板與底板采用以下方式固定:(1)吊箱內側方向,在底板上焊接“三角限位板”,限制側板向吊箱內側位移;(2)吊箱外側方向,在底板上設置法蘭孔,通過施擰螺母頂緊吊箱側板,達到固定側板的作用。同時,在承臺施工完成后,可由潛水員擰出螺母,拆除鋼吊箱側板回收利用。

4.3.5 內支撐安裝

為提高鋼吊箱下放、抽水工況下的穩定性,需要在鋼吊箱下放前安裝內支撐,并注意在設計鋼吊箱內支撐時避免內支撐與鋼護筒在空間位置上沖突。

4.3.6 拉壓桿安裝

拉壓桿作為鋼吊箱在下放之后、抽水之前整個鋼吊箱的承載裝置,在鋼吊箱底板“龍骨”上,垂直于樁基鋼護筒“縱、橫橋向”切點位置,用雙拼槽鋼,焊接拉壓桿。每個鋼護筒周圍設置4根拉壓桿。

4.4 鋼吊箱下放

4.4.1 吊放系統設置

根據鋼吊箱重量、底板“龍骨”構造等設置吊放系統,吊放系統由支承裝置、下放裝置及下錨固端組成。支承裝置為在鋼護筒上端安裝型鋼扁擔梁,為鋼吊箱下放提供支承受力點;下放裝置由千斤頂、精軋螺紋鋼、“千斤頂行程→精軋螺紋鋼長度轉換系統”組成;下錨固端為精軋螺紋鋼底部錨固處,采用在“底板龍骨”上焊接錨固點方式設置。

4.4.2 鋼吊箱下放

連接千斤頂與油泵,啟動油泵使千斤頂連續頂升,直至鋼吊箱底板與拼裝平臺脫離,擰緊精軋螺紋鋼在上錨固端螺母,拆除鋼吊箱拼裝平臺。再通過千斤頂、精軋螺紋鋼、“千斤頂行程→精軋螺紋鋼長度轉換系統”三者的相互轉換,將鋼吊箱徐徐下放,并在下放過程中通過以下方式控制鋼吊箱同步下放:(1)在精軋螺紋鋼及鋼吊箱側板用油漆畫刻度線,用于觀察吊箱各個點下放高度,并通過千斤頂行程調整;(2)采用分油閥,由1臺油泵控制多臺千斤頂,并通過閥門控制各個千斤頂油管進油量,進而控制各個千斤頂行程快慢。

鋼吊箱下放到設計標高后,由測量人員對吊箱標高及偏位進行測量,并采用以下措施進行調整:(1)下放后標高誤差采用千斤頂調整;(2)平面位置偏差由潛水員用手拉葫蘆將“底板龍骨”掛在護筒上,通過手拉葫蘆進行偏位調整,到位后,采用鋼楔打入鋼護筒周邊的間隙來固定底板。吊箱就位后,先將拉壓桿與樁基鋼護筒焊接,再拆除鋼吊箱吊放系統,吊箱承重系統由精軋螺紋鋼轉換至拉壓桿。

4.5 封底混凝土灌注

由潛水員采用水泥沙袋將鋼護筒與吊箱底板間間隙進行封堵,并在吊箱側板上靠近水面位置割孔,以保持吊箱內外水位一致,避免水壓擾動封底混凝土。準備就緒后,采用多次拔球方式澆筑封底混凝土,每次澆筑過程中采用測繩測量封底混凝土頂標高,達到設計標高后,再重新拔球澆筑下一個點,直到完成整個封底混凝土灌注。

4.6 抽水及拉壓桿轉換

根據混凝土試配結果及同養試件強度,當達到80%設計強度時,進行鋼吊箱抽水作業。抽水至鋼吊箱底部后,立即進行清淤,采用風鎬鑿出拉壓桿焊接位置,將拉壓桿焊接處轉換至樁基護筒底部。然后割除多余鋼護筒,破除樁頭,進行承臺實體施工。

4.7 鋼吊箱側板拆除

承臺施工完成后,拆除內支撐,松掉鋼吊箱側板與側板、底板與側板的連接螺栓,逐塊拆除鋼吊箱側板,周轉至下一個鋼吊箱使用。

5 結語

本文對水中高樁承臺裝配化鋼吊箱關鍵技術進行研究,再次驗證了裝配化鋼吊箱安全性好、受力明確、施工效率高、自身結構用鋼量低等明顯優點,為項目主墩施工的順利完成奠定了良好的基礎,值得在后續工程中繼續推廣使用。