吳凱軍，蔡 田

（中交第二公路工程局有限公司泉州灣跨海大橋A3合同段項(xiàng)目經(jīng)理部，福建泉州 362122）

1 工程概況

泉州灣跨海大橋南岸深水區(qū)引橋承臺(tái)均為高樁承臺(tái)，承臺(tái)底標(biāo)高為-1.4 m，封底混凝土厚度為80 cm，封底混凝土底標(biāo)高為-2.2 m，海床面標(biāo)高處于-2.5 m～-6.5m之間。承臺(tái)均為矩形帶圓弧倒角結(jié)構(gòu)，承臺(tái)尺寸為9.1 m×8.0 m×3.5 m。工程所屬區(qū)域海面開(kāi)闊，海床面覆蓋層為淤泥層和中細(xì)砂層，潮汐屬于正規(guī)半日潮，最高潮位3.36 m，最低潮位-2.85 m，平均潮位下普遍水深1.4 m～5.7 m。橋址區(qū)為典型季風(fēng)區(qū)，施工階段設(shè)計(jì)風(fēng)速35.1 m/s，最大波浪高2.44 m。承臺(tái)施工具有工程數(shù)量多，承臺(tái)底標(biāo)高在水面以下且距海床面較高等特點(diǎn)。結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)，確定選擇裝配式鋼吊箱法進(jìn)行承臺(tái)施工。

2 裝配式鋼吊箱相關(guān)設(shè)計(jì)

鋼吊箱作為臨時(shí)結(jié)構(gòu)為承臺(tái)施工提供無(wú)水的施工環(huán)境，同時(shí)又是承臺(tái)施工模板，考慮到承臺(tái)施工數(shù)量多、潮水水位高、施工工期緊等特點(diǎn)，吊箱底模采用鋼筋混凝土預(yù)制板代替鋼模板，待承臺(tái)澆注完成拆除吊箱側(cè)壁。為避免漲潮時(shí)海水由吊箱頂進(jìn)入吊箱內(nèi)部，吊箱側(cè)模設(shè)計(jì)高7.5 m。吊箱采用C20水下混凝土進(jìn)行封底，封底厚度80 cm，承臺(tái)澆筑方量56.2 m3，封底混凝土與鋼吊箱之間的粘結(jié)力不足以滿足承臺(tái)混凝土荷載作用，需要在鋼護(hù)筒外側(cè)設(shè)置剪力件伸入封底混凝土[1-2]。

2.1 側(cè)模設(shè)計(jì)

側(cè)模為三層結(jié)構(gòu)，第一層面板采用厚度為8 mm的優(yōu)質(zhì)鋼板，第二層橫肋采用[10#型鋼，間距40 cm；第三層豎肋采用][20b#型鋼，間距75 cm；法蘭為100×14 mm的扁鋼。設(shè)置兩層內(nèi)撐桁架，第一層設(shè)置于模板的中間距底部4.5 m，第二層設(shè)置于距頂部0.2 m處，桁架采用I40b型鋼進(jìn)行構(gòu)造支撐。外桁架采用I40b型鋼對(duì)吊箱進(jìn)行加固鎖緊，與模板豎肋之間采用螺栓進(jìn)行連接，桁架按間距1 m進(jìn)行布置。側(cè)模共分為42塊，沿高度方向分3層，每層由12塊模板拼組而成，單塊模板最大尺寸2.25 m×2.5 m。

2.2 底模設(shè)計(jì)

底模由四塊鋼筋混凝土預(yù)制板組成，每塊板設(shè)置兩個(gè)預(yù)留孔，四個(gè)吊點(diǎn)，預(yù)留孔孔徑50 mm。每塊預(yù)制板在對(duì)應(yīng)樁基位置設(shè)置比樁基鋼護(hù)筒外徑大20 cm的預(yù)留孔，方便拼裝。為滿足受力需求，預(yù)制板厚度為16 cm，內(nèi)設(shè)兩層φ16 mm的鋼筋，層間距10 cm；上層鋼筋網(wǎng)鋼筋間距20 cm，下層15 cm。

2.3 封底混凝土設(shè)計(jì)

封底混凝土厚80 cm，承臺(tái)及鋼吊箱自重荷載遠(yuǎn)大于封底混凝土與鋼護(hù)筒之間的握裹力。為滿足受力要求需設(shè)置剪力件，剪力件由φ28鋼筋外加φ16鋼筋加強(qiáng)圈構(gòu)成，每根鋼護(hù)筒上布置16個(gè)剪力件，剪力件大樣如圖1所示。

圖1 剪力件大樣圖（單位：mm）

2.4 受力分析

2.4.1 設(shè)計(jì)荷載工況

綜合考慮海水高低潮水位、吊箱內(nèi)清淤及排水、封底及承臺(tái)混凝土澆筑前后施工情況，共需分5個(gè)工況進(jìn)行吊箱受力驗(yàn)算，具體如下：

工況1：吊箱下放加固完成，澆注封底混凝土；工況2：封底混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，低潮水位時(shí)，吊箱內(nèi)抽水；工況3：封底混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，高潮水位時(shí)，吊箱內(nèi)抽水；工況4：低潮水位時(shí)澆注承臺(tái)混凝土；工況5：高潮水位時(shí)澆注承臺(tái)混凝土。工況1為吊箱底板受力最不利情況，工況3和工況4為吊箱側(cè)模荷載最不利工況。封底混凝土澆注完成后，去除吊掛系統(tǒng)，依靠封底混凝土與鋼護(hù)筒間的粘結(jié)作用來(lái)維持結(jié)構(gòu)體穩(wěn)定，因此需在工況3和工況4下進(jìn)行封底混凝土受力驗(yàn)算。

2.4.2 側(cè)模受力分析[3-4]

采用MIDAS建立有限元模型，分別在工況3和工況4下進(jìn)行側(cè)模的受力計(jì)算，建立的有限元模型如圖2所示，計(jì)算結(jié)果參見(jiàn)表1所列。由計(jì)算結(jié)果可知，在兩種工況下各桿件組合應(yīng)力均小于允許應(yīng)力188.5 MPa，受力滿足要求。允許撓度[w]=L/500，取高度方向桿件L=7.5 m為最小尺寸，允許撓度[w]=15 mm，計(jì)算整體結(jié)構(gòu)最大位移為w=7 mm[w]，變形滿足要求。

圖2 承臺(tái)側(cè)模計(jì)算模型

表1 承臺(tái)模板結(jié)算結(jié)果一覽表

2.4.3 底板受力分析

封底混凝土厚度為80 cm，在工況1情況下，底板依靠吊掛系統(tǒng)懸吊在鋼護(hù)筒頂，底板主要受封底混凝土、側(cè)模及底板的自重荷載。側(cè)模自重按60 t計(jì)，以均布荷載的形式加載于承臺(tái)吊箱底板四周，新澆注封底混凝土對(duì)吊箱底板作用荷載為20 kN/m2，吊箱底板混凝土重度取25 kN/m2。

2.4.4 封底混凝土受力分析

鋼護(hù)筒直徑為2.8 m，封底厚度80 cm，封底混凝土與鋼護(hù)筒之間的粘結(jié)力按照k=15 t/m2計(jì)算，則封底混凝土與鋼護(hù)筒之間的握裹力f=4220.2 kN。吊箱自重G1=999 kN，80 cm厚封底混凝土自重G2=1377.6 kN，承臺(tái)混凝土自重G3=7187.5 kN，高潮位時(shí)水對(duì)吊箱浮力F=5781 kN。分別在工況3和工況4情況下計(jì)算封底混凝土受力能否滿足要求。

工況3：此工況鋼吊箱為抗浮計(jì)算，吊箱結(jié)構(gòu)體自重荷載G=G1+G2=2376.6（kN），封底混凝土與鋼護(hù)筒之間需要提供的握裹力為F-G=3404.4 kN

工況4：設(shè)置剪力件后，工況4情況下剪力件需承受荷載為G-f=5143.9 kN，平均每個(gè)剪力件受力80.4 kN，遠(yuǎn)小于φ28鋼筋能夠抵抗荷載（126 kN）。封底混凝土內(nèi)設(shè)置的剪力件受力滿足要求，結(jié)構(gòu)安全。

3 裝配式吊箱施工工藝

3.1 搭設(shè)臨時(shí)拼裝平臺(tái)

為了鋼吊箱安裝方便、安全，確保拼裝精度，在鋼護(hù)筒上設(shè)置臨時(shí)拼裝平臺(tái)進(jìn)行鋼吊箱的拼裝施工（見(jiàn)圖3）。拼裝平臺(tái)采用I25b型鋼貫穿鋼護(hù)筒為承力梁，工字鋼與鋼護(hù)筒中心線距離為15 cm，確保吊桿的穿越。最高潮水位+3.36 m，臨時(shí)拼裝平臺(tái)需搭設(shè)在最高潮位之上，確保鋼吊箱拼裝不受潮水影響，從而將施工環(huán)境變?yōu)楦墒┕?，提高鋼吊箱拼裝精度。該項(xiàng)目臨時(shí)拼裝平臺(tái)標(biāo)高確定為+4.5 m。

圖3 臨時(shí)拼裝平臺(tái)型鋼布置圖（單位：mm）

3.2 吊箱拼裝

底板的初步拼裝采用汽車吊進(jìn)行，底板分為四塊，每塊都有獨(dú)立的編號(hào)，對(duì)應(yīng)安裝到位后，利用手拉葫蘆和撬桿進(jìn)行微調(diào)，使四塊板在同一水平面拼裝成整體（見(jiàn)圖4）。完成后將板與板之間的預(yù)埋件焊接牢固，確保板的整體性。在吊裝孔內(nèi)穿上精軋螺紋鋼吊桿。吊桿外套PVC管，套管與底板之間接縫采用膠布進(jìn)行包裹密實(shí)，保證澆筑混凝土的過(guò)程中不污染吊桿，方便吊桿拆卸。底板拼裝完成后利用全站儀及鋼尺標(biāo)識(shí)出模板安裝輪廓線，以及位置控制線，再采用70 t履帶吊拼裝吊箱側(cè)模，拼裝時(shí)采用分塊分層進(jìn)行，模板拼接縫之間采用10 mm厚的橡膠條再涂刷1～1.5 mm的膠水進(jìn)行拼接，保證拼縫嚴(yán)密不漏水。拼裝完第一層后要進(jìn)行吊箱位置的調(diào)整精確定位，保證以后拼裝的模板位置及垂直度等能精確控制（見(jiàn)圖5）。

圖4 底板拼裝完成實(shí)景

圖5 吊箱拼裝完成實(shí)景

3.3 設(shè)置吊掛系統(tǒng)

吊掛系統(tǒng)由分配梁和吊桿組成，分配梁為I40b雙拼，吊桿為Φ32精軋螺紋鋼。鋼護(hù)筒頂需設(shè)兩個(gè)分配梁，液壓千斤頂放置在兩層分配梁之間。吊掛系統(tǒng)設(shè)置完成后，吊箱承力由臨時(shí)搭設(shè)平臺(tái)轉(zhuǎn)化到吊掛系統(tǒng)，如圖6所示。

圖6 設(shè)置吊掛系統(tǒng)實(shí)景

3.4 鋼吊箱模板下放定位

吊掛系統(tǒng)完成后，經(jīng)過(guò)各項(xiàng)詳細(xì)檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行下放作業(yè)，吊箱下放采用8臺(tái)50t千斤頂進(jìn)行多點(diǎn)同步下放。下放時(shí)要在退潮時(shí)進(jìn)行作業(yè)，盡量在整個(gè)下放過(guò)程中吊箱處于水面以上不受水流力和波浪力影響，如圖7所示。

圖7 吊箱下放實(shí)景

千斤頂設(shè)置在鋼護(hù)筒頂分配梁和措施分配梁之間，下放過(guò)程如下：（1）將精軋螺紋鋼在下層分配梁頂端鎖死，在上層分配梁頂端放松。（2）頂升千斤頂，頂升過(guò)程中保證每臺(tái)千斤頂負(fù)荷均衡。（3）將精軋螺紋鋼在上層分配梁頂端鎖死，在下層分配梁頂端放松。（4）將千斤頂卸荷，實(shí)現(xiàn)模板下放，卸荷緩慢進(jìn)行，確保承臺(tái)底模板水平。重復(fù)（1）至（4）步，直到承臺(tái)模板下放到設(shè)計(jì)標(biāo)高，將精軋螺紋鋼在下層分配梁頂端鎖死，上層分配梁周轉(zhuǎn)至下一承臺(tái)模板下放施工。吊箱下放到位后，將模板與內(nèi)側(cè)鋼護(hù)筒及周圍鋼管樁焊接支撐梁加固，確保在海浪作用下吊箱模板不發(fā)生位移。

3.5 封底混凝土施工

鋼吊箱封底混凝土為C20水下混凝土，封底厚度80 cm，澆筑方量52.6 m3，采用導(dǎo)管進(jìn)行水下澆筑。

3.5.1 焊接剪力件

吊桿拆除后，鋼吊箱將依靠封底混凝土與鋼護(hù)筒之間的粘結(jié)力保持穩(wěn)定，為保證封底混凝土與鋼護(hù)筒之間的握裹力滿足要求，需在鋼護(hù)筒上焊接剪力件，根據(jù)前述設(shè)計(jì)可知，剪力件焊接在封底混凝土頂面以下10 cm鋼護(hù)筒上，沿鋼護(hù)筒周長(zhǎng)需均勻布置16個(gè)。剪力件由φ28鋼筋外加φ16鋼筋加強(qiáng)圈構(gòu)成，剪力件直接焊接在鋼護(hù)筒側(cè)壁上，焊接采用雙面焊接，焊接長(zhǎng)度為15 cm，每個(gè)鋼護(hù)筒焊接16個(gè)剪力件。所有焊件均進(jìn)行鍍鋅防腐處理，焊縫采用環(huán)氧粉末進(jìn)行噴涂，如圖8、圖9所示。

圖8 剪力件鍍鋅處理實(shí)景

圖9 剪力件焊接完成實(shí)景

3.5.2 封堵底板縫隙

混凝土預(yù)制板進(jìn)行預(yù)制時(shí)，為了便于預(yù)制板安裝，預(yù)留的鋼護(hù)筒孔洞直徑比鋼護(hù)筒直徑大20 cm，因此底板與鋼護(hù)筒之間有10 cm的空隙需要封堵，防止混凝土澆筑時(shí)漏掉。采用3 mm鋼板加工三段圓弧，圓弧寬度15 cm，內(nèi)徑與鋼護(hù)筒外徑相同，將圓弧鋼板在空隙處拼接，并與鋼護(hù)筒焊接牢固。將鋼護(hù)筒外壁焊渣及其他雜物進(jìn)行清理，使其表面雜物清除干凈，如圖10所示。

圖10 堵漏鋼板實(shí)景

3.5.3 導(dǎo)管布置及澆筑工藝

封底混凝土采用導(dǎo)管分次對(duì)稱澆筑，整個(gè)平臺(tái)在鋼護(hù)筒邊緣約50 cm處布置4根導(dǎo)管。導(dǎo)管懸空底板控制在10～20 cm之間，用拔板法進(jìn)行封底，封底完成后采用臥泵直接泵送混凝土入導(dǎo)管進(jìn)行澆筑。封底混凝土導(dǎo)管采用內(nèi)徑φ275 mm、壁厚δ=8 mm的無(wú)縫鋼管制作，管節(jié)之間連接采用快速螺紋接頭。導(dǎo)管由臨時(shí)導(dǎo)管定型卡固定在操作平臺(tái)上，操作平臺(tái)主要由I25b型鋼、平臺(tái)木板及欄桿組成，如圖11所示。導(dǎo)管上部系白棕繩，控制導(dǎo)管傾斜，并掛設(shè)手拉葫蘆控制導(dǎo)管高度，導(dǎo)管頂口與小集料斗相接。

圖11 混凝土澆筑操作平臺(tái)實(shí)景

3.5.4 封底混凝土澆注

混凝土采用生產(chǎn)能力120 m3/h的攪拌站拌制。水下封底混凝土采用大集料斗集料，溜槽分配到小料斗，大集料斗容量按導(dǎo)管封底要求控制。為了保證封底混凝土施工質(zhì)量，混凝土澆筑選擇在落潮時(shí)進(jìn)行，封底前在小漏斗內(nèi)涂抹黃油、鋪塑料薄膜，用塞子堵住管口并用浮吊掛住塞子，待封口大集料斗內(nèi)儲(chǔ)滿后開(kāi)啟閥門(mén)往小料斗內(nèi)放料，小料斗滿后拔塞封底，通過(guò)溜槽連續(xù)供料，使封底不間斷地進(jìn)行。

封底混凝土施工時(shí)，作好測(cè)深工作并做好記錄；每根導(dǎo)管封口結(jié)束后應(yīng)及時(shí)測(cè)量其埋深與流動(dòng)范圍。導(dǎo)管封底完成后，及時(shí)補(bǔ)料，同一導(dǎo)管兩次灌入混凝土的時(shí)間間隔控制在30 min以內(nèi)。封底混凝土厚度0.8 m，為保證導(dǎo)管有一定埋深，混凝土灌注順利時(shí)，一般不隨便提升導(dǎo)管，即使需要提管，每次提升的高度都嚴(yán)格控制導(dǎo)管的埋深不小于40 cm。灌注過(guò)程中根據(jù)灌注量，每隔一定時(shí)間測(cè)一次標(biāo)高，以指導(dǎo)布料，使混凝土均勻上升。混凝土澆注臨近結(jié)束時(shí)，全面測(cè)出混凝土面標(biāo)高，根據(jù)測(cè)量結(jié)果，對(duì)混凝土面標(biāo)高偏低的測(cè)點(diǎn)附近的導(dǎo)管增加灌注量，直至所測(cè)結(jié)果滿足要求。當(dāng)所有測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高滿足控制要求后，結(jié)束封底混凝土灌注。封底過(guò)程中鋼圍堰側(cè)模上的連通器應(yīng)打開(kāi)，保證鋼圍堰內(nèi)外水位差基本一致，保證封底混凝土不受水頭壓力作用而破壞。

3.6 拆除吊掛系統(tǒng)

待封底混凝土強(qiáng)度達(dá)到22 MPa后便可進(jìn)行吊箱內(nèi)抽水，抽水時(shí)封閉連通器，盡量在低潮位時(shí)進(jìn)行。抽水完成后拆除吊掛系統(tǒng)。吊桿回收時(shí)先松鋼護(hù)筒頂部分配梁上的螺母，然后再松承臺(tái)底部承重分配梁的螺母，抽出吊桿，將下承重系統(tǒng)掉入水中，逐根回收。割除鋼護(hù)筒頂分配梁，周轉(zhuǎn)至下一承臺(tái)施工。

3.7 鋼吊箱模板拆除

封底混凝土澆筑完成，拆除吊掛系統(tǒng)后，承臺(tái)圍堰安裝完成，將承臺(tái)施工由水上施工變?yōu)椤瓣懙厥┕ぁ?，施工工藝比較常規(guī)。待承臺(tái)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)進(jìn)行模板拆除，承臺(tái)鋼吊箱側(cè)板使用履帶吊自上而下分塊拆除，承臺(tái)底板將作為承臺(tái)封底混凝土一部分不進(jìn)行拆除。

4 結(jié)論與建議

（1）混凝土預(yù)制底板應(yīng)在保證能進(jìn)行模板側(cè)壁拼裝的原則下盡量減小平面尺寸，保證承臺(tái)的外觀美。

（2）裝配式吊箱在臨時(shí)搭設(shè)平臺(tái)上進(jìn)行拼裝，平臺(tái)應(yīng)設(shè)置在最高潮水位1m以上，可以防止潮水對(duì)拼裝作業(yè)的影響，能保證吊箱拼裝精度，提高施工質(zhì)量。

（3）在吊箱下放施工中，千斤頂盡量保證同步性，避免不均勻下放影響模板的拼裝質(zhì)量。

（4）在封底混凝土中設(shè)置剪力件，可有效地提高混凝土與鋼護(hù)筒的粘結(jié)力。剪力件應(yīng)確保不深入承臺(tái)混凝土，以免加速承臺(tái)混凝土的腐蝕，破壞承臺(tái)混凝土強(qiáng)度。

[1]JTGT F50-2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]范立礎(chǔ).橋梁工程[M].北京：人民交通出版社，2003.

[3]周水興，等.路橋施工計(jì)算手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2004.

[4]張俊義.橋梁施工常用數(shù)據(jù)手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2005.