茹啟江，劉成鋼，杜雄偉，王軍艦(中建三局基礎(chǔ)設(shè)施工程有限公司，湖北武漢　430065)

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淺海區(qū)高樁承臺(tái)鋼吊箱圍堰施工關(guān)鍵技術(shù)

茹啟江，劉成鋼，杜雄偉，王軍艦
(中建三局基礎(chǔ)設(shè)施工程有限公司，湖北武漢430065)

摘要:以唐山曹妃甸工業(yè)區(qū)納潮河2號(hào)大橋高樁承臺(tái)的施工為例，介紹了淺海深水區(qū)高樁承臺(tái)鋼吊箱圍堰施工工藝，對(duì)鋼吊箱拼裝、整體下放、封底混凝土澆注及承重體系的兩次轉(zhuǎn)換進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。該鋼吊箱圍堰施工技術(shù)已成功應(yīng)用于納潮河2號(hào)大橋承臺(tái)的施工中。實(shí)踐表明，該施工工藝操作簡(jiǎn)便、安全可靠，對(duì)類似跨?；虼蠛痈邩冻信_(tái)的施工具有一定的借鑒價(jià)值。

關(guān)鍵詞:高樁承臺(tái)鋼吊箱承重體系施工技術(shù)

1　工程概況

唐山市曹妃甸工業(yè)區(qū)納潮河2號(hào)大橋工程位于納潮河中，屬于海域施工環(huán)境。納潮河為中等強(qiáng)度的潮汐河段，水深3.52～19.35 m，水流流速為2.5 m/s，海浪浪高為0.5～2.1 m，周期為5 s。最低潮位高程為0.70 m，常水位最高潮位高程為3.5 m，百年一遇最高潮位高程為4.5 m。唐山納潮河2號(hào)大橋主橋7#～12#承臺(tái)屬于高樁承臺(tái)，承臺(tái)樁基為直徑2.0 m的鉆孔灌注樁，承臺(tái)采用C35海工高性能混凝土。橋墩為花式L形實(shí)心墩，承臺(tái)尺寸及高程如表1所示，主橋承臺(tái)平面、橋墩構(gòu)造示意如圖1和圖2。

表1　主橋承臺(tái)尺寸、高程m

圖2　主橋橋墩構(gòu)造示意(尺寸單位:cm;高程:m)

2　鋼吊箱圍堰施工方案

2.1鋼吊箱圍堰施工方案的確定

通過集思廣益，多次研討總結(jié)后，最終確定采用單壁鋼吊箱圍堰施工深水高樁承臺(tái)。首先在承臺(tái)樁基施工完成后，在鋼護(hù)筒上焊接牛腿作為鋼吊箱底板、壁板等構(gòu)件的拼裝平臺(tái)，為鋼吊箱提供水上原位分塊拼裝工作面，鋼吊箱拼裝完成。然后在鋼吊箱底板下設(shè)置承重架，在鋼護(hù)筒上設(shè)置分配梁，二者通過精軋螺紋鋼筋、螺母及千斤頂連接。將千斤頂安置在分配梁上，通過液壓泵站系統(tǒng)同時(shí)控制多臺(tái)千斤頂，運(yùn)用同步控制整體下放鋼吊箱技術(shù)，將拼裝好的鋼吊箱下放就位后定位。

再將臨時(shí)拉壓桿上端與鋼護(hù)筒側(cè)反壓牛腿現(xiàn)場(chǎng)施焊連接，臨時(shí)拉壓桿下端與吊耳通過銷軸連接，吊耳與鋼吊箱底板主梁焊接連接。完成了第一次受力體系轉(zhuǎn)換，由原吊掛系統(tǒng)承受鋼吊箱底板、壁板自重及施工荷載，轉(zhuǎn)換為由臨時(shí)拉壓桿承受鋼吊箱自重、浮力，以及澆筑封底混凝土?xí)r的混凝土自重及施工荷載。

最后將輔助拉壓桿上端與鋼護(hù)筒通過加勁板現(xiàn)場(chǎng)施焊連接，輔助拉壓桿下端與吊耳通過銷軸連接，待封底混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆除臨時(shí)拉壓桿及割除上部多余的鋼護(hù)筒，鑿除樁頭后進(jìn)行承臺(tái)施工。完成第二次受力體系轉(zhuǎn)換，即由臨時(shí)拉壓桿承受鋼吊箱所有荷載，轉(zhuǎn)換為由輔助拉壓桿和封底混凝土與鋼護(hù)筒之間的握裹力共同承受鋼吊箱自重、浮力及承臺(tái)施工期間的所有施工荷載。鋼吊箱施工過程示意如圖3。

圖3　鋼吊箱施工示意(高程:m)

2.2鋼吊箱的施工流程

鋼吊箱由底梁、側(cè)壁板、承重架、分配梁、鋼管撐、吊桿等部分組成，底板與側(cè)壁板、壁板與壁板之間通過螺栓栓接，便于拆裝。鋼吊箱底板及壁體工廠分塊制作，運(yùn)輸至施工墩位拼裝平臺(tái)，測(cè)量定位，依次拼裝底板、壁體、鋼管撐、連通器等構(gòu)件。千斤頂提升，割除拼裝鋼牛腿，鋼吊箱整體下放至設(shè)計(jì)高程。清理鋼吊箱內(nèi)雜物，封堵鋼吊箱底板與鋼護(hù)筒空隙，搭設(shè)水下混凝土澆注平臺(tái)，布置導(dǎo)管進(jìn)行封底混凝土澆注。待封底混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后抽水，施工承臺(tái)及養(yǎng)護(hù)。最后拆除鋼吊箱，依次周轉(zhuǎn)施工完所有承臺(tái)。

3　鋼吊箱拼裝及下放施工

3.1牛腿的安裝

底板拼裝平臺(tái)采用鋼護(hù)筒側(cè)焊鋼牛腿，根據(jù)納潮河2015年最新潮汐表，高潮位高程+ 3.5 m，考慮漲落潮高程影響及牛腿的安裝及后期拆除的可操作性，牛腿頂高程設(shè)計(jì)為+ 4.34 m。牛腿采用I45工字鋼，長(zhǎng)度2 m。利用環(huán)形鋼刷清除鋼護(hù)筒附著的海生物等雜物后，在鋼護(hù)筒四周焊接鋼牛腿，并加設(shè)100 mm×50 mm×10 mm的三角加勁板，焊縫高度為10 mm。每個(gè)牛腿焊接完成面高程要一致，焊接完成后需要進(jìn)行抄平，最后由測(cè)量員在鋼牛腿上放出鋼吊箱承重架及鋼吊箱底板外輪廓線。

3.2鋼吊箱承重架及底板安裝

鋼吊箱承重架采用雙拼HN600×200，在安裝鋼吊箱底板前，將承重架吊裝到牛腿上。鋼吊箱底板主要由厚度6 mm鋼面板、主梁HN350×175、次梁I18、封邊槽鋼、連接槽鋼［30等組裝成，經(jīng)過優(yōu)化后將鋼吊箱底板分為3塊。不斷開主梁，以減少現(xiàn)場(chǎng)焊接量，提高工效，施工時(shí)間也節(jié)省近2 d，且施工質(zhì)量易于控制。鋼吊箱底板在工廠分塊時(shí)，拼縫處面板預(yù)留60 cm寬度，待底板次梁焊接結(jié)束后由現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行焊接。這樣為次梁焊接留出操作空間，可保證人員操作安全，方便現(xiàn)場(chǎng)焊接施工并保證焊接質(zhì)量。

3.3吊掛系統(tǒng)安裝

鋼吊箱下放吊掛系統(tǒng)主要由千斤頂、φ32精軋螺紋鋼、錨具及起吊裝置組成。下放系統(tǒng)控制泵站同時(shí)控制4臺(tái)100 t穿心千斤頂，千斤頂安裝在鋼護(hù)筒的分配梁上，下端錨固在鋼吊箱底板承重架的錨頭上。4根精軋螺紋鋼安裝一定要豎直，確保受力均勻。當(dāng)牛腿割除后，由吊掛系統(tǒng)承受鋼吊箱底板、壁板自重及所有施工荷載。

3.4鋼吊箱壁板及導(dǎo)向架的安裝

鋼吊箱側(cè)壁板在工廠分塊制作，分直面和曲面兩類，均由型鋼和鋼板構(gòu)成，兼作承臺(tái)施工側(cè)模。側(cè)壁間采用壓板螺栓式法蘭連接，頂部采用鋼管撐對(duì)撐，一套鋼吊箱側(cè)壁共有6塊直面?zhèn)缺诤?塊曲面?zhèn)缺诮M成。底板拼裝完成后，采用50 t履帶吊將側(cè)壁按順序吊裝就位，先吊裝曲面?zhèn)缺诤蠼M裝直面?zhèn)缺冢瑐?cè)壁法蘭間加墊2 mm厚橡膠條，避免漏水。法蘭壓板要求擰緊，側(cè)壁組裝過程中設(shè)置必要的臨時(shí)支撐。

底板分塊拼裝完成后，以對(duì)稱均衡為原則，在底板上裝配側(cè)壁，壁體與壁體、壁體與底板采用M22螺栓連接，連接處加設(shè)2 mm厚止水橡膠帶。將臨時(shí)拉壓桿下端采用銷軸與吊耳連接，吊耳與底板主梁施焊連接，最后安裝鋼管內(nèi)支撐。為了保證鋼吊箱下放的平面位置和垂直度，在鋼吊箱四角鋼護(hù)筒上設(shè)置限位導(dǎo)向架以保證鋼吊箱下沉的平面位置，導(dǎo)向架設(shè)置在壁板轉(zhuǎn)折處?？紤]到鋼吊箱下放后，撐管的下口高程為4.600 m，故導(dǎo)向架的高程為4.556 m。在吊箱整體安裝完成后，通過對(duì)鋼吊箱的整體檢查，確保鋼套箱整體良好后準(zhǔn)備下放。

3.5鋼吊箱下放及定位

鋼吊箱自身高度6.0 m，鋼吊箱底板拼裝完成面高程+ 4.7 m，整體下放至高程－1.0 m，即下放總行程5.7 m。首先拆除支撐鋼牛腿，拆除過程中，鋼吊箱底板、壁板自重及施工荷載由牛腿承重轉(zhuǎn)換為由4 根φ32精軋螺紋鋼和4臺(tái)100 t穿心千斤頂承受。具體下放步驟如下:①逐個(gè)千斤頂按整體下放時(shí)單個(gè)千斤頂受力進(jìn)行預(yù)張拉，檢查錨具、墊板、精軋螺紋鋼筋以及承重系統(tǒng)是否受損，無誤后提升鋼吊箱;②割除拼裝平臺(tái)的鋼牛腿;③檢查鋼牛腿是否完全割除，或其他阻礙鋼吊箱整體下放的障礙物，檢查無誤后開始整體下放鋼吊箱;④千斤頂空載上升10 cm，上錨具錨住螺紋鋼，下錨具向上旋轉(zhuǎn)，繼續(xù)上升5 cm，鋼吊箱自重轉(zhuǎn)移至千斤頂上錨具;⑤千斤頂回油下落10 cm，錨固下錨具，繼續(xù)下落，鋼吊箱自重力轉(zhuǎn)移至下錨具，鋼吊箱下放10 cm;⑥重復(fù)以上兩步工作，完成鋼吊箱下放至設(shè)計(jì)高程后，利用支撐牛腿及時(shí)將鋼吊箱側(cè)壁與鋼護(hù)筒牢固焊接定位。

大型構(gòu)件的下放安全性至關(guān)重要，下放過程必須保持鋼吊箱的平衡，以保證各吊點(diǎn)受力均勻，確保精軋螺紋鋼的受力和理論計(jì)算基本一致。因此，控制千斤頂動(dòng)作的液壓泵站性能至關(guān)重要。下放時(shí)液壓泵站是千斤頂?shù)膭?dòng)力源，由于每臺(tái)油泵供給各個(gè)千斤頂?shù)挠土肯嗟?，保證各點(diǎn)下放時(shí)位移偏差在3 mm以內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)各千斤頂具有良好的同步性能。

3.6鋼吊箱承重體系第一次轉(zhuǎn)換

鋼吊箱下放按規(guī)范要求定位，平面位置、垂直度調(diào)節(jié)至滿足設(shè)計(jì)要求后，首先在低水位將鋼吊箱側(cè)壁與鋼護(hù)筒牢固焊接以固定平面位置，防止鋼吊箱因海水漲落或水流力影響而移位。然后將每個(gè)鋼護(hù)筒四周均勻布置的臨時(shí)拉壓桿與鋼護(hù)筒焊接固定。臨時(shí)拉壓桿全部焊接完成并檢測(cè)滿足要求后，關(guān)閉液壓泵站，拆除千斤頂?shù)认路旁O(shè)備，利用鋼絲繩拖出底板承重梁，以周轉(zhuǎn)使用。即完成了承重體系的第一次轉(zhuǎn)換，由原吊掛系統(tǒng)承受鋼吊箱底板、壁板自重及所有施工荷載，轉(zhuǎn)換為由臨時(shí)拉壓桿承受鋼吊箱自重及施工荷載，以及澆注封底混凝土?xí)r的荷載。

臨時(shí)拉壓桿由雙拼［16型鋼和鋼板組成，反壓牛腿采用20 mm厚鋼板焊接成H形拉壓牛腿，牛腿長(zhǎng)520 mm。反壓牛腿與鋼護(hù)筒焊接，焊縫為二級(jí)焊縫。臨時(shí)拉壓桿下端采用銷軸與吊耳連接，吊耳與底板主梁焊接，上端與反壓牛腿焊接。臨時(shí)拉壓桿與反壓牛腿連接示意如圖4。

圖4　臨時(shí)拉壓桿與反壓牛腿連接示意(單位:mm)

4　鋼吊箱水下封堵

鋼吊箱調(diào)整到位固定，并完成第一次體系轉(zhuǎn)換后，潛水員在水下用抱箍封堵鋼護(hù)筒與吊箱底板間的間隙，抱箍高度和寬度均為20 cm。在抱箍安裝時(shí)，受鋼護(hù)筒加工尺寸影響，很難與鋼護(hù)筒貼緊，縫隙較大，存在封底混凝土漏漿的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)抱箍進(jìn)行優(yōu)化，將抱箍開設(shè)V形缺口，以便抱箍與鋼護(hù)筒貼緊。縫隙處則由潛水員在水下用海綿、棉紗或袋裝水泥水下堵縫。抱箍結(jié)構(gòu)優(yōu)化示意如圖5。

圖5　抱箍結(jié)構(gòu)優(yōu)化示意(單位:mm)

由于納潮河屬于海域施工環(huán)境，鋼護(hù)筒表面會(huì)附著很多海生物，影響鋼護(hù)筒和封底混凝土的握裹力。在對(duì)鋼吊箱底板與鋼護(hù)筒之間縫隙進(jìn)行封堵之前，由潛水員下水用高壓水槍清除鋼護(hù)筒外壁的水銹、海生物及其他雜物，保證封底混凝土與鋼護(hù)筒之間的握裹力，并對(duì)鋼吊箱底板上的沉淀物清除干凈后，方可進(jìn)行第一次封底混凝土澆注，封底混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，為自密實(shí)海工混凝土，澆注厚度控制在1.2 m。

5　鋼吊箱承重體系第二次轉(zhuǎn)換及承臺(tái)施工

澆注完成第一次封底混凝土，待封底混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，首先關(guān)閉連通器，在吊箱一角設(shè)30 cm×30 cm×20 cm深的集水坑，將吊箱內(nèi)的水抽干。鋼吊箱內(nèi)抽水、清淤完成后，將輔助拉壓桿與鋼護(hù)筒利用加勁板焊接固定，焊縫高度12 mm，焊接均為二級(jí)焊縫。拆除臨時(shí)拉壓桿及割除上部多余的鋼護(hù)筒，從而完成了第二次體系轉(zhuǎn)換。原承重體系由臨時(shí)拉壓桿承受鋼吊箱所有荷載，轉(zhuǎn)換為由輔助拉壓桿和封底混凝土與鋼護(hù)筒之間的握裹力共同承受鋼吊箱和承臺(tái)施工期間的所有荷載。

然后將第一次封底混凝土表面及鋼吊箱內(nèi)的海生物、水銹及水清除干凈后，將第二次封底混凝土找平，二次封底混凝土的總厚度為1.3 m。待強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%后，將鋼管樁頂?shù)母叱谈畛?.45 m處，割除外露部分的拉桿，并鑿除樁頭等。最后綁扎承臺(tái)鋼筋，預(yù)埋墩柱鋼筋、冷凝水管、預(yù)埋件，盡量選擇在高水位時(shí)分層澆筑承臺(tái)混凝土，并及時(shí)進(jìn)行蓄水養(yǎng)護(hù)。

6　結(jié)語

在受潮汐、暗涌和風(fēng)浪影響的淺海區(qū)域，鋼吊箱下放及封底施工難度大、安全風(fēng)險(xiǎn)高。本文所述高樁承臺(tái)鋼吊箱圍堰施工，運(yùn)用同步控制整體下放鋼吊箱技術(shù)成功地將鋼吊箱精準(zhǔn)下放定位，采用泵站同步控制多臺(tái)千斤頂，實(shí)現(xiàn)整體同步控制下放鋼吊箱技術(shù)。下放設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便，下放速度均勻穩(wěn)定，不受施工空間的限制，可控性極好，定位精準(zhǔn)，下放安全可靠。在使用較少設(shè)備的情況下完成施工，沒有使用浮吊，占用資源較少，大大節(jié)約了成本。為了彌補(bǔ)海洋環(huán)境下鋼護(hù)筒與封底混凝土握裹力的不足，確保承臺(tái)施工時(shí)受力安全，在鋼護(hù)筒四周采取了增設(shè)輔助拉壓桿，優(yōu)化抱箍結(jié)構(gòu)等措施，有效地提高了鋼吊箱的整體安全性、平穩(wěn)性，也起到了減少封底混凝土厚度的作用。經(jīng)實(shí)踐證明，本工程鋼吊箱承臺(tái)施工工藝可行、可靠安全，拼拆快捷，操作方便，易于周轉(zhuǎn)，經(jīng)濟(jì)效益高，對(duì)其他類似環(huán)境的深水高樁承臺(tái)施工有一定的借鑒和參考作用。

參考文獻(xiàn)

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(責(zé)任審編趙其文)

Key Technologies of Construction of Steel Case Cofferdam of Elevated Footing on Piles at Seafront

RU Qijiang，LIU Chenggang，DU Xiongwei，WANG Junjian

(Infrastructure Construction Co.，Ltd.，Chinese Construction Third Engineering Bureau，Wuhan Hubei 430065，China)

Abstract:Based on the construction of elevated footing on piles of Nachao river No.2 bridge in Caofeidian industrial area in T angshan，this paper introduced the construction of steel case cofferdam on the elevated footing on piles in deep water at seafront.T he assembling and overall lowering of steel case cofferdam，the sealing concrete cast and the two transfers of load-bearing system were demonstrated.T he successful application of this technology to the construction of the pile platform of Nachao river No.2 bridge demonstrates that this construction technology is convenient，safe and reliable.It may be used in the similar elevated footing on piles engineering across river or sea.Key words:Elevated footing on piles;Steel case cofferdam;Load-bearing system;Construction technology

作者簡(jiǎn)介:茹啟江(1987—)，男，工程師。

基金項(xiàng)目:湖北省科技支撐計(jì)劃(2015BCE069)

收稿日期:2015-10-12;修回日期:2015-12-19

文章編號(hào):1003-1995(2016)03-0054-04

中圖分類號(hào):U443.16+2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

DOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2016.03.13