■董建松

(福建省交通建設(shè)質(zhì)量安全監(jiān)督局，福州 350001)

1 引言

整體下放鋼吊箱已在國(guó)內(nèi)外跨江跨海大橋高樁承臺(tái)施工中得到成功應(yīng)用，如大連南部濱海大道工程跨海大橋[1]、廈漳跨海大橋北汊南引橋[2]。裝配組合式鋼吊箱作為一種相對(duì)新興工藝，國(guó)內(nèi)已有使用先例，如泉州灣跨海大橋南岸深水區(qū)引橋[3]。沙埕灣跨海大橋南引橋施工水域受主、支棧橋限制和漲落潮影響，大型起重船進(jìn)入困難。經(jīng)過比選分析，采用了改進(jìn)型的化整為零的裝配組合式鋼吊箱施工工藝，即底板和側(cè)壁均分解成常規(guī)起重設(shè)備均能起吊的分塊尺寸和重量，即能滿足裝配的工效并能重復(fù)周轉(zhuǎn)使用，既降低造價(jià)，又避免了環(huán)境污染。

2 工程概況

福建省沙埕灣跨海公路通道工程起于閩浙交界，接已建成的沈海高速福鼎段，線路全長(zhǎng)20.5km，按照雙向六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。

項(xiàng)目所在地受海水潮汐作用較大，潮汐屬于不規(guī)則半日潮。平均潮位0.12m，平均高潮位+2.28m，平均低潮位-2.06m。平均漲潮歷時(shí)6h37min，平均落潮歷時(shí)5h 48min。

以下以沙埕灣跨海大橋南引橋水中區(qū)15#墩為例進(jìn)行闡述。該墩左右幅承臺(tái)尺寸為10.5m(橫橋向)×10.5m(縱橋向)×4m(厚度)。

3 鋼吊箱結(jié)構(gòu)

壁體結(jié)構(gòu)采用 [12環(huán)向次梁與I12的向次梁交叉焊接于δ6mm鋼板上作為承臺(tái)的側(cè)模，采用I22b環(huán)向主梁與2I22b和I22b縱向主梁焊接于(側(cè))模板外側(cè)作為主要支撐梁系，內(nèi)側(cè)采用交叉的Φ426鋼管作為內(nèi)支撐。底板結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土板作為底模，底模下設(shè)置系梁，外側(cè)通過對(duì)拉鋼筋(螺桿)將壁體與底板拉緊形成擋水的吊箱結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)通過穿孔精軋螺紋粗鋼筋懸吊在鋼護(hù)筒頂口。吊箱結(jié)構(gòu)布置見圖1和圖2。

圖1 10.5m×10.5m×4m鋼吊箱結(jié)構(gòu)平面布置圖(mm)

4 鋼吊箱吊裝

4.1 工藝流程

鋼吊箱施工工藝流程見下圖3。

4.2 鋼吊箱制作

為方便現(xiàn)場(chǎng)制作、運(yùn)輸和拼裝，鋼吊箱底板根據(jù)其縱橫向?qū)ΨQ中心軸線均分成4塊，每塊最重不超過25t；壁體水平方向不分塊，豎向分8塊，單塊最重不超過8t。

圖210 .5m×10.5m×4m鋼吊箱結(jié)構(gòu)立面布置圖(mm)

圖3 鋼吊箱施工工藝流程

鋼吊箱塊體在專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)廠通過內(nèi)壁板→型鋼骨架主梁→型鋼骨架次梁→壁板成型的流程制作。分塊的線形、端口尺寸、壁體封邊槽鋼螺栓孔的鑿眼及吊點(diǎn)精度控制為制作要點(diǎn)，制作完成后進(jìn)行防腐處理。

混凝土底板采用定型鋼模板進(jìn)行預(yù)制。為使鋼吊箱精確定位、平穩(wěn)下放，底板預(yù)制時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)鋼護(hù)筒的平面距離，調(diào)整混凝土底板的開孔位置。底板按照現(xiàn)場(chǎng)拼裝位置依次進(jìn)行編號(hào)?；炷恋装搴穸?0cm并配筋，按承臺(tái)縱橫向?qū)ΨQ中心均分成4塊，在后場(chǎng)進(jìn)行預(yù)制，混凝土等級(jí)C25。由于底板托住吊箱壁體(底托幫)，底板外輪廓尺寸較承臺(tái)外邊線每邊放大5cm。為保證側(cè)壁板對(duì)拉準(zhǔn)確和精準(zhǔn)定位，底板拉桿孔開成長(zhǎng)方形，且在承臺(tái)邊線等距離設(shè)置一定數(shù)量的預(yù)埋鋼板，用于側(cè)壁板底口固定。

4.3 鋼吊箱下放

4.3.1 施工準(zhǔn)備

鉆孔樁施工完成后，移除鉆孔平臺(tái)頂面設(shè)備并拆除護(hù)筒區(qū)鉆孔平臺(tái)，在護(hù)筒外周+1.5m標(biāo)高處焊設(shè)型鋼牛腿(單根長(zhǎng)度 1.5m長(zhǎng)的HM588×300)，每根護(hù)筒2根，形成鋼吊箱拼裝平臺(tái)。

4.3.2 鋼吊箱拼裝

在拼裝平臺(tái)的鋼牛腿頂面鋪設(shè)承重梁和分配梁，在分配梁頂測(cè)設(shè)承臺(tái)吊箱外輪廓線，將吊箱外輪廓線用紅色油漆做明顯標(biāo)示。

90t履帶吊在護(hù)筒區(qū)平臺(tái)一側(cè)支棧橋上就位，按先底板(4個(gè)分塊預(yù)先拼裝成整體吊裝)，后8塊側(cè)壁板的順序起吊鋼吊箱。

底板分塊起吊安裝(見圖6)，然后在底板上將承臺(tái)的理論縱橫軸線和單塊壁體的安裝位置測(cè)放出來，并做明顯標(biāo)示或彈出墨線，最后在底板外周一圈側(cè)壁板安裝范圍內(nèi)用膠水黏貼5mm膨脹止水條，后安裝側(cè)壁板。

側(cè)壁板先安裝4個(gè)倒圓角分塊，每一塊倒圓角安裝到位后，均用Φ18mm對(duì)拉螺栓與底板拉緊。圓角側(cè)壁板安裝到位后，對(duì)稱吊安直段側(cè)壁板，壁板豎向拼縫采用Φ20mm螺栓連接，并在縫隙之間同樣夾塞5mm膨脹止水條止水(見圖4)。為解決混凝土封底范圍內(nèi)螺栓，在常水位無法拆除的問題，從吊箱底板向上封底高度80cm范圍內(nèi)，模板的拼接采用企口縫，不設(shè)置螺栓，拼縫底口增加限位鋼板限位。

為提高側(cè)壁板的安裝精度，側(cè)壁板底口采用鋼板條進(jìn)行限位，鋼板條長(zhǎng)度控制在4m左右，上方放置在常水位以上，以方便模板底口拆除(見圖5)。

壁板拼裝(見圖7)到位后，將其對(duì)應(yīng)側(cè)的鋼護(hù)筒上的承重懸吊梁、千斤頂安裝到位，并將掛腿和千斤頂之間用于下放的Φ32(PSB1080級(jí))精軋螺紋粗鋼筋安裝到位，確保其受力，提高吊箱拼裝的安全性和可靠性。

圖4 鋼吊箱底板與側(cè)壁板止水措施示意圖(mm)

圖5 鋼吊箱側(cè)壁板限位結(jié)構(gòu)圖(mm)

圖6 混凝土底板拼裝

圖7 壁板拼裝

4.3.3 下放設(shè)施安裝

下放設(shè)施主要由承重架、8根Φ32精軋螺紋鋼筋(PSB1080級(jí))、8只80t液壓千斤頂、1臺(tái)中心泵站等構(gòu)成。承重架為雙拼40工字鋼結(jié)構(gòu)。

單個(gè)吊箱最大吊重在130t以內(nèi)，4個(gè)護(hù)筒上設(shè)8個(gè)吊點(diǎn)，單個(gè)吊點(diǎn)單根Φ32(PSB1080級(jí))精軋螺紋粗鋼筋的安全系數(shù)計(jì)算如下：

計(jì)算結(jié)果滿足要求。

4.3.4 鋼吊箱現(xiàn)場(chǎng)下放

下放設(shè)施安裝到位檢查合格后，開始鋼吊箱現(xiàn)場(chǎng)下放。鋼吊箱下放前啟動(dòng)油壓泵，將8只千斤頂頂升2cm左右，檢查各受力部位的焊縫及連接，合格后繼續(xù)將吊箱頂升3cm高，割除托梁下方的型鋼牛腿。

鋼吊箱下放過程就是千斤頂下放精軋螺紋的過程。下放過程中注意各千斤頂同步性和連貫性，確保精軋螺紋受力均勻。鋼吊箱下放到位后，及時(shí)將鋼吊箱與鋼護(hù)筒臨時(shí)固定起來，以防止鋼吊箱在漲落潮時(shí)發(fā)生搖擺，從而導(dǎo)致鋼吊箱壁板拼縫處漏水。

采用連續(xù)同步千斤頂下放，實(shí)現(xiàn)8臺(tái)千斤頂在頂升和下放過程中同步均勻。較傳統(tǒng)的穿心式千斤頂(一臺(tái)泵站控制一臺(tái)千斤頂)，省時(shí)省力，并減小安全風(fēng)險(xiǎn)。本項(xiàng)目供油機(jī)主管道配置專用閥門，一臺(tái)泵站控制8臺(tái)千斤頂，通過精確計(jì)算管路長(zhǎng)度和供油速度，實(shí)現(xiàn)供油的同步性，千斤頂均勻頂升，大幅度提高鋼吊箱下放精度。此外，下放速度得到提升(單行程25cm約5min內(nèi)完成，整個(gè)下放過程約1h)，連續(xù)同步千斤頂?shù)氖褂蔑@著提高了工效。

5 鋼吊箱封底及承臺(tái)施工

5.1 鋼吊箱封底

鋼吊箱下放到位固定后，在低潮位期間安裝封孔板，封孔板斷面呈L型，底端覆蓋底板開孔位置，上端緊固在鋼護(hù)筒外周，與護(hù)筒之間設(shè)置10mm橡膠止水條止水(見圖8)。由于鉆孔樁施工時(shí)間較長(zhǎng)，在鋼護(hù)筒外壁上會(huì)生成大量的海生物，為了確保封底混凝土與鋼護(hù)筒之間的握裹力，在澆筑封底混凝土前清理鋼護(hù)筒上的海生物。

封底混凝土采用趁潮位干施工工藝，根據(jù)本地區(qū)的水位特性及我部鋼棧橋施工期間對(duì)南汊水域水文的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，低潮位時(shí)一般無風(fēng)浪，且每月低于-2.1m的潮位約有5～6次，每次4～5d。假定退潮至-2.1時(shí)開始澆筑混凝土，待退潮至最低潮位后漲潮至+2.1m，經(jīng)過實(shí)測(cè)歷時(shí)約6h。承臺(tái)封底混凝土均一次性澆筑完成。單個(gè)承臺(tái)封底混凝土最大方量106.5m3，澆筑時(shí)間控制在1h以內(nèi)。兩臺(tái)攪拌站同時(shí)提供混凝土，可以滿足承臺(tái)封底混凝土施工生產(chǎn)要求。

為提高鋼吊箱體系整體穩(wěn)定性，增強(qiáng)承臺(tái)一次性澆注對(duì)封底混凝土與鋼護(hù)筒間的握裹力，在承臺(tái)范圍內(nèi)的護(hù)筒外周焊設(shè)一定數(shù)量的剪力鍵，提高封底的受力。以承臺(tái)干施工為前提條件設(shè)計(jì)剪力鍵結(jié)構(gòu)，在滿足受力要求的情況下，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減少焊接工程量，同時(shí)做防腐處理。

5.2 吊箱下放系統(tǒng)拆除及回收

吊箱下放系統(tǒng)使用履帶吊進(jìn)行拆除。當(dāng)封底混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的強(qiáng)度后(不小于70%)，開始拆除吊箱下放系統(tǒng)。拆除的步驟如下：

(1)安裝下放千斤頂，將吊箱底板托梁(含分配梁)下放一定高度(暫定50cm)，完成后，鎖定承重梁上精軋螺紋螺母，拆除下放千斤頂；

(2)首先橫向抽出分配梁(上下游方向)，在最低潮時(shí)進(jìn)行；

(3)然后將底托梁兩端鉤掛在吊箱側(cè)壁，拆除懸吊的精軋螺紋(含螺母)和承重梁；

(4)最后縱橋向抽出底托梁。

預(yù)制混凝土底板整體下放式組合鋼吊箱，以預(yù)制底板為基點(diǎn)，輔以可拆卸式的底板托架系統(tǒng)，充分發(fā)揮鋼筋混凝土的抗彎拉特性。

5.3 承臺(tái)施工

當(dāng)封底混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆除鋼吊箱下放系統(tǒng)，在低潮位時(shí)封堵吊桿吊孔，割除多余鋼護(hù)筒，鑿除樁頭混凝土至設(shè)計(jì)標(biāo)高后開始按照常規(guī)方法進(jìn)行承臺(tái)施工。

6 經(jīng)濟(jì)效益分析

沙埕灣跨海大橋南引橋水中區(qū)14個(gè)承臺(tái)，單個(gè)施工時(shí)間按15天計(jì)算，累計(jì)耗時(shí)7個(gè)月。采用大型浮吊的費(fèi)用為：20萬(wàn)元(進(jìn)退場(chǎng)費(fèi)用)+7×18萬(wàn)元/月=146萬(wàn)元；采用千斤頂?shù)目傎M(fèi)用為30萬(wàn)元，人工費(fèi)用下放單個(gè)增加1萬(wàn)/個(gè)。另外，混凝土底板相對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)底板，單個(gè)節(jié)約約5000元/個(gè)。因此，采用裝配組合式吊箱與整體下放鋼吊箱的費(fèi)用投入減少約146-(30+14×1-0.5×14)=109萬(wàn)?？梢姰?dāng)承臺(tái)的數(shù)量逐漸增加后，節(jié)約的船機(jī)費(fèi)用會(huì)更明顯。

7 結(jié)束語(yǔ)

沙埕灣跨海大橋南引橋水中區(qū)承臺(tái)施工采用組合預(yù)制混凝土底板+鋼壁板式吊箱，利用棧橋作為構(gòu)件運(yùn)輸及存放平臺(tái)，散件拼裝、整體下放工藝避免了大型起重設(shè)備的投入，有利于環(huán)保。此外，結(jié)合橋址處漲落潮因素，積極引用的微改良連續(xù)同步千斤頂，提高了吊箱下放精度，加快了承臺(tái)施工進(jìn)度。工程避開傳統(tǒng)的水下切割拆除鋼吊箱作業(yè)，優(yōu)化工藝、降低安全風(fēng)險(xiǎn)和節(jié)約了成本。裝配組合式鋼吊箱在沙埕灣跨海大橋建設(shè)中的成功運(yùn)用可為類似施工環(huán)境下的工程提供有效的參考價(jià)值。