作者簡介：周亞平（1987—），工程師，主要從事高速公路、鐵路造價管理工作。

摘要：文章結合某公路紅水河特大橋水中橋墩施工實例，設計了精軋螺紋鋼吊裝系統(tǒng)方案，對吊裝系統(tǒng)進行了安全驗算分析。驗算結果表明：精軋螺紋鋼的最大軸力為660.82 MPa，滿足其軸向抗拉強度lt;1 080 MPa的要求；次橫梁最大剪切應力為2.24 MPa、最大彎應力為5.1 MPa，滿足其抗剪強度、抗彎強度設計值lt;215 MPa的要求；次橫梁混凝土墊塊壓應力為0.54 MPa，滿足C30混凝土抗壓強度lt;30 MPa的要求；主橫梁最大剪切應力為18.12 MPa，最大彎應力為178.95 MPa，滿足其抗剪、抗彎強度設計值lt;215 MPa的要求。精軋螺紋鋼吊裝系統(tǒng)在深水高樁承臺鋼套箱安裝中應用，可以減少施工成本、縮短施工時間、降低施工風險，為同類橋梁的鋼套箱安裝工程提供參考。

關鍵詞：精軋螺紋鋼吊裝系統(tǒng)；高樁承臺；鋼套箱；施工技術；結構安全

中圖分類號：U445.4

0 引言

近年來，我國的高速公路、公路、市政道路等交通工程得以長足發(fā)展，橋梁工程的比例也逐年增加。橋梁工程經(jīng)?？缭胶哟?，進行水中橋墩施工時，需要結合圍堰工程，所以圍堰工程成為橋梁施工中的重要環(huán)節(jié)。張朝強等^[1]研究深水高樁承臺鋼套箱施工技術，介紹了大型橋梁水中墩有底雙壁鋼套箱圍堰的施工過程，在施工中采取切實可行的相應措施。梁春雙^[2]研究了深水橋梁高樁承臺鋼吊箱圍堰結構構造及施工技術經(jīng)驗，指出了深水橋梁高樁承臺鋼吊箱圍堰施工中的技術要點及注意事項。

在深水高樁承臺有底鋼圍堰工程下放施工時，一般采用大型龍門吊進行吊裝施工，需要在施工作業(yè)平臺上安裝大型龍門吊設備。因高樁承臺有底鋼圍堰工程一般噸位較大，對龍門吊設備和施工作業(yè)平臺的承載能力提出了極高的要求，且施工作業(yè)平臺需要進行特定工況的設計，需要投入更大的材料截面面積來滿足相應的承載能力。本文結合某公路紅水河特大橋水中橋墩施工，通過合理的吊裝系統(tǒng)設計以及施工工藝，實現(xiàn)更快、更安全、更經(jīng)濟的深水高樁承臺有底鋼圍堰工程下放施工。

1 工程概況

某公路紅水河特大橋為2×20 m預應力箱梁+（68+125+68）m連續(xù)剛構+20 m現(xiàn)澆箱梁結構，橋梁總長329.54 m，主橋橋面寬度為12 m，如圖1所示。設計水位112 m，其中橋梁4號主墩位于河道中，4^#主墩承臺尺寸為長18.5 m×寬9.5 m×高4 m，承臺底標高109 m，4^#墩承臺位置河床底標高為96.52～99.39 m，4^#主墩承臺屬于典型的深水高樁承臺。

2 精軋螺紋鋼吊裝系統(tǒng)在深水高樁承臺鋼套箱工程下放施工中的運用

2.1 精軋螺紋鋼吊裝系統(tǒng)方案設計

如圖2所示，精軋螺紋鋼吊裝系統(tǒng)利用已完成的水中樁基鋼護筒作為支撐立柱（鋼護筒直徑2.6 m）；在鋼護筒頂部設置主橫梁（采用雙拼Ⅰ56b工字鋼）；在設計的8個吊點位置對穿精軋螺紋鋼（采用PSB930級?32 mm精軋螺紋鋼，抗拉強度為1 080 MPa），并在鋼套箱底部以及橫梁的頂部的精軋螺紋上鋼墊片和螺母；在橫梁上吊點位置附近安裝次橫梁支撐墊塊（采用C30混凝土預制，尺寸為40 cm×30 cm×25 cm，抗壓強度為40 MPa）；在次橫梁支撐墊塊上安裝次橫梁（采用雙拼Ⅰ40b工字鋼），在次橫梁上安裝雙作用穿心式千斤頂（YDC2000-200型雙作用穿心式千斤頂）；在千斤頂頂部的精軋螺紋上安裝鋼墊片以及螺母。

2.2 精軋螺紋鋼吊裝系統(tǒng)安全驗算

精軋螺紋鋼吊裝系統(tǒng)施工時對最不利情況進行驗算分析，主要驗算以下兩個工況下主要受力桿件的強度：（1）工況一，有底鋼套箱圍堰下放時次橫梁抗彎強度、抗剪強度、混凝土支撐墊的抗壓強度；（2）工況二，圍堰封底混凝土澆筑完成時精軋螺紋鋼的軸向抗拉強度、主橫梁的抗剪、抗彎強度。為防止鋼圍堰在水流作用下對精軋螺紋鋼吊裝系統(tǒng)產(chǎn)生側向荷載，故在鋼圍堰底部于樁基鋼護筒上游位置設置6組鋼滾輪，利用樁基鋼護筒的承載能力抵消因水流產(chǎn)生的側向荷載，確保精軋螺紋鋼只受軸向拉力，不受剪力。荷載數(shù)據(jù)如表1所示。

2.2.1 次橫梁計算

次橫梁采用雙拼Ⅰ40b工字鋼，每根次橫梁的荷載q=1.2×q1÷8=1.2×619.56÷8=92.93 kN，次橫梁按簡支梁計算，跨度L=0.5 m，集中荷載作用在跨中0.25 m位置。

支座反力R=q÷2=92.93÷2=46.47 kN，剪力V=R=46.47 kN。

剪切應力τ=V÷構件截面積=46.47 kN÷（94.07×2）cm²=2.47 MPa，lt;215 MPa，滿足要求。

彎矩M_max=qL÷4=92.93×0.5÷4=11.54 kN·m，彎曲應力σ_max=M_max×y_max÷I_z=M_max÷W_z，

（W_z為構件抗彎截面系數(shù)，查表可知）=11.54 kN·m/（2×1 140 cm³）=5.1 MPa，lt;215 MPa，滿足要求。

2.2.2 次橫梁混凝土墊塊計算

次橫梁混凝土墊塊采用C30混凝土，壓力F=支座反力=46.47 kN。

次橫梁與次橫墊塊的接觸面積A=0.3×（0.144×2）=0.086 4 m²。

次橫墊塊壓應力σ=F/A=46.47 kN÷0.086 4 m²=0.54 MPa，lt;30 MPa，滿足要求。

2.2.3 精軋螺紋鋼軸力計算

單根精軋螺紋鋼軸向力F=1.2×（q1+q2）÷8=1.2×（619.56+2 923.3）kN÷8=531.43 kN。

單根精軋螺紋鋼軸向應力σ=F/A（精軋螺紋鋼的截面面積）=531.43 kN÷804.2 mm²=660.82 MPa，lt;1 080 MPa，滿足要求。

2.2.4 主橫梁計算

主橫梁最不利受力位置是兩端的懸臂端位置，按懸臂梁計算：

懸臂端集中荷載為精軋螺紋鋼軸向力F=531.43 kN，剪力V=F=531.43 kN，懸臂長度L=1.65 m。

剪切應力τ=V÷構件截面積=531.43 kN÷（146.635×2）cm²=18.12 MPa，lt;215 MPa，滿足要求。

彎矩M=F×L=531.43 kN×1.65 m=876.86 kN·m。

彎曲應力σ_max=M_max×y_max÷I_z=M_max/W_z（W_z為構件抗彎截面系數(shù)，查表可知）=876.86 kN·m/（2÷2 450 cm³）=178.95 MPa，lt;215 MPa，滿足要求。

根據(jù)不同工況，精軋螺紋鋼、次橫梁、次橫梁墊塊、主橫梁應力驗算的荷載取值組合如表2所示，計算結果如表3所示。

3 精軋螺紋鋼吊裝系統(tǒng)的施工工藝

3.1 精軋螺紋鋼吊裝系統(tǒng)施工工藝流程

精軋螺紋鋼吊裝系統(tǒng)施工的核心原理：（1）利用千斤頂?shù)目身斏涂苫乜s性能實現(xiàn)鋼圍堰的頂升及下放；（2）利用橫梁上的螺母以及千斤頂上的螺母交替受力，實現(xiàn)精軋螺紋鋼下放長度的設置；（3）利用精軋螺紋鋼通身的螺紋實現(xiàn)鋼圍堰的持續(xù)下放；（4）利用樁基鋼護筒作為支撐立柱，減少施工平臺的投入。

結合該項目的實際情況，建立合理的施工工藝：材料、機械、設備進場、搭設鋼圍堰施工托架→鋼圍堰加工、安裝、就位→樁基鋼護筒頂部測量、找平→安裝主橫梁→在設計吊點位置安裝精軋螺紋鋼及下螺母、中螺母→安裝支撐墊塊及次橫梁→安裝千斤頂及上螺母→頂升6個千斤頂至千斤頂4/5行程→拆除鋼圍堰施工托架→①將中螺母向上調千斤頂行程的3/4→②千斤頂回油下放鋼圍堰至中螺母受力、上螺母松動→③將上螺母向上調千斤頂行程的3/4→④頂升千斤頂至中螺母松動→重復①②③④步驟，直至鋼圍堰下放至設計位置鋼圍堰封底，完成鋼圍堰下放的全部過程，其中主要的工藝流程如圖3所示。其中，方案中6個千斤頂使用同一個液壓泵，通過等壓分配閥分配千斤頂油量，確保6根精軋螺紋鋼受力均勻。

3.2 施工工藝效益

根據(jù)本文的施工工藝流程，可以實現(xiàn)更快、更安全、更經(jīng)濟地進行深水高樁承臺有底鋼圍堰工程下放施工，減少施工成本、縮短施工時間、降低施工風險。其主要效益如下：

（1）人、材、機資源配置投入：精軋螺紋鋼吊裝系統(tǒng)只需投入少許型鋼、精軋螺紋鋼及配件、千斤頂，相對于龍門吊下放鋼圍堰工藝及多葫蘆下放系統(tǒng)，施工工藝簡單，節(jié)省了大型設備的投入；精軋螺紋鋼吊裝系統(tǒng)充分利用了原樁基鋼護筒的承載能力，不需要設計特殊的施工作業(yè)平臺，減少大量的鋼材及人員投入。

（2）施工時間投入：精軋螺紋鋼吊裝系統(tǒng)操作過程簡單明了，準備時間短。而龍門吊下放系統(tǒng)需要架設特殊的施工作業(yè)平臺，施工時間長、技術難度大。兩者相互比較，精軋螺紋鋼吊裝系統(tǒng)在施工時間上優(yōu)勢明顯。

（3）施工安全風險：精軋螺紋鋼吊裝系統(tǒng)施工時，工序少、工藝簡單，不涉及大型設備安裝、拆除，不涉及危大工程施工，而龍門吊吊裝系統(tǒng)施工時需要使用大型龍門吊設備，需要進行特殊承載能力的施工作業(yè)平臺設計及施工，相比之下精軋螺紋鋼吊裝系統(tǒng)施工減少了大型設備安裝、拆除，降低施工的安全風險；精軋螺紋鋼吊裝系統(tǒng)安裝時采用單個構件逐件安裝，安裝重量小、難度很小、安裝風險低，而龍門吊吊裝系統(tǒng)施工時龍門吊本身的設備重量很大，單件安裝重量很大，安裝難度、風險較高。相較之下，精軋螺紋鋼吊裝系統(tǒng)施工安全風險明顯降低。

4 結語

本文通過某公路紅水河特大橋水中橋墩的施工，研究了精軋螺紋鋼吊裝系統(tǒng)在深水高樁承臺鋼圍堰下放時的應用。通過精軋螺紋鋼吊裝系統(tǒng)的方案設計與驗算，保證結構的整體安全性和穩(wěn)定性，再結合項目實際，建立相關施工工藝流程，使用了保證多個千斤頂受力的等壓分配閥。精軋螺紋鋼吊裝系統(tǒng)施工技術的研究與運用，能夠降低施工成本、縮短施工時間、降低施工安全風險，產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益與社會效益，在鐵路、公路、市政橋梁施工中有望獲得更廣泛的應用。

參考文獻：

[1]張朝強，蘇小敏.深水墩高樁承臺鋼套箱圍堰施工技術——以新建黃織鐵路播丫河大橋為例[J].巖土力學，2008，28（6）：189-191.

[2]梁春雙.深水橋梁樁基礎鋼吊箱圍堰施工技術分析[J].江西建材，2016（9）：181，184.

[3]張文靜，吳 威.深水橋梁樁基礎鋼吊箱圍堰施工技術研究[J].公路交通科技（應用技術版）：2016，12（6）：203-204.

[4]黎建寧，鮮 亮，謝海根，等.海域深水區(qū)混凝土底板鋼吊箱圍堰施工技術[J].施工技術，2012，41（5）：57-60.