基于单壁钢吊箱围堰施工技术分析

范长森 王 垒 张亮奎

（中交隧道工程局有限公司,北京100024）

单壁钢吊箱围堰施工技术在国内深水桥梁基础施工中应用广泛,在实际施工期间不仅不受河床、地形的限制,而且施工便利,单臂拼装重量小,无需应用大型水上浮运和起吊设备,只需合理利用钻孔平台既可完成钢吊箱钢施工全过程,而且钢吊箱内支撑结构也能使施工后期抽水操作后钢吊箱结构维持稳定,施工整体效果好。

1 工程概括

新建II 线铁路A 大桥为单线铁路桥,大桥位于汉江七里沟口,南接环城干道江南段,北接安康大道,全长1100 米,桥宽30米,双向6 车道,桥址两端分别为罗家塘和涝池垭隧道。该桥位于汉江流域峡谷中,北端地质条件稍好,南端山体陡峭桥,河谷内覆土较厚。桥址所处地区属亚热带温暖湿润气候区,年降雨量900mm 左右,桥址处河面宽约65 米,丰水季节河面宽约140米。

2 钢吊箱结构组成

钢吊箱主要由底板、侧板、内部支撑和吊放系统四部分组成。下面结合工程实例分别阐述各部分组成结构及其结构属性。

2.1 侧板

侧板是整块制作的单壁结构,是防止箱体漏水和作为承台侧模的主要结构[1],工程设计中设定侧板为四层,每层高2.5 米,侧板彼此间以螺栓连接,侧板和底板之间以∠100X10 的角钢相扣接、水下部分侧板借助侧板外侧横肋工字钢进行扣接,一定程度上可减少侧板拆卸时的水下作业量。而且为提高侧板连接密闭性,可以用10mm 橡塑板进行缝间堵漏。另外,还可以在侧板吊杆侧打孔直径为10cm 的小孔,确保套箱内外水位一致。

2.2 内支撑

内支撑是保证钢吊箱具有足够刚度,在封底操作和抽出内部水后,钢吊箱内壁不产生变形而设置的内部支撑结构[2]。本工程内支撑共设置三层,距离钢吊箱体高度分别为0、2.5m 和4.8m,在钢吊箱内部,内支撑顶在环向钢围檩上,三层钢围檩均由双肢I32a 组成,封底混凝土和承台混凝土厚度分别为2 米和3 米,在封底混凝土与承台混凝土部位设置I28a 斜向内支撑,斜向内支撑设成菱形。

2.3 底板

底板主要由底模和两层工字钢组成,分别是4mm 面板和I10 工字钢构件纵梁、I45a 双肢工字钢构件横梁。底板设计时纵梁可以焊接在横梁上,底板也可直接铺放在下部型钢框架上,利用与侧板连接的螺栓孔位和侧板压力进行固定,而且在吊杆一侧,同样可以采用∠100X10 的角钢扣接,在非吊杆侧,可以在L160x100x10 的加强角钢上开孔,利用直径为28mm 的长螺杆和螺帽固定底板和侧板,并且加垫10mm 的橡胶板。另外,底板护筒处同样可以打孔,加强连接,并用胶皮堵塞两者间的空隙。

2.4 吊放系统

吊放系统由上扁担梁、千斤顶和底承重梁组成。选用直径为32 毫米的精轧螺纹钢作为吊杆,底承重梁顺桥向布置,设6根底承重梁,每根长10m。

除此之外,还有导向定位系统导向系统,由导向器、定位器和千斤顶组成的,放置在钢护筒和吊箱侧板内壁,通过定位导向系统可以实时掌握水下吊箱位置状态,通过调整千斤顶进行调位,避免钢吊箱发生漂移,提高其水下稳定性。

3 钢吊箱施工

3.1 钢吊箱制作、拼装

钢吊箱制作是生产厂家依据钢吊箱施工技术标准在预制车间进行流水线作业,分节、分块加工。加工时注意套箱连接出螺栓孔位和尺寸,确保其孔位中心位置偏差不超过0.25mm。制作完成后,进行陆地试拼装,试拼成功后进行拆卸、验,现场填写钢吊箱制作分项工程质量检验评定表[3]。

3.2 钢吊箱运输和准备

考虑到单壁钢吊箱整体浮运成本高、装卸方便和整体刚度小等因素,拼装无误后即可按照钢吊箱按照箱体结构拆卸,运送至现状吊放安装。而且运输期间为避免钢吊箱结构在运输期间变形,应在钢吊箱各分块运输过程中设置合理的吊点和合理使用装运平台。安装时首先拼装底板,注意现场实时检测护筒平面位置,考虑护筒的垂直度,开挖底板孔洞,孔洞的直径比护筒直径至少大20cm。其次安装侧板,利用吊机倒链对称安装下节侧板,再安装上节侧板,安装时注意工字钢扣接的上下顺序。图1 和图2 分别为底板和侧板拼装图。

之后检查吊箱拼装质量,保证钢吊箱拼装符合以下要求：底板预留孔位偏差不超过20mm、内口对角线偏差不超过对角线长度的五百分之一、内控平面长和宽的尺寸偏差不超过对应长宽的七百分之一。同时检查封堵板密封性,每块侧板焊缝均进行煤油渗透实验。

3.3 钢吊箱下沉

图1 底板拼装图

图2 侧板拼装图

箱体吊放系统安装就位,将箱体用驳船运送至桩位处,利用浮吊逐层拼装,每拼装一层均要焊接对应的支撑体系,同时进行测量,确保结构水平面与几何尺寸准确,待通过密封检查后即可进行下一步吊放作业。

下沉操作前还需在恒墙上每个护筒顶端设置一组两层正交2I40b工字钢作为上扁担梁、6 台YCW150 千斤顶作为提升系统、18 根直径为32mm 的螺纹钢筋作为吊杆共同组成承重框架。钢吊箱下沉步骤如下：第一,拧松上扁担梁顶端螺纹螺栓,提升千斤顶竖直运动12cm 左右,拧紧顶端螺纹螺栓,拧松下部螺栓。第二,逐一控制好每次螺栓操作时千斤顶竖向运动距离,确保其运动误差不超过5cm。第三,待吊箱下沉至指定位置时,焊接定位吊带并固定,利用普通千斤顶进行微调,调整后,保证吊箱位置允许偏差满足如表1 条件：

表1 吊箱位置允许偏差统计

吊箱位置如满足以上条件既可焊接反压牛腿,防止箱体上浮。工程期间为保证吊箱下放安全、顺利进行,还应注意以下几点：第一,暂留钢平台四周定位管、在吊箱侧板间和工字钢之间安装滚轮,以控制吊箱下沉期间的水平度和垂直度。第二,下放期间实时测量监测点位置、高程,保证其处于同一水平面。第三,做好吊箱密封处理,防止箱体下沉至深水中后渗水。一方面可以在钢护筒与吊箱地板间设置止水环形钢板,另一方面可以对箱体每一螺栓接缝处均采用橡胶垫处理。

4 灌注混凝土封底

灌注混凝土封底的作用有以下几点：一是防水渗漏,二是作为承台的承重低模,三是作为平衡结构重量的主体,四是抵抗水浮力在吊箱底部形成的弯曲应力[4]。工程实际施工时,待吊箱下沉到指定位置,且经检查无误后,在钢护筒上搭设灌注混凝土平台,采取分仓对称浇灌,混凝土塌落高度控制在20cm 左右。而且为保证封底质量,施工时应注意以下几点：第一,可以在混凝土中添加高效缓凝性减水剂和粉煤灰,保证混合料在深水中不离散,延长混凝土的初凝时间。第二,灌注前严格检查钢护筒四周是否完好,确保封底时底板不会泄露混凝土。第三,吊箱下沉操作前,利用钢丝刷刷除封底混凝土高度范围内护筒上的表面氧化物。第四,封底混凝土达到设计强度85%时,可以设置三道井架形内支撑进行抽水作业。

5 灌注承台混凝土

灌注承台混凝土是单壁钢吊箱围堰施工的最后工序,待吊箱内部水全部抽离后,先后拆除吊杆梁、割除钢护筒、凿除桩头,进行桩基检测,检测合格后,即可绑扎承台钢筋、预埋构件和灌注混凝土。工程实施施工期间为保证混凝土强度、降低水泥化热效应,避免出现混凝土开裂现象,还应注意以下几点：第一,优化混凝土配比。第二,控制原材料质量,尽量避免使用砂岩做骨料。第三,做好温度实时监测工作,确保内外温差不超过10℃。第四,尽量采用分层多次浇筑的方式,减少水泥水化热效应时的发热量,同时注意控制各分层混凝土浇筑的时间间隔,避免时间间隔过长产生约束性收缩裂缝。

6 结论

钢吊箱围堰施工的目的是布置临时阻水结构,为承台施工提供稳定的“地面”施工环境。本研究以新建II 线铁路A 大桥为例,系统的阐述了单壁吊箱围堰施工中钢吊箱结构组成及其关键技术要点,包括钢吊箱制作、拼装、钢吊箱运输和准备、钢吊箱下沉、灌注混凝土封底和灌注承台混凝土。实践表明,新建II 线铁路A 大桥采用单壁钢吊箱围堰施工技术取得了良好的施工效果,值得借鉴和推广。