淮河特大桥19#墩大型深水双壁钢吊箱施工技术

汤 浩

（铁道战备舟桥处，山东 德州 251100）

1 工程概况

钢围堰是在涉水桥梁建设中，为建造承台、墩身而修建的挡土、挡水的临时性围护结构，包括钢板桩、钢套箱、钢吊箱等多种形式。其中钢吊箱为悬吊在水中的有底结构，适用于水中高桩承台[2]。

S313头铺西至望淮岭段改线工程淮河特大桥位于安徽省蚌埠市五河县境内，线路东西走向，大桥全长2 017 m，共计53跨，18#、19#为主墩，承台尺寸为34 m（长）×19 m（宽）×5 m（高），底标高-3.992 m，共24根φ2.5 m钻孔桩。桥位处水面宽约400 m，常水位约+16.00 m，汛期最高水位+19.00 m，最大流速1.5 m/s。

经现场实测，19#墩位处河床面顺水流方向呈现不规则倾斜面，最低处标高-9.5 m，最高处-4.95 m，承台整体位于河床以上，其施工围护结构拟采用双壁钢吊箱，见图1。

图1 19#墩钢吊箱

2 总体方案

2.1 围堰结构

19#墩双壁钢吊箱是由底板龙骨、底板、侧板、内支撑和下放系统、吊挂系统组成的全焊水密结构，平面尺寸38.2 m×23.2 m，壁间厚度2 m，总高24 m，顶标高+16.008 m，底标高-7.992 m。围堰竖向分两节，底节高10.7 m，顶节高13.3 m，共设置三道内支撑，总重约1 455 t，首次吊放重量（底节+底板）716.8 t。见图2、图3。

图2 19#双壁钢吊箱围堰立面/mm

图3 19#双壁钢吊箱围堰平面/mm

2.1.1 底板龙骨

平面尺寸为38.75 m×23.75 m，采用HM390×300 mm焊接拼装成整体，按纵横方向用“#”字型划分为9块。预留孔与护筒之间的切线距离为175 mm。

2.1.2 底板

采用8 mm面板和L75 mm×50 mm×6 mm小肋组成，和底龙骨焊接成整体。

2.1.3 侧板

壁板采用6 mm钢板，竖肋采用L75 mm×50 mm×6 mm角钢，水平环板采用16 mm钢板，水平横撑采用L100 mm×10 mm等边角钢，内支撑处设16 mm竖向隔仓板和20 mm水平加强板。

2.1.4 内支撑

底层、中层中间横撑为Φ800×20 mm钢管，长19.2 m，两侧横撑为Φ600×20 mm钢管，长19.2 m，斜撑为Φ600×14 mm钢管，长9.87 m。顶层横撑、斜撑均采用Φ600×14 mm钢管。

2.1.5 下放系统

系统共8个吊点，每个吊点4根吊杆，共计32根Φ32 mm精轧螺纹钢，单根长度22 m。采用贝雷梁作为承重横梁，共四组，单组由8片贝雷梁组成。贝雷片上的上下横向分配梁采用3拼I45a组成。吊点设在钢吊箱隔舱内，需加强处理。吊放设备采用千斤顶，每吊点2台200 t千斤顶，共16台。见图4、图5。

图4 下放系统平面/mm

图5 下放系统纵断面/mm

2.1.6 吊挂系统

主要由挂桩梁和吊杆构成。在钢护筒上安装挂桩梁，再通过吊杆把底龙骨吊在钢护筒上。挂桩梁采用2[40a槽钢，单个挂桩梁共8个吊点，吊杆采用Φ32 mm精轧螺纹钢，整个围堰共计192根精轧螺纹钢。

2.2 施工步骤[3]

（1）钻孔桩施工完成后，在钢护筒上安装支撑牛腿，依次安装底板、底节壁板、吊挂系统及下放系统。（2）将围堰底节下放入水至自浮状态，下放系统在带劲状态下浇筑3 m高隔舱内混凝土。（3）拆除吊放系统，拼装接高顶节壁板，在隔舱内对称均匀注水配重下沉，期间依次安装三层内支撑、接高吊挂系统精轧螺纹钢。（4）围堰下沉到位后，紧固吊挂系统，浇筑水下封底混凝土，强度达标后，二次浇筑6 m高隔舱内混凝土。（5）按设计要求抽出隔舱内多余的水，再抽干堰内的水，割钢护筒、破桩头，准备施工承台。

3 技术重难点

（1）钢吊箱设计底标高-7.992 m，基坑河床近1/3的面积高于此值，需提前开挖清理到位，墩位处河床土层黏性较大且水深达20 m，传统的长臂挖机法、抓斗法等开挖工艺，工效低、耗时长。（2）钢吊箱首次吊放入水总重716.8 t，共8个吊点16台千斤顶，同步吊放控制难度大。（3）钢吊箱下沉总高度约23 m，底板预留孔与钢护筒间最小间距仅17.5 cm，过程中二者之间易产生刮擦现象，导致钢吊箱下沉困难。

4 主要工艺

4.1 河床清理

经计算，19#墩基坑净理论清淤量为4 116 m3，河床坍塌坡度按1:1考虑，清淤量高达7 814 m3。针对河床局部黏土层开挖难的问题，经反复论证和多次尝试，最终采用了潜水抽沙泵+卧式砂砾泵+反循环钻机的组合方法进行清淤。（1）潜水抽沙泵：功率45 kW，扬程15 m，用于清除松散土层和表面浮砂。（2）卧式砂砾泵：功率45 kW，配套15 kW高压射水水泵，扬程15 m，用于清除稍密的中细砂土和被反循环钻机扰动后的黏性土层。（3）反循环钻机：功率22 kW，钻头直径1.3 m，用于清除、扰动黏性土层。

采用反循环钻机进行黏性土层开挖，具有定位准确、速度快等优点，依托钢护筒搭设滑道式平台后可灵活移动位置，实现了成本低、工效高、清理彻底的目标。

4.2 加工制作

4.2.1 底板加工

先在台座上放样构件的平面位置，构件摆放位后先点焊固定再全面焊接。焊接时，遵循对称原则，构件接头先对称花焊再连续焊接。主梁肋接头必须顶紧相邻型钢腹板，双面满焊且不留空隙。

4.2.2 壁板加工

必须在胎架上加工，胎架要能保证分块的成型精度，且组拼方便、容易翻身、减少仰焊。成型后，应检查焊缝质量，并涂抹煤油，检验水密性。

4.2.3 焊接工艺

（1）壁板的对接焊缝，应先焊横缝，后焊纵缝。（2）构件中同时存在对接与角接焊缝时，应先焊对接缝，后焊角接缝。（3）水平桁架与面板的焊接，其边缘应留20～30 cm暂不焊，待整体装配后再行焊接。

4.3 首节拼装

4.3.1 底龙骨安装

钻孔桩完成后，拆除平台，在钢护筒标高+16.0 m处安装支撑牛腿。先安装第5块中间龙骨，再对称安装2、4、6、8块，最后安装四角1、3、7、9块，见图6。

图6 底龙骨分块安装布置

4.3.2 底板安装

采用从中间向外侧、对称安装的原则进行铺设；过程中注意底板间的缝隙，应采用8 mm、钢板进行夹焊。

4.3.3 底节侧板安装

（1）应对称安装，先安装4个角点的C侧板，再安装短边D侧板，然后安装长边侧板B，最后在长边合龙侧板A。（2）先在底板上放样出每块侧板的轮廓线及分段线。（3）拼装时，单块位置确定后先点焊固定，待整个底节拼组成型后再全面施焊。（4）侧板内外壁板与底板间采用角焊缝环向焊接，并在底板龙骨位置设置梯形加劲钢板，见图7。

图7 侧板分块及安装顺序

4.3.4 吊挂系统安装

先将钢护筒统一割除至设计标高，在护筒顶开50 cm高“十字”凹槽后安装挂桩梁。然后安装吊杆，单根吊杆长27 m，划分为12 m+12 m+3 m三段，各段间用接长套筒连接。3 m段提前预装在底龙骨上，挂桩梁安装完毕后，逐根接长安装首个12 m段。

4.4 吊放入水

4.4.1 吊点检算

首次吊放总重716.8 t，单根吊杆平均受力22.4 t，吊杆直径32 mm，拉应力为278.7 MPa，小于允许应力830 MPa，满足要求。每个吊点2台200 t千斤顶，每顶平均受力为44.8 t，满足要求。

4.4.2 下放系统安装

接高四角的8根护筒至标高+29.00 m，在其顶面横向铺设垫梁3I45a，整体吊装4组贝雷梁，在贝雷梁上部安装两层3I45a吊放分配梁，在分配梁与壁板吊点间安装吊杆。

4.4.3 下放保障措施

（1）预留孔防卡钢筋。钢护筒接长时除环向焊缝外还有竖向加强贴板，吊箱下放过程中，平面偏位较大时，预留孔的竖向圈板会卡在贴板的上端，轻则无法继续下沉，重则导致底板局部撕裂。沿圈板每隔30°竖向焊接一段2 cm圆钢，呈“l”形，长15 cm，一旦二者接触，可将圈板与贴板间的横向线接触变为点接触，圆钢底部的圆弧能沿贴板上端顺畅滑过，避免卡顿，见图8。

图8 防卡钢筋

（2）滚轴式限位导向。原设计的限位导向共四层，为型钢构件，焊接在围堰内壁板四角处，与钢护筒间间隙仅有9 cm。钢吊箱在吊放入水后至下沉到位前，受上游水流冲击力作用会向下游漂移，下游侧限位与钢护筒的顶紧现象在所难免，此限位存在与护筒间间隙过小和层数过多两大弊端，极易与护筒及其贴板“挤死”，导致钢吊箱无法下沉。将限位导向改成滚轮式，由工字钢+轴承组成，且仅在底部设置一层，与钢护筒接触时可顺利滑过，有效解决了硬接触问题。见图9。

图9 滚轴式限位导向

（3）预埋纠偏钢丝绳。在底龙骨四角的型钢上，预埋钢丝绳接长拴系至围堰顶部，后期下放过程中，一旦发生卡顿现象，即在栈桥、支栈桥合适位置处安装卷扬机，牵拉预埋钢丝绳，进而牵引钢吊箱底部对其平面位置进行纠偏。

4.4.4 吊放入水[1]

（1）检验合格后，启动千斤顶提升钢吊箱底节离开牛腿10 cm，静置10 min，检查吊杆、吊点等是否正常。（2）割除钢护筒上的支撑牛腿。（3）下放前，在钢吊箱四角外壁上划刻度线；下放时，安排专人对四角的下沉高度对比观察，如高差超过20 cm，即暂停下放，采取启动单吊点方式进行微调，以确保下放行程基本一致。（4）随时检查吊杆的松紧情况，确保松紧一致。钢吊箱入水后，吊杆受力逐渐变小，直至不再下沉达到自浮，即停止下放。（5）对壁板进行水密试验，如有漏水及时补焊。

4.4.5 浇筑隔舱混凝土

启动千斤顶将钢吊箱稍稍提起，对其平面位置和垂直度进行调整纠偏，在吊杆带劲状态下进行隔舱混凝土的首次浇筑，高度3 m。

4.5 接高下沉及内支撑安装

4.5.1 顶节侧板安装

启动千斤顶，二次下放钢吊箱至自浮状态，拆除吊放系统，在悬浮状态下接高顶节侧板。拼装顺序与底节相同。

4.5.2 注水下沉

（1）隔舱内注水应分阶段对称进行，单个阶段每个隔仓的注水高度要基本一致，过程中要根据钢吊箱的倾斜程度及时调整，过程中四角高差控制在20 cm之内，确保平稳、均匀下沉。（2）隔舱内与河面的水位高差，严格控制在设计要求的10 m以内。

4.5.3 内支撑安装

注水下沉过程中，如内支撑安装位置距水面不足1 m时，即暂停注水，安装该层支撑。

4.5.4 钢吊箱固定

（1）注水下沉到位后，先通过局部隔舱抽排水调整其垂直度，后通过预埋钢丝绳调整平面偏差。（2）将挂桩梁与钢护筒按设计要求连接固定。（3）在钢吊箱四角上口的钢护筒上焊接型钢限位，顶紧内壁板。（4）在每个隔仓内再灌入约0.5 m的水，避免河水上涨导致钢吊箱上浮。

4.6 浇筑水下封底混凝土

4.6.1 底板预留孔堵漏

为减轻潜水作业量和确保封堵质量，设计了环形堵漏钢板，板宽40 cm，内径与护筒外径相同，为避开吊杆位置，环形钢板均分为4块，块间设计“Π”型卡板填补吊杆位置的缝隙，见图10。块件提前在护筒周边大致摆好，封底作业前，潜水员先将这些块件重新摆放至与钢护筒密贴，然后在其上密码一层沙袋，检查确认是后即可开始封底。

图10 底板预留孔堵漏钢板

4.6.2 浇筑封底

（1）水下封底采用2套设备（2根导管、2台天泵）按设计点位依次进行，见图11，单根导管摊铺面积半径按5.0 m考虑。（2）先将所有设计点位浇筑至设计高度后，再对堰内的封底顶面进行测量摸排，不足之处适当补点浇筑。（3）浇筑过程中加强对导管底口处混凝面上升高度的测量，开始每隔30 min测量一次，离距浇筑到位20 cm时，每5 min测量一次，以防超灌或欠灌过多。（4）导管提升时应注意控制幅度，确保导管底口埋入混凝土的深度始终不小于30 m，避免混凝土出现“洗澡”现象。

图11 浇筑点位及顺序

5 结语

随着桥梁建设技术的不断进步，深水钢围堰的结构设计和施工工法已不再是关键因素，但因每座涉水桥梁的水文地质条件均具有一定的特殊性，故在实施过程中具体措施的创新应用显得极为重要。在淮河特大桥19#墩钢吊箱的施工过程中，基坑开挖的方法及确保顺利下沉的各种措施均属首创，实践证明管用有效。