大型深水承臺單壁鋼吊箱施工技術

【摘 要】佛山西樵大橋跨越順德水道，在深水高流速以及大型水上起重設備使用受限條件下，采用單壁鋼吊箱方案進行大型深水高樁承臺施工，鋼吊箱自主設計、現場加工拼裝，使用4臺液壓泵站、16臺千斤頂實現同步下放及精確定位，通過拉壓桿系統完成受力轉換，承臺平面位置、尺寸、高程等均滿足設計規范要求。本工藝具有施工難度小、設備要求低、定位精確、成本低廉的優點，對于大型水上起重設備無法到達河段的深水承臺施工，具有積極的借鑒作用。

【關鍵詞】高流速；深水承臺；單壁；鋼吊箱

1. 工程概況

佛山市西樵大橋擴建工程，起于佛山市禪城區南莊鎮龍津路，終于南海區西樵鎮山根村，西樵大橋主橋跨越順德水道，主橋采用獨塔雙索面鋼箱梁斜拉橋形式，主塔為門式結構，設計主塔頂標高為92.86m，跨徑組合為120＋125=245m，橋面全寬42.5m。橋梁基礎采用20根直徑2.0m的鉆孔灌注樁，樁頂標高為-0.85m；主墩承臺為啞鈴型結構，橫橋向長55.6m，順橋向寬度為13.6m，系梁段尺寸為14.4m×5.5m×4.5m，承臺頂標高為3.5m，封底混泥土底標高為-3.0m，頂標高為-1.0m，其平立面分別見圖1、2。主墩承臺位于順德水道之中，施工期間河水流速為2.5m/s，平均水深其重難點主要在以下兩個方面：

（1）本工程河道水流流速較高，流向紊亂，鋼吊箱運輸及安裝難度較大。

（2）本工程位于順德水道主航道上，大型貨運船只航運繁忙，施工水域受到局限，大型水上起重設備無法到達，嚴重影響水上起重吊裝能力。

圖1 主墩承臺平面圖

圖2 主墩承臺立面圖

2. 鋼吊箱選型與設計

2.1 鋼吊箱造型。對于流速高、流向紊亂河段的承臺施工，目前國內一般采用雙壁鋼吊箱工藝。因受本工程工況影響無法使用大型起重設備以致吊箱單塊過重而無法吊裝。在綜合考慮本項目工期、結構特點、工況及施工經驗的基礎上，本工程鋼吊箱側板采用單壁結構。

2.2 鋼吊箱設計。本工程的鋼吊箱結構分為棚架系統、底板、側壁、內撐、下放系統、導向輪、定位系統、拉壓桿（固定系統）八個部分。其中側板、底板是鋼吊箱圍堰的主要阻水結構，兼作承臺模板。

（1）棚架：鋼吊箱安裝時作為安裝支撐點承受鋼吊箱的重量，主梁采用I56a。

（2）底板：考慮到吊箱自重大，底板主梁采用I40a的工字鋼，次梁采用I25a的工字鋼，面板采用8mm厚的鋼板，同時在系梁段對稱設置6根800x10mm的抗拔樁，用于后續施工。底板左右幅對稱加工成10塊，詳見圖3，現場拼裝，底板開孔根據成樁后鋼護筒的實測數據進行。

圖3 底板分塊示意圖（3）側壁：主要承受水平荷載，采用單壁結構。根據承臺形式及安裝時70t履帶吊的起吊能力，將本吊箱側壁劃分為32塊，共4個類型：側板一、側板二、側板三、側板四。每種側板高均為7.5m，分上下兩節4m+3.5m，見圖4。側板設3道環向主梁和一道槽28的環向接縫，施工時焊接連成環向整體。豎向主梁采用工30a，環向次梁采用HW100×100，間距按100×60cm布置，其方格中間的加勁肋采用槽10。最上部的環向主梁采用雙拼I45a，與最上部內支撐焊接，其余兩道環向主梁采用工30a。環向主梁在水平方向斷開的地方，即封邊槽鋼位置采用1m長I45a（I30a）兩邊各搭接50cm焊接，保證封邊槽鋼處的整體性。上下側壁封邊槽鋼用M24螺栓連接，下部側壁與底板封邊槽鋼用M32螺栓連接，中間安裝10mm厚橡膠止水條防止鋼吊箱滲水。

圖4 鋼吊箱側板分布圖（4）內撐：內撐系統的作用是形成內部骨架增強吊箱整體剛度，以防止鋼吊箱的變形。一方面要抵抗吊箱內抽水后的水壓力，另一方面承受澆注混凝土時混凝土產生的側壓力。本吊箱側壁上設置2層內支撐，一層為630×8mm臨時鋼管支撐，軸心位置標高為1.0m，在鋼吊箱抽水完畢后綁扎承臺鋼筋時拆除，第二層內撐為800mm×10mm的鋼管，位于側壁頂口下方50cm，軸心標高為4.0m。鋼管支撐在布置時避開鋼護筒，上下兩層平面布置一樣，見下圖5。

圖5 鋼吊箱內撐布置圖（5）下放系統：下放系統由吊耳、吊桿及升降系統組成，主要承受下放時吊箱自重。吊耳用40mm鋼板與10mm加勁鋼板焊接而成，并與鋼護筒順向焊接；吊桿由25mm精扎螺紋鋼筋及與之配套的連接器、螺帽組成，共設16對32根，吊桿下端與底板的主縱梁螺栓連接，上端與工56組成的吊掛系統螺栓連接。

（6）導向輪：導向輪主要用于下放時克服水流作用于鋼吊箱的沖擊力，以保證鋼吊箱垂直下放。本吊箱導向輪安裝在鋼護筒上，在下放過程中前端滾輪與吊箱壁形成滾動以利于下放，同時根據監測數據對后部千斤頂進行微調定位。

（7）定位系統：由安裝在底板上的8根16鋼纜繩和對應安裝在鋼護筒上的8個10t手拉葫蘆組成。

（8）拉壓桿：由雙拼20構成，拉壓桿的一端與鋼吊箱底板上的吊耳鉸接，另一端與鋼護筒焊接，在鋼吊箱抽水后進行體系轉換。

3. 鋼吊箱拼裝及沉放

3.1 工藝流程。棚架安裝→底板分塊吊裝、定位→底板焊接固定→拉壓桿、吊桿安裝→側壁安裝→下放系統調試→吊箱沉放、精確定位→焊接拉壓桿→封底砼澆注→抽水→第一道內支撐拆除→樁頭處理→承臺鋼筋綁扎→承臺砼澆筑→鋼吊箱拆除。其中鋼吊箱沉放、定位及封底砼澆注是關鍵工序。

3.2 鋼吊箱拼裝及沉放。

（1）安裝棚架：在鋼護筒和鋼管樁上距水面0.5m高處開設60×40cm的洞口，安裝工56a并與鋼護筒焊接。

（2）底板拼裝：根據實測樁基平面位置和傾斜度開孔，70T履帶吊吊裝。拼裝順序為先遠后近、先兩頭后中間，合攏段放在中間系梁段。

（3）側壁安裝：先遠后近、先兩頭后中間對稱安裝，每安裝一塊側壁后及時復測、固定，保證下塊安裝的準確及安全，并在各接頭處安裝止水密封膠條。合攏段在加工廠不安裝封邊槽鋼，根據現場實際情況確定長短后直接調整焊接，內撐在加工廠按設計加工，托運至現場直接吊裝焊接，焊接時保證內撐與環向主梁固結成整體。

（4）鋼吊箱沉放：本吊箱下放系統共采用4臺液壓泵站、16臺千斤頂。在千斤頂、泵站安裝到位后，對提升下放系統先進行調試，檢測伸縮行程是否一致，根據各千斤頂在鋼吊箱平衡下放時的荷載進行逐一預拉后，鎖緊下螺母，將主頂活塞向下縮回到統一的高度位置，作為整個系統的下放起點，除去鋼吊箱的支撐點(雙拼工56a)，緩緩起吊使鋼吊箱脫離棚架5cm并保持1小時無異常后，拆除棚架正式開始下放。

下放過程中因水流沖擊產生的偏移，通過在鋼護筒上安裝的導向輪、定位鋼絲繩進行控制，設專人檢查導向輪是否頂緊鋼吊箱，并監測鋼吊箱的進水情況以及各處下沉的具體數值，根據測量數據及時調整各組千斤頂伸縮量及鋼絲繩的受力方向，防止吊箱因受力不均產生變形。同時，為保證各千斤頂具有良好的同步性能，在千斤頂上裝有位移傳感器，通過一臺計算機采集各位移傳感器的信號來控制4臺泵站與16臺千斤頂同步動作，在鋼吊箱的壁體上設置14個標記點，監測點布置如圖6，隨時觀察吊箱下放的同步性，每5個下沉循環監測一次。

圖6 監測點布置圖（黑點為監測點）沉放至設計標高后，調整鋼吊箱位置進行精確定位，通過設置在底板上的8根鋼絞線，根據測量數據收緊和放松其中的一根或幾根來完成。當吊箱平面位置完全滿足設計及規范要求時，拉緊8根鋼絞線，頂緊導向輪，焊接拉壓桿使吊箱與樁基鋼護筒成為整體，解除吊桿受力，潛水員封堵底板樁基處的開孔。

（5）封底混凝土澆注：在吊箱內多點、均勻布置水下導管，導管上安裝料斗，從兩頭向中間灌注水下混凝土，為減小澆注封底混凝土時吊箱內外的水頭差，在上下游側壁水位以上50cm處開孔，尺寸為50×50cm。

（6）抽水、體系轉換：當混凝土強度達到設計強度100%時開始抽水，鑿平混凝土面，在承臺設計標高以下護筒上對稱焊接底部拉壓桿支座，完成受力轉換，并對稱割除多余部分拉壓桿和鋼護筒，綁扎承臺鋼筋，澆注承臺混凝土。

（7）鋼吊箱拆除：待承臺混凝土達到設計強度100%時，潛水員下水拆除螺栓，使用10T手拉葫蘆配合70T吊車分塊拆除。

4. 結語

（1）西樵大橋主墩承臺施工已經完成，其平面位置、尺寸、高程等均滿足設計及規范要求，所采用的單壁鋼吊箱施工工藝，與傳統的雙壁鋼吊箱施工工藝相比，節約了鋼材用量，減少了大型水上吊裝設備投入，施工簡便快捷，在項目工期與成本方面具有顯著的優勢。

（2）在深水高流速環境下，采用有底單壁鋼吊箱施工大型高樁承臺，具有施工難度小、設備要求低、定位精確等優點，對于大型水上起重設備無法到達河段的深水承臺施工，具有積極的借鑒作用。

參考文獻

［1］ TB10002.2-2005，鐵路橋梁鋼結構設計規范(S).

［2］ 周水興，何兆益，鄒毅松等編著.路橋施工計算手冊［M］.北京：人民交通出版社，2001.