椒江二橋Ⅱ標主墩防撞鋼套箱施工

摘 要： 椒江二橋及接線工程主橋是一主跨為480m的雙塔雙索面組合鋼箱梁斜拉橋，其主墩承臺形式為六邊形圓倒角整體式，主墩承臺采用防撞設施的設計與承臺的施工相結合的方法，即防撞設施既作為船舶撞擊承臺的保護措施又作為承臺施工時的鋼套箱。

關鍵詞：椒江二橋；主墩；鋼套箱；施工

1、防撞鋼套箱施工概況

椒江二橋主橋主墩采用防撞設施的設計與承臺的施工相結合的方式，即防撞設施既作為船舶撞擊承臺的保護措施又作為承臺施工時的鋼套箱。主墩承臺形式為六邊形圓倒角整體式，承臺尺寸為45.36×24.48×6.0m，相應的為其設計的防撞鋼套箱尺寸達50.36×27.88×9.5m，防船撞鋼套箱總高9.5m，高出承臺以上1m，伸到封底混凝土以下1m。橫橋向由于船撞力較大，鋼套箱厚度為2.5m，順橋向厚度為1.7m其整個防撞設施的總體重量達800t。

主墩防撞鋼套箱結構構造示意見圖1。

2、防撞鋼套箱的設計

2.1 結構的防撞設計

防撞設施的功能：主要利用與船體結構匹配的鋼結構變形破損消能，鋼結構材料性能穩定，單位質量材料破損時消耗能量大。橋墩在船舶撞擊時，設施破損消能，減少對橋墩的碰撞力同時減少船舶破損長度，避免船舶前伸部分觸及橋墩上部結構，同時加長防撞設施保護樁基。

本防撞設施的主體結構采用Q235C鋼，主要采用10mm鋼板和型鋼，結構分段制作采用焊接方式連接。結構內壁板上安裝防撞橡膠件，橡膠件采用耐老化的氯丁橡膠，安裝在防撞設施和橋墩承臺之間，改善防撞設施與橋墩承臺的接觸性能。

2.2 結構的防腐設計

采用技術成熟的防腐隔離層設計，從施工現場考慮，對該防撞結構外表面采用重防腐隔離層保護，內表面采用防腐蝕油漆保護。

2.3 套箱與防撞結構的結合設計

（1）套箱側模設計

套箱側模利用防撞結構內側圍壁作為承臺模板的受力骨架，在10cm厚防撞橡膠之間加設9cm厚的木肋和1cm厚竹膠板，形成承臺施工所需的側模。

（2）套箱底籃設計

鋼套箱底籃采用桁架結構（高為140cm），由主桁架、次桁架、分配槽鋼、連接槽鋼及鋼底板組成，鋼底板（δ=8mm鋼板）焊接在底桁架的下面，并根據實測的鉆孔灌注樁樁位坐標，在鋼底板上精確放樣出開孔位置。開孔的實際直徑比樁直徑大30cm（預留孔直徑Φ315cm），以便套箱安裝時有一定的間隙，有利于套箱的安裝。底桁架的構件均采用槽鋼及角鋼加工而成，且與防撞結構內圍壁焊接成整體。

套箱底籃結構設計采用了MIDAS空間有限元軟件進行計算，選取了整個套箱底籃進行三維空間建模，計算模型及各單元組合應力計算結果見圖2。

（3）套箱承重及支撐系統設計

鋼套箱承重系統主要由護筒周邊均勻分布的74個鋼制倒掛牛腿組成。

支撐系統含套箱上口側板間的水平支撐鋼管和連接支撐鋼管與底板桁架間的豎向連接鋼管。水平支撐鋼管（Φ600x8mm）既作為套箱整體吊裝的水平支撐用以平衡水平分力，又可用于平衡后期承臺澆筑時砼的側壓力；豎向連接鋼管（Φ300x6mm）用于起抵抗吊裝過程中底籃下撓時套箱的變形的作用。

（4）吊裝系統設計

鋼套箱吊裝系統采用吊耳形式，8個吊耳均設置在鋼套箱強加勁肋頂面位置。

3、防撞鋼套箱的施工

3.1 鉆孔平臺拆除

平臺拆除工作包括拆除主鉆孔平臺的上部結構、輔助樁與鋼護筒之間的平聯管、鋼護筒之間的連通管，僅留下吊車行走，設備、材料運輸通道以及設備材料堆放平臺和龍門吊軌道及附屬設施，保證套箱下放路徑及設計平面位置上不存在任何障礙物。

3.2 焊接倒掛牛腿、安裝導向架、放置封堵板

倒掛牛腿由掛板、承重面板、加勁鋼板組成。倒掛牛腿是承臺施工最重要的受力部件，其施工質量直接關系到承臺結構的安全。倒掛牛腿焊接施工既要確保焊縫質量又要保證牛腿焊接位置正確，牛腿承重面板頂面標高誤差須控制在5mm之內。

圓臺型導向架設置在鋼護筒頂部，共設4個，均設在墩的四個角樁位置。

封堵板主要由頂部半圓型封堵面板及環形加勁圈、加勁板等組成，封堵面板上表面及環形加勁圈內側均粘附2cm的泡沫板以便與套箱底板、鋼護筒外壁接觸密實。封堵板下放是后續套箱封底施工的一個關鍵工序，由于封堵板下方到位后完全是處于水下環境，其與套箱底板和護筒外壁之間的縫隙是完全不可預見的，縫隙過大的話很有可能導致封底的失敗。封堵板下放時應注意環形加勁圈及三角加勁板在牛腿位置處避讓，下放到位后由潛水員下水將兩半圓弧封堵板間連接板上的螺栓擰緊以縮小封堵板環形加勁圈與護筒周邊縫隙。另外還要視視縫隙大小可采取用適當直徑的圓鋼筋水下焊接堵縫或加設木楔等措施來減小縫隙。

3.3 套箱加工

（1）基樁鋼護筒偏位測量。測量工作分初測和精測兩步，初測作為套箱初加工的參考；精測在鉆孔平臺拆除后進行，它作為套箱主桁架和底板加工預留孔位置的修正和最終依據。

（2）套箱加工。鋼套箱在工廠整體加工制作，在護筒精測數據出來后用全站儀對主桁架位置及底板開孔進行檢測及修正。鋼套箱在轉運前按規范對加工質量進行驗收并試吊，驗收通過后即可轉運。

3.4 套箱安裝

（1）浮吊選型。對于執行此項吊裝作業的浮吊選型，主要是拿以下三項要求來作為依據：①吊高要求：最低水位吊裝時，套箱底至少能比平臺高2m；②吊幅要求：浮吊最小吊幅=吊點至平臺西側邊緣長度+富余寬度5m；③吊重要求：在滿足前兩項要求的基礎上，吊裝重量不得小于800t。經過綜合分析后，決定選用1300T級浮吊。

（2）選擇拖航時間及拖航。

（3）錨泊。船隊到達施工墩位附近后按事前安排拋錨停泊，浮吊橫橋向停泊在安裝墩一側，運套箱的船橫橋向停泊在浮吊前方，與橋墩間應保持一定的安全距離，具體錨泊位置見下圖4。

（4）起吊安裝。

①準備工作

測量方法與測量控制；反壓牛腿、限位裝置及配電設施準備；指揮人員、測量人員、起重工、電焊工，安裝限位支撐架人員，按分工計劃，準備進入崗位；浮吊掛上起重繩。

②起吊

一切準備工作就緒后，在高平潮前后開始起吊作業。

③平移定位

套箱吊離駁船后，定位船及駁船通過收錨移至離橋軸線較遠的地方，以便不影響套箱的水平移動。定位船及駁船移走后，通過收放浮吊錨纜，緩慢平穩地將浮吊平移至墩位上方，瞄準導向架微調對位。

④下方就位

此步工作在落潮水流相對平穩后開始（低平潮前一小時左右），爭取半小時內完成，以利于反壓牛腿焊接及限位支撐安裝。對位觀察人員（共30人）穿上救生衣，系好安全帶，先在套箱頂部觀察對位情況，待套箱下降一定高度后，進入箱內，站在底板與桁架上弦桿上（事先已鋪好木板），一人一樁觀察對位情況，并將觀察情況報指揮員。指揮員根據儀器觀測和肉眼觀察情況指揮浮吊正確對位后緩慢下放套箱進入導向架，進而進入護筒頂部（+3.53m），然后停止下放，觀察底板處各樁樁位就位情況，和整體套箱偏位情況。分析觀測情況，如有異常，需及時采取相應措施，如無異常情況，以每50cm一級逐級下放套箱，直至離牛腿面10cm處暫停下放。經緯儀再次測讀套箱位置，并盡可能參照測讀數據調整套箱位置后繼續下放套箱接近牛腿面，重復上述步驟，下沉到位。

⑤安裝限位裝置

經檢查（整體套箱就位精度，牛腿支撐情況，底板孔位與護筒間相對位置等）套箱就位達到設計要求后，松鉤50%。16名觀察人員立即分成8組，快速安裝水平限位支撐，水平限位支撐采用千斤頂和鋼管加工而成，事先懸掛在套箱內支撐鋼管上或是存放在底桁架上方的架子上。待端部4個水平限位支撐基本就位后，完全松鉤，待全部水平限位及6個下述豎向反壓限位裝置安裝完成后，打開吊索銷子，浮吊就地待命。

4、結語

在防撞鋼套箱的施工中，我們不斷摸索，吸取教訓，現在回想起來防撞套箱的安裝過程中最重要的也是最容易忽視的兩點是封堵板的安裝及基樁鋼護筒偏位測量工作。

在封堵板的施工中應注意：由于個別鋼護筒會發生變形（局部到達15cm），致使鋼護筒截面失圓（護筒截面變成橢圓形）則封堵板現有的2cm泡沫板沒法貼緊鋼護筒外壁，由于封堵板完全處于水下環境，發現此種情況并解決尤為困難；另外在套箱就位后，套箱自重使底板與封堵板面板貼合在一起，但不可避免也存在縫隙，為解決這些縫隙問題，我們在實際操作過程中不斷派遣潛水人員下水逐個檢查并一一解決。

基樁鋼護筒偏位測量工作的初測數據是底籃桁架設計和底板開孔直徑選擇的關鍵依據，但護筒精測數據更為重要，因為底籃加工也會存在誤差，在底籃加工完成之后需利用精測數據與桁架實際位置一一對比，發現位置超出警戒線應立馬修正，防止套箱下放時出現底籃不能入護筒口的事故。

在防撞套箱的施工過程中，我們不斷摸索，吸取教訓，總結經驗使防撞套箱安裝施工工藝不斷成熟。由于水上工程施工條件及環境的復雜性，人員和機械配置還有待進一步完善，施工工藝也有待進一步優化。

參 考 文 獻：

[1] 路橋華東工程有限公司.海上橋梁承臺與承臺防撞設施一體化施工[B].2006

[2]《鋼結構設計規范》（GB50017—2003）

作者簡介：

鐘 奎：男、1969年05月、大學本科、工程師

郭杰鑫：男、1986年03月、工學學士、助理工程師

趙世杰：男、1981年10月、大學專科、助理工程師

米紅衛：男、1973年08月、大學本科、助理工程師