恶劣海况下大型钢吊箱围堰施工关键技术.pdf

・桥涵工程・恶劣海况下大型钢吊箱围堰施工关键技术苗博宇（中铁十九局集团第五工程有限公司辽宁大连１１６０００）摘要钢吊箱围堰作为一种成熟的深水承台施工方式已经被广泛采用，而在受潮汐、暗涌和风浪影响的恶劣海况下。大型钢吊箱围堰的施工安全风险极大，封底混凝土漏水现象、吊箱结构整体失稳等现象频发。针对上述安全和质量问题，在大连南部滨海大道工程星海湾跨海大桥钢吊箱Ｘ＿ｒ－中，采取了在吊箱结构上增加内支撑、防落钢带、侧板与底板间用型钢斜撑等措施。实践证明，通过这些加固措施，有效地提高了在恶劣海况下钢吊箱围堰施工的安全、稳定性能，以及承台混凝土的浇筑质量。关键词桥梁深水基础恶劣海况大型钢吊箱围堰关键技术中图分类号Ｕ４４５．５５文献标识码Ｂ———文章编号１００９４５３９（２０１４）０６００１８０４ＫｅｙＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓｆｏｒｔｈｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆＬａｒｇｅＳｃａｌｅＳｔｅｅｌＢｏｘｅｄＣｏｆｆｅｒｄａｍＵｎｄｅｒＲｏｕｇｈＳｅａＣｏｎｄｉｔｉｏｎＭｉａｏＢｏｙｕ（ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙ“１９ＢｕｒｅａｕＧｒｏｕｐＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｄａｌｉａｎ１１６０００，Ｃｈｉｎａ）Ａｌ搭ｔｒａｃｔＳｔｅｅｌｂｏｘｅｄｃｏｆｆｅｒｄａｍ，ａｓａｍａｔｕｒｅｄｅｅｐｗａｔｅｒｐｌａｔｆｏｒｍｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｇｒｅａｔｓｅｅｕｒｉ－ｔｙｒｉｓｋｓａｒｅｉｎｖｏｌｖｅｄｉｎｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｌａｒｇｅｓｃａｌｅｓｔｅｅｌｂｏｘｅｄｃｏｆｆｅｒｄａｍｉｎｔｈｅｒｏｕｇｈｓｅａｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｗａｖｅ，ｇｕｓｈｉｎｇａｎｄｗｉｎｄ．Ｗａｔｅｒｌｅａｋａｇｅａｔｔｈｅｂｏｔｔｏｍｃｏｎｃｒｅｔｅａｎｄｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｂｏｘｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｒｅｏｆｔｅｎｆｏｕｎｄ．Ｉｎｌｉｇｈｔｏｆｔｈｅａｂｏｖｅｍｅｎｔｉｏｎｅｄｓｅｃｕｒｉｔｙａｎｄｑｕａｌｉｔｙｐｒｏｂｌｅｍ，ｉｎｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｓｔｅｅｌｂｏｘｆｏｒｔｈｅＸｉｎｇｈａｉｗａｎｓｅａｃｒｏｓｓｉｎｇｂｒｉｄｇｅｏｎＢｉｎｈａｉｄａｄ・ａｏｉｎｓｏｕｔｈＤａｌｉａｎ，ｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｏｎｔｈｅｂｏｘｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｆａｓｔｅｎｉｎｇｓｔｅｅｌｂｅｌｔ，ｓｅｃｔｉｏｎｓｔｅｅｌｓｕｐｐｏｒｔａｒｅｕｓｅｄ．ＰｒａｃｔｉｃｅｐｒｏｖｅｓｔｈａｔｔｈｅｓｅｍｅａｓｕｒｅｓＣａｌｌｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓａｆｅｔｙａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｔｅｅｌｂｏｘｅｄｃｏｆｆｅｒｄａｍａｎｄｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｂｅａｒｉｎｇｐｌａｔｆｏｒｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｂｒｉｄｇｅ；ｄｅｅｐｗａｔｅｒｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ；ｒｏｕｇｈｓｅａｃｏｎｄｉｔｉｏｎ；ｌａｒｇｅｓｃａｌｅｓｔｅｅｌｂｏｘｅｄｃｏｆｆｅｒｄａｍ；ｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ１引言近年来，随着国民经济飞速发展，越来越多高科技含量的跨海（江）大桥得以兴建，大桥不仅是水域两岸交通流的主干道，而且肩负着作为城市地标和人文景观的艰巨任务。众所周知，此类水上桥梁施工的技术重难点大部分均集中于深水基础。我国深水基础桥梁的发展自武汉长江大桥开始，由最早的钢管桩基础，发展到钢筋混凝土，再到预应力钢筋混凝土。南京长江大桥修建时，便首次采用了浮运钢筋混凝土沉井和钢沉井。九江长江大桥修建１８——收稿１３期：２０１４０１１５时首创了双壁钢吊箱围堰。到了上世纪９０年代，随着我国桥梁建设向跨江海等宽阔水域发展，钢吊箱围堰便得到了长足发展。而在受潮汐、暗涌和风浪影响的恶劣海况下，大型钢吊箱围堰的施工安全风险极大。这也正是业内针对该项施工技术研讨的重点。２工程概况大连星海湾地处渤海和黄海北部交接处的黑石礁湾，是国内较为著名的强潮海湾。最大潮差３．９ｍ，—潮流速度约１．５２．５节。受台风影响时最大海浪高达８ｍ，年平均台风１．５次。湾内超过６级风年平均天数达２００余ｄ。铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＨＮＯＬＯＧＹ２０１４｛６１万方数据・桥涵工程・大连南部滨海大道工程跨海大桥横穿星海湾，桥区最大水深２２ｍ。大桥东段工程下部由高桩承台加盖梁式独柱墩，或者带上、下横梁式门型墩构成。东侧大跨径引桥段门型墩最大承台尺寸为１０．８ｍｘ１０．８ｍｘ３．５ｍ（ＬＸＤＸＨ），见图１。３钢吊箱围堰方案经过细致的方案比选，最终决定：大桥的门型墩承台采用模板式单壁钢吊箱围堰进行施工。在承台桩基施工完成以后，利用钢护筒定位托梁和底托梁承重安装钢吊箱底板和侧板，同时在钢护筒顶部安装吊挂系统，吊挂系统由４组型钢吊架和１６根精轧螺纹钢吊杆组成。安装完成以后，抽出安装在护筒上的底板定位托梁，利用倒链或者千斤顶控制钢吊箱在自重的作用下缓慢下沉入水。下放到设计标高后，拆除倒链和千斤顶，钢吊箱的自重通过吊杆传到型钢吊架上，完成第一次受力转换。然后浇筑水下封底混凝土，封底混凝土达到设计强度８０％以上后，即可抽出吊箱内积水，拆除吊架和底板下托梁，完成受力体系的转换，割除护筒，凿桩头，进行承台施工。侧板在首节墩柱浇筑完成后拆除。吊箱工作状态下的结构立面图见图２。图１最大门型墩立面结构１３６ａ导向装内支撑“也２７３８ｍｌｎ钢管‘１１２．６锚固撑图２２ＨＮ４００ｘ２００钢吊箱工作状态下结构立面图４施工工艺流程及工序操作要点４．１施工工艺流程施工工艺流程见图３。４．２工序操作要点准备工作底部托梁安装Ｈ托梁制作吊箱底板安装Ｈ吊箱底板制作顶部吊架安装Ｈ吊架制作吊箱侧板安装Ｈ吊箱侧板制作Ｉ吊杆安装Ｉ吊箱整体下放‘『砼水下封底Ｉ混凝土等强吊箱内抽水‘承台施工‘首节墩柱施工‘钢吊箱拆除图３施工工艺流程侧板块与块之间竖向采用角钢法兰栓接，缝间设置橡胶条以防止漏水。由于承台尺寸各异，为了节约一次性投入侧板加工钢材，钢吊箱侧板采用分块组装，用不同长度的节段组拼出相应承台的吊箱侧板，无须针对每个型号的承台单独制作定型钢侧板。外侧横向圈梁选用双拼ＨＮ４００Ｘ２００型钢，钢吊箱内设置担７３Ｘ８“”ｉｌｌｌｎ钢管内支撑，＃字形布置，内支撑与侧板之间采用螺栓连接。钢吊箱共设置１６根书３２精轧螺纹钢吊杆，和４组型钢吊架。吊架横梁采用双肢ＨＮ３５０Ｘ１７５型钢，吊架纵梁采用双肢ＨＮ６００Ｘ３００型钢，吊架纵梁分节段加工，方便吊装，节段与节段之间采用钢板法兰连接，安放在钢护筒顶部。吊杆的作用是将钢吊箱自重、封底混凝土的自重传给吊杆梁。钢吊箱下放采用８个挂在主吊架上的２０ｔ倒链或４个５０ｔ液压穿心千斤顶下放。４．２．１吊箱结构制作及技术准备工作护筒刷、吊箱定位托梁、底托梁、底板、侧板、内钢吊箱侧板和底板均为组合式拼装单壁钢结构。部支撑、外加固圈梁、吊架系统和下放所需的倒链底板系统由面板和纵、横梁组成，高度为５０ｃｍ，横梁或者千斤顶全部准备就位。为双拼ＨＮ３５０Ｘ１７５型钢，纵梁为ＩｌＯ工字钢网，分块４．２．２准备工作拼装而成，底板在对应桩基孑Ｌ位处开孔。在对应承台上的桩基全部施工完成之后，首先钐｝道建簏技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＨＮＯＬＯＧｙ２Ｄ７４ｆ６Ｊ１９瑟瑚万方数据・桥涵工程・拆除钻孔平台，为吊箱底托梁安装做准备。钻孔平台拆除以后，钢吊箱在海中承台施工期间，抵抗海水浮力、承受承台混凝土重力是依靠封底混凝土和钢护筒之间的摩擦力，为了确保钢护筒和封底混凝土之间的粘结力，在进行吊箱施工之前，必须采用环形的护筒刷将封底混凝土高度范围内的钢护筒进行清理，清理掉所有附着海生物。护筒刷高度１．５ｍ，采用１２ｍｍ厚的钢板卷制而成。护筒刷内径比钢护筒外径大２０ｃｍ，沿护筒刷一周圈开孔焊接短钢丝绳，内壁露出钢丝绳头１０—１２ｃｍ。为确保护筒的刚度，外壁设置Ｅ２０型钢背楞。清理海生物时采用履带吊起吊护筒刷，套住钢护筒上、下来回刷即可。４．２．３定位托梁及吊箱底托梁安装护筒外壁清理完成以后，在钢护筒上对应标高位置焊接开孔，安装定位托梁，定位托梁穿过护筒，钢吊箱底托梁便安装在定位托梁上。底托梁安装完成以后，要对其平面位置和标高进行复测，以保证后续施工的精度。４．２．４钢吊箱底板安装在钢吊箱底托梁上安装底板，底板纵梁为Ｉ１０工字钢网，分块拼装焊接而成，底板在对应桩基孔位处开孑Ｌ。底板和护筒间的孑Ｌ隙采用橡胶皮结合钢板进行封堵，将橡胶皮用螺栓固定在圆形压板上，利用橡胶皮紧紧裹住护筒，实现隔水和防止封底混凝土泄漏。４．２．５钢护筒顶部吊架安装底板安装完成并加固以后，安装位于钢护筒顶部的吊架，安装顺序为先安装定位托梁，然后安装主型钢吊架。吊架定位托梁采用双肢ＨＮ３５０Ｘ１７５型钢，主吊架采用双肢ＨＮ６００Ｘ３００型钢，主吊架分节段加工，方便吊装，节段与节段之间采用钢板法兰连接，安放在钢护筒顶部。定位托梁和主吊架均为４根（见图４）。图４主型钢吊架安装完成４．２．６钢吊箱侧板安装钢吊箱底板及吊架安装完成以后，开始安装侧板。侧板首先根据对应承台的大小在作业平台上组装完成，然后整块吊装直接安装在底板上，底板与侧板采用Ｌ１００×１００角钢法兰栓接，侧板角缝处也采用法兰栓接。为了使吊箱在下放入水以后，内外水位高差尽量达到最小，在侧板上开透水孔。后期通过优化，改为开合阀门，方便开关。四块侧板安装完成之后，安装三层加固圈梁，见图５。图５侧板三层圈梁全部安装完成４．２．７钢吊箱吊杆安装钢吊箱共设置１６根＋３２精轧螺纹钢吊杆，下部通过螺栓固定在吊箱底托梁上，吊杆通长穿过预留在底托梁和顶部主型钢吊架上的穿孔伸出，顶部套大螺帽固定。４．２．８针对恶劣海况下钢吊箱的特殊加固措施针对深水强潮汐海域，为了确保钢吊箱的施工质量，并提高钢吊箱抵抗风浪的能力，吊箱组装完成以后，还需要完成上、下两层内支撑的安装、钢护筒上防落钢带的焊接、侧板上锚固防脱件的安装和型钢斜撑的焊接，上述工作全部完成以后，方可组织下放钢吊箱。上述所有的措施，都是为了提高钢吊箱的整体刚度、强度、稳定性，确保封底混凝土与吊箱底板、侧板之间的良好连接性。钢吊箱内支撑分为两层，底层内支撑高于封底混凝土顶面，顶层内支撑高于承台混凝土顶面，分别于封底混凝土、承台混凝土浇筑完成并有足够强“”度后拆除。钢吊箱底部设置＊撑、顶部设置“”＃撑。在每块侧板与底板交接处设置斜撑工字钢，使侧板与底板牢固联结，并和封底混凝土紧密结合。斜撑工字钢与底板焊接，与侧板不焊接，靠住即可，铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＨＮＯＬＯＧＹ２０１４（６）万方数据・桥涵工程・以利于侧板拆除。沿着钢护筒四周设防落钢带，对１０．８ｍ×１０．８ｒｎ最大尺寸的吊箱局部改为工字钢作防落钢带。防落钢带底部与吊箱底板之间焊接连接。顶部与钢护筒不焊接，但是顶部是高出封底混凝土面的，在封底混凝土浇筑完成并抽水以后，采用钢板或者型钢将防落钢带顶部与钢护筒焊接，提高封底混凝土稳定性。４．２．９钢吊箱下放钢吊箱下放采用８个挂在主吊架上的２０ｔ倒链或者４个５０ｔ液压穿心千斤顶下放。下放过程中要均匀缓慢地水平下放，并适时监测吊箱四角的标高，如发生倾斜状况，必须立即校正。无论采用何种方式下放，每次行程均须控制在１５ｃｍ以内，通过拧吊杆顶部的螺帽控制。每个钢吊箱下放之前都需要准确掌握连续５ｄ的天气和海况，尽量避免在农历月初、月中大潮期间和超过６级南风天的情况下进行钢吊箱下放或封底作业。而且钢吊箱下放和水下封底必须在１ｄ之内完成。倒链顶部挂在护筒顶定位托梁上，底部挂在底托梁上，共计８个；千斤顶设置在吊箱四角，通过反力装置直接顶在主型钢吊架上，共计４个。高，特别是四个边角处的标高，确保混凝土面基本平整。４．２．１１拆除吊挂系统、施工承台和墩柱，拆侧板封底混凝土达到设计强度８０％以上后，关闭侧板上的开合阀门，抽出吊箱内的积水，拆除钢护筒顶部吊挂系统和底板下托梁，封底混凝土开始受力，承重即抗浮。拆除吊杆时，需要潜水员潜至吊箱底部采用扭矩扳手松开固定在底托梁上的螺帽，即可直接将吊杆提出。用履带吊的钢丝绳挂在底部托梁一端预留的孔位上，即可从水中提出底托梁。然后电焊割除高出设计桩头部分的钢护筒。钢护筒割除以后，开始破除桩头，并割除位于吊箱内封底混凝土顶面的底部内支撑，将封底混凝土顶基本凿平以后，浇筑承台底部垫层。此时仅靠封底混凝土不能完全保证钢吊箱的整体稳定性，因“”此暂时不可拆除顶部＃型内支撑。承台垫层浇筑完成并满足施工强度后，便可直接在吊箱内部开始绑扎承台钢筋。承台混凝土浇筑完成以后，割除位于钢吊箱内“”部的＃型内支撑。在首节墩柱浇筑完成混凝土后拆除钢吊箱侧板（见图６）。万方数据・桥涵工程・（上接第２１页）定，见表１。表１模板式钢吊箱安装质量标准项目规定值或允许偏差／ｒａｍ轴线偏位１５≤Ｂ３０ｍ±３０尺寸Ｂ＞３０ｍ±∥１０００顶面高程±２０注：Ｂ为承台边长。（３）侧板板块拼接时，保证内夹橡胶止水条的安装质量，确保拼缝不漏水。（４）封底混凝土的厚度必须满足验算得出的结果，不可随意改变。（５）钢吊箱上、下内支撑须与侧板可靠焊接，确保吊箱的整体结构稳定性。的风浪天，务必在吊箱侧板上加焊足够高度的防浪板。（１０）吊箱三层加固圈梁在角缝处要采用可靠连接，以保证钢吊箱的刚度。６结论针对在受潮汐、暗涌和风浪影响的恶劣海况下，大型钢吊箱围堰的施工安全风险大，封底混凝土漏水、吊箱结构整体失稳等安全和质量问题，在大连南部滨海大道工程星海湾跨海大桥钢吊箱施工中，采取的在吊箱结构上增加内支撑、防落钢带、侧板与底板间的型钢斜撑等措施，有效地提高了钢吊箱的安全、稳定性能。通过该工艺成功完成了９９个深水区恶劣海况下的钢吊箱施工，无一漏水现象，承台施工安全、质量可靠，可为同类工程提供参考。（６）顶部吊架上固定倒链的吊点应可靠。参考文献（７）在下放过程中，要严格控制各倒链或者千斤顶的行程，防止吊箱倾斜失稳。在吊架上的工［１］ＪＴＧ／Ｔ—Ｆ５０２０１１公路桥涵施工技术规范［ｓ］・人要通过卷尺准确量测每次下放的高度，另外在［２３郭瑞・厦漳跨海大桥北汊南引桥单壁钢吊箱设计与施彗攀上设置水准仪抄四角标高，如发现倾斜，立即≥［３］主￡鬣２吊０箱１３在（５高）：桩１０承－台１３施．工中的应用［Ｊ］．纠止。—城市道桥与防洪．２０１３（７）：１９５１９９．（８）封底混凝土浇筑完成之后，抽水之时确保［４３张士全．自制有底单壁钢吊箱围堰在援外工程中的应混凝土的强度已经达到８０％。—用［Ｊ］．安徽建筑，２０１３（３）：８４８６．（９）由于海水腐蚀性较强，承台施工全程要求［５］罗晓军．钢吊箱围堰在桥梁深水基础施工中的应用为无水环境，如果在承台施工期间遇到较大、较强—［Ｊ］．科技资讯，２０１３（８）：６７６８．３８铁道建筑技术ＩｔＡＩＬＷＡｙＣＯＮＳＴｉｔＵＣＴＩＯＮＴＥＨＮＯＬＯＧｙ２０１４佑Ｊ万方数据