水中承臺鋼吊箱施工關鍵技術及優化措施

郭慶林，尹良帥

（1.民航機場建設工程有限公司，天津 300456；2.民航機場智能建造與工業化工程技術研究中心，天津 300456）

關鍵字：水中承臺；鋼吊箱施工工藝；優化措施

引言

在深水區域進行橋梁水中承臺施工是橋梁施工中較為常見的施工技術，經過多年的發展，工藝趨于成熟，筆者在加蓬共和國奧果韋河入?？谖恢妹媾R水流速大，水深的不利工況，需要探究并優化高樁水中承臺施工技術，確保施工質量，提高施工效率。

1 工程概況

加蓬PO 項目奧果韋河特大橋位于加蓬共和國奧果韋河入?？?，全橋需要在水中施工34 個水中承臺，其中最大承臺尺寸為20.9 m×11.9 m×4 m（長×寬×高），混凝土方量將近1 000 m3，屬于大體積混凝土。最小承臺10.6 m×2.6 m×2.5 m（長×寬×高）。

水中承臺施工的工藝有很多種[1]，如：土圍堰、鋼圍堰、沉井、鋼板樁、鋼套箱等，各種工藝有各自的優缺點和適用范圍，根據本工程的地質情況和設計特點，本著保證安全、提高質量、節能環保的要求，加蓬奧果韋河特大橋主墩承臺采用有底鋼套箱施工。

有底鋼套箱也叫鋼吊箱，鋼吊箱是為水中承臺施工的阻水結構，其作用是通過吊箱圍堰側板和底板上的封底混凝土阻隔周圍水體，為承臺施工提供無水的干燥環境。鋼吊箱具有施工工期短、水流阻力小、安拆方便、材料投入小等特點，在高樁承臺施工中得到很好的應用[5]。

2 鋼吊箱施工概述及結構組成

奧果韋河特大橋承臺均采用單壁有底鋼套箱進行施工，鋼吊箱模板及相關構件國內工廠分小塊加工，運輸到加蓬現場大塊組拼成型，再通過在護筒頂口布置的下放系統整體下放到設計位置，封堵套箱底板與鋼護筒間的縫隙，最后通過采用多點導管法澆筑水下封底混凝土形成防水圍堰結構[2]。

承臺鋼筋在岸上鋼筋場集中加工，運輸到至圍堰內綁扎安裝；混凝土采用自拌混凝土，砼運輸罐車運送到現場，利用滑槽進行澆筑。

鋼吊箱結構主要由底縱梁、底板、側模、提吊下放系統、內支撐系統、外圈梁等組成。以奧果韋河特大橋矩形承臺為例，介紹鋼吊箱結構組成[4]。

2.1 底板結構形式

141#鋼吊箱底板范圍內按樁基設計位置設置6個鋼護筒預留孔，預留孔直徑2.0 m（比護筒大20 cm），底板面板為厚度6 mm 鋼板，底板背楞采用I12.6 工字鋼，底縱梁采用2[32a 槽鋼。

圖1 鋼吊箱底板組拼圖

2.2 側板結構形式

鋼吊箱側壁總高度4.5 m。鋼吊箱側壁板厚度6 mm，壁板背楞為I12.6 工字鋼，間距400 mm。側壁豎向背楞采用2 根[22a 槽鋼，標準間距1 250 mm，最外層設置圈梁，內空間設置內支撐。鋼套箱內支撐使用雙拼I40b 工字鋼。

圖2 鋼吊箱內支撐示意圖

側壁分塊制作，標準塊寬2.0 m，側壁間采用螺栓連接。側板底部設計有三角楔塊（如圖3），其與底縱梁端頭的及底板端頭的三角楔塊相互對應，安裝完成后，兩種楔塊內空隙嵌入2 根[20 槽鋼進行頂緊（通過螺栓與側板底三角楔塊連接，與底板三角楔塊不連接，留有1-2 cm 縫隙嵌入鋼筋頭或小鋼板）。通過側板外側三角楔塊及內側限位擋塊共同作用保證側板不能發生底口變形偏位。為保證側板與底板間連接密封性，在側板頂和底板縱梁位置設置壓梁及錨固梁，通過Ф32 mm 精軋螺紋上下連接壓緊。

圖3 側板、底板安裝示意

圖4 機械螺旋千斤頂下放總成

圖5 提吊系統示意圖

圖6 “拉壓桿”布置示意圖

為保證鋼套箱內外水頭平衡，需要在側板上安裝連通管，保證套箱內外水體連通。

2.3 底板提吊及下放系統

下放系統由設置在護筒頂下放承重梁、千斤頂、吊桿、鋼護筒組成；提吊系統由樁頂墊梁、承重梁、吊桿及鋼護筒組成，下放系統的作用是承擔鋼套箱自重；提吊系統的作用是承擔套箱自重及封底混凝土的重量。

141#鋼吊箱共設置4 個下放吊點。下放吊點分別位于承臺四個邊角護筒上。每個下放吊點設置一套下放系統，每個下放點由2 臺32 t 機械螺旋千斤頂、1 根Ф32 mm 精扎螺紋、下放承重梁等組成，下端與吊箱下放底承重梁連接。

提吊系統頂部墊梁、承重梁均采用2 根I40 工字鋼，其中墊梁直接作用于護筒上，直接將由承重梁上的荷載傳遞到護筒上。提吊系統設置20 個提吊吊點。

2.4 增大封底砼與鋼護筒握裹力設施

為提高封底砼承載能力，在鋼護筒周邊設置“拉壓桿”，以補充封底砼與鋼護筒之間握裹力。每根鋼護筒周邊設置2 根[12 槽鋼，安裝底板時焊接在鋼吊箱底板上。首層封底混凝土澆筑完成后鋼吊箱內抽水，割除“拉壓桿”多余部分，橫向通過槽鋼與護筒焊接，橫向連接的槽鋼最終埋入第二層封底混凝土內[3]。

3 施工工藝流程圖

圖7 鋼吊箱施工工藝流程

4 鋼吊箱施工注意事項

4.1 施工準備工作

1）承臺施工前需要對鉆孔平臺予以拆除，承臺位置的一切障礙物均須拆除；

2）鋼吊箱施工前需要對承臺位置水底標高進行探測，確保鋼吊箱能夠下放到位。

4.2 鋼吊箱拼裝支架

鉆孔樁施工結束后，拆除鉆孔平臺。在每根護筒上中心割孔安裝I25b 工字鋼作為鋼吊箱側板拼裝支架。拼裝支架安裝時注意探摸護筒內混凝土標高，保證拼裝支架能夠順利穿過護筒，且必須利用水準儀對所有拼裝支架進行測量，保證標高一致。同時利用GPS 將承臺邊線投放到拼裝支架表面，便于底縱梁精確定位[6]。

4.3 鋼吊箱拼裝

在拼裝支架上自下而上分層拼裝底縱梁、底板、側板。

注意事項：

1）底板拼裝完成后需要在精軋螺紋位置割洞，同時焊接高度大于封底混凝土厚度的精軋螺紋套管（Ф48×3.2 外套管），以利于精軋螺紋鋼拆除；

2）小塊側板預拼裝成大塊模板進行吊裝，側模接縫及側模與底板接縫處粘貼止水橡膠條；

3）側模拼裝前需要在底板上進行承臺邊線放樣，焊接限位擋塊，保證側模安裝位置精度；

4）為保證底縱梁能夠順利取出，在底縱梁一端懸掛鋼絲繩，在套箱模板拆除時一并取出。同時提吊及下放吊桿底部精軋螺母及墊片焊接在底縱梁上，拆除提吊系統僅需通過擰松精軋螺紋鋼即可；

5）側模安裝時需要在側模與護筒間焊接導向裝置，保證下放過程鋼套箱平面位置的穩定。護筒上設置定位用的導向裝置，導向滑軌采用槽鋼，槽鋼背面靠緊模板，滑軌與護筒接觸兩側設置加勁板與護筒焊接增強滑軌的穩定性，以便鋼套箱能保持良好的姿態下沉。

4.4 鋼吊箱下放及體系轉換

下放前，千斤頂上行，保證拼裝支架卸載，利用吊車將拼裝支架I25b 工字鋼承重梁抽出，套箱自重轉換到吊桿及下放系統上，隨后開始下放。

下放過程依靠下放扁擔梁上下兩組螺母墊片交替鎖緊進行下放，每次下放不超過18 cm（千斤頂行程），各下方點均勻、同步下放，最終將鋼吊箱下放到設計位置。最后鎖緊提吊系統精軋螺紋上部螺母，下放吊桿卸載，鋼套箱所有自重荷載轉化到承重梁上，完成體系轉換。

注意事項：

1）下放前，檢查套箱平面位置，存在偏差使用千斤頂進行橫向調節。檢查側板及底板接縫，防止漏漿現象發生；

2）下放過程統一指揮，各下放點同步下放，下放過程及時測算下放標高及套箱垂直度；

3）下放完成后潛水員對套箱底板與護筒縫隙進行檢查封堵，封堵材料使用彎弧直徑為2 m，寬度20 cm 的多塊弧形鋼板頂緊護筒，稍小的縫隙使用沙袋封堵。

4.5 封底混凝土澆筑

封底混凝土的作用：1）作為配重，平衡浮力與重力；2）阻水防漏；3）抵抗水浮力在鋼吊箱底板形成的彎曲應力；4）作為承臺的承重底模。以141#承臺為例，1 m 厚封底混凝土理論方量74.4 m3，重量193 t，鋼套箱自重28.6 t，鋼套箱承受的最大浮力240 t（240 稍大于193+28.6 t），故封底混凝土的存在能夠基本平衡系統的重力，多余的浮力通過封底混凝土與護筒之間的摩擦力及錨固鋼筋予以消除，整個系統處于平衡狀態。

封底混凝土分兩層澆筑，第一次水下澆筑80 cm，第一層強度達到90 %以上后抽水進行第二次澆筑剩余20 cm，其中第二層封底混凝土起到找平作用。

加蓬PO 項目鋼吊箱封底混凝土的澆筑采用多點導管法進行水下澆筑，澆筑用的導管采用直徑250 mm 鋼性導管，上部配置存儲放料約2 m3的料斗。澆筑過程兩臺吊車配合進行，一臺負責對導管及料斗進行移動，另一臺負責混凝土運輸放料，這臺吊車可以根據實際情況用汽車泵代替。

澆筑過程以護筒為中心，周圍布置一定數目的放料點，自鋼套箱一側向另一側澆筑。澆筑過程中必須保證連通管有效，鋼吊箱內外水位相同。

注意事項：

1）澆筑過程必須保證連通管打開，保持套箱內外水頭平衡；

2）封底混凝土澆筑時，導管必須保證一定埋深及導管口懸空（15～20 cm），可以考慮先將導管觸底后再提升的辦法，混凝土塌落度控制在180～220 mm 左右；

3）澆筑過程勤測砼面標高及擴散范圍；

4）澆筑過程盡量選擇平潮時進行。

4.6 承臺施工

承臺鋼筋砼施工前需要進行如下工序：

1）按照要求割除鋼護筒，鑿除樁頭；

2）量出整個封底砼頂面的高程情況，根據測量數據進行高鑿低補，確保承臺底面標高滿足設計要求；

3）對鋼套箱內進行全面的清理和補漏，提供承臺鋼筋砼施工的無水工作面。

加蓬鋼吊箱一次性綁扎完成，承臺混凝土分兩次澆筑，第一層澆筑0.7～1.5 m，第二層澆筑剩余混凝土。施工過程需要注意墩柱預埋筋的精確預埋。對于主橋主墩的大體積混凝土承臺需要按照設計位置準確預埋冷卻水管，做到澆筑完成后15 d 內連續通水降溫及表面養護。

4.7 鋼吊箱模板拆除

鋼吊箱模板拆除前首先需要將側模上口壓梁及鎖緊精軋螺紋鋼進行拆除，再將大塊模板間豎縫的所有螺栓進行拆除，水下部分潛水員水下拆除。鋼吊箱側模大塊起吊時，側板與底板三角楔塊間嵌縫鎖緊的鋼筋頭自然脫落，側板便可與底板分離。

注意事項：

1）大塊模板吊裝，需要專人指揮，注意吊裝安全；

2）水下拆除模板螺絲，注意潮水水位，水流湍急的落潮時候禁止水下作業。

4.8 大體積混凝土溫控

溫度監測，在混凝土中埋入一定數量的測溫儀器，測量混凝土不同部位溫度變化過程，檢驗不同時期的溫度特性和溫差標準。當溫控措施效果不佳，達不到溫控標準時，可及時采取補救措施。

溫度感應計采用GDC-2 型建筑電子測溫儀，精度0.5 ℃，測溫線精度0.3 ℃。在承臺混凝土縱、橫向布置溫度傳感器，以22#主墩承臺為例，整個承臺溫度傳感器沿高度（4 m）方向設置4 層，分別距離承臺底面0.5 m、1.5 m、2.5 m、3.5 m。

4.9 測量及質量控制要點

測量人員在護筒外側引測一水準面，并做好標記，用于控制底板安裝標高。

底板安裝完成后，在底板面上放樣承臺軸線及邊線，并彈墨線，依據墨線在承臺邊線內側焊接三角限位塊，用于控制側模安裝位置。及時觀測側板安裝位置及垂直度，發現問題及時糾正。

下放時，確保鋼套箱下放時各吊點受力均勻，下放要統一指揮，達到操作步調一致，同步緩慢整體下放套箱。套箱每下放100 cm 即需對套箱側板標高進行觀測。若觀測發現不同步時，應立即停止下放，在對觀測點的平面和高程檢查并對局部下放點進行調整一致后，方可再次下放。鋼套箱下放到位后，測量組復測各觀測吊點標高承臺軸線平面位置以及鋼套箱垂直度，待調整好位置及標高后，將套箱固定。

鋼筋下料時注意檢查鋼筋表面無污跡，無銹蝕,由于承臺鋼筋用量大、層數多、面積廣，加設必要的架立鋼筋。鋼筋機械連接接頭必須滿足規范要求。

樁切頭完成及套箱內清理完成后，需要對套箱內表面進行清理、打磨、涂刷脫模劑，隨后開始承臺鋼筋綁扎。

澆筑混凝土前，需要對承臺冷卻水管進行通水檢查，防止不通。

5 鋼吊箱施工工藝優化措施

5.1 拼裝支架牛腿優化

鋼吊箱拼裝平臺承重牛腿（扁擔梁）經過計算改進為I25b 工字鋼穿護筒代替牛腿。

優點：傳統牛腿構件需要進行大量焊接，且拆除時操作人員需要在鋼套箱底部進行割除，工作量大且危險性高。

拼裝支架拆除時，下放千斤頂上行，拼裝支架卸載，吊車將其抽出，方便快捷，安全性得到保證。前提需要對工字鋼扁擔梁進行計算，確?？箯澕翱辜魸M足要求。

5.2 鋼吊箱底板材料優化

鋼吊箱使用一次性鋼底模代替傳統預制混凝土底板。

缺點：鋼底模為一次性構件，成本較高，后期具有優化空間。

優點：鋼底模連接較混凝土底板緊密，整體性好。傳統預制混凝土板底板上裝有預埋件，鋼吊箱側模與底板進行焊接連接，側模板的拆除一律需要進行水下切割，且對側模鋼結構損傷較大，成本投入大，施工復雜。加蓬PO 項目鋼吊箱使用的鋼底模與側模通過精軋螺紋鋼鎖緊，拆卸方便，不需要水下切割，方便快捷，安全性高。

5.3 鋼吊箱下放系統優化

傳統鋼吊箱下放使用機械螺旋千斤頂下放，加蓬鋼吊箱在較小的三樁承臺及南汊河141#主墩承臺也使用過32 t 機械螺旋千斤頂（如圖4），經過比較及優化，后期改為YDC-750 穿心式油壓千斤頂作為下放千斤頂。

圖8 鋼套箱拼裝支架及底板底縱梁

圖9 鋼套箱底板及側板拼裝

圖10 優化后的拼裝支架牛腿

優點：1）節省人工。傳統機械螺旋千斤頂每個下放點配備4 人（兩人一組，交替操作），采用油壓千斤頂每個下方點僅需要配置1 人，按照每個承臺4 個下放點計算，每次下放節省12 人，對于海外人工成本較高的情況下具有一定的使用價值。2）節省時間。傳統螺旋千斤頂單次下放高度不超過18 cm（千斤頂行程），每次下放耗時約15 min。采用油壓千斤頂每次下放耗時約5 min，節省2/3的時間。也具有一定的經濟價值。

6 結語

加蓬PO 項目鋼吊箱施工中，經過對傳統工藝的傳承及針對性優化，取得了一定的經濟價值，為今后水中承臺鋼吊箱施工積累了寶貴經驗，希望本文能夠對今后的鋼吊箱施工提供一定的參考。