论文部分内容阅读
摘要:本文结合工程实际，对公路桥梁水中承台钢吊箱施工技术作一些探讨。
关键词：桥梁水中承台钢吊箱施工技术
Pick to: combined with the engineering practice, the highway bridge water of pile caps is steel hanging box construction techniques discussed.
Keywords: bridge pile caps is water steel hanging box construction technology
中图分类号：K928文献标识码： A 文章编号：
一、工程概况
某高速公路特大桥，全桥长1875.3m。其中主桥长384m，跨径组合为：72+2×120+72m(0#～4#墩)，1#～3#墩为主墩，0#，4#墩为边墩（过渡墩）。主桥下部基础均为群桩基础，高桩承台。其中1#～3#墩处在深水区，水深在16～18m，墩承台尺寸为14.2×14.2×4.0m，采用单壁钢吊箱围堰的施工方法进行承台施工。
二、施工技术要点
1、钢吊箱的设计、制作与施工
根据钢吊箱使用功能，将其分为底板、侧板、内支撑、吊挂系统、定位系统五大部分。其中，侧板、底板是钢吊箱围堰的主要阻水结构并兼作承台模板。
（1）底板吊箱。底板分成四块，由底模托梁和底模组成，底板总净平面尺寸为14.2×14.2m，底板高0.408m，重量为30.35吨。底模托梁为井字梁结构，托架边框用2[40轻型，桩间设置纵、横梁。纵梁（顺桥向）为主梁，9共设4道，每道由通长2Ⅰ40轻型组成；横梁(顺水方向)为次梁,共设4道，由2Ⅰ40轻型组成；纵、横梁之间的斜撑（吊杆梁为2[40轻型]）为2[22a。纵梁之间和横梁之间设置∠100×80×10角钢加劲梁。顶板为δ=8mm钢板。横梁与纵梁用螺栓连接。底板、底模和侧板也用螺栓连接。吊箱分块的作用：是为了在承台施工完毕后，方便吊箱的拆除，以减少材料的损耗，降低成本。吊杆设在纵梁上，吊杆梁用2[40轻型，吊杆采用φ32的精轧罗纹钢，共36根，每根长13.8m。
（2）侧板。侧板采用单壁结构，由Ⅰ25a做纵肋、∠75×50×5做横肋和8mm钢板做面板焊接而成。侧板高度方向分为上、下两层，分别为2.50m、7.50m。每层分为8块，其中长边和短边各4块。上层长边壁板单块重为2.348吨，上层短边壁板单块重为2.279吨，下层长边壁板单块重为8.452吨，下层短边壁板单块重为7.848吨，侧板总重83.71吨。分块的原则主要是为了便于加工和运输，避免产生超标变形，所以分块较小。吊箱下层侧板与底板及上、下层侧板之间的水平缝和竖缝均采用螺栓连接，缝间设置10mm（压缩后为3～4mm）泡沫橡胶垫以防漏水。侧板的面板为δ＝8mm钢板，竖楞（接缝角钢除外）均为I25a工字钢，间距为660mm，水平加劲肋为δ=8mm，h=250mm的钢板，间距为300mm、400mm、450mm和500mm。
（3）吊箱内支撑。内支撑由内圈梁，水平斜撑杆二部分组成。总重为28.76吨。内圈梁：内圈梁设二层，设在吊箱侧板的内侧，高程为4.50m和7.00m处，由下层4I40c和上层2I32c结构组成的水平四边形，焊在侧板内壁钢板上。
（4）吊箱吊挂系统。吊挂系统由纵、横梁、吊杆及钢护筒组成，吊挂系统的作用是承担吊箱自重及封底混凝土的重量。横梁：横梁（顺桥向）共计3排，均设在钢护筒顶，每排由两片贝雷梁组成。贝雷梁支点设专用支座（牛腿）焊接于护筒内侧的专用支座（牛腿）贝雷梁的作用是支承纵梁，上，并将纵梁传递的荷载（通过护筒）传递至基桩。纵梁：纵梁（顺水方向）设置在贝雷梁上，共6排，由2I56工字钢（搭设工作平台用过的）组成。纵梁的作用是支承吊杆，并将吊杆荷载传递给横梁。吊杆：吊杆是由φ32mm精扎螺纹粗钢筋及与之配套的连接11器、螺帽组成，共36根吊杆，重3.13吨，吊杆下端固定到底板的托梁上，上端固定到吊挂系统的纵梁上。
（5）吊箱定位系统。钢吊箱下沉入水后受流水压力的作用，吊箱围堰会向下游漂移，为便于调整吊箱位置，确保顺利下沉，在吊箱侧板内壁与钢护筒之间设上下两层导向系统，第一层设在距围堰底板2.00m处，第二层设在距围堰底板6.00m处，每层8个导向。定位系统由导向钢板、定位孔、定位器（短型钢）及调位千斤顶组成。导向板为厚度δ＝16mm钢板，端部制成圆弧，分别焊于吊箱4个角部位的纵、横内圈梁上，导向板端部至钢护筒外壁之间留一定的空隙；定位孔是利用吊箱底板上靠上游的前排3个护筒孔洞作为定位孔，其位置必须和护筒-2.50m处位置保持一致；导向钢板及定位孔的作用是控制下沉吊箱的平面位置。
2、吊箱拼装及下沉
（1）底板。底板分成四块，块与块之间用螺栓连接（为了方便拼装和拆除）吊箱底板在现场加工厂加工制作试拼合格后，根据现场实。测的护筒平面位置，并充分考虑护筒的垂直度情况，开挖底板孔洞，孔洞的直径要大于护筒直径20cm。孔洞开好后，再用加长挂车把14各块底板运输至平台位置。底板每两块拼装好后，利用80t浮吊吊起就位，套入护筒沉放至水面以上1m左右，用4只5t倒链吊在护筒上，然后再沉放另两块至同一位置，用4只5t倒链吊在护筒上，再连接成整体，迅速安装支吊系统，解除临时吊挂倒链。然后安装封堵板，拼装下层侧板，下层围堰入水。
（2）侧板。先将侧板按顺序提前吊放在驳船上利用浮吊安装下层侧板。下层侧板安装完成后，全面检查套箱拼装质量和封堵板情况，确认无遗漏后，套箱下沉，侧板顶面下沉至距水面1m左右处，再安装上层侧板。安装侧板的关键是确保侧板的封密性，拼缝间设置10mm（压缩后为3～4mm）泡沫橡胶垫以防漏水。每块侧板焊缝均进行煤油渗透试验。
（3）内支撑。内圈梁直接焊在上下层的侧板上。在上下层侧板拼装完成后焊接内支撑斜撑梁。内圈梁四个角要焊接固定。
套箱下沉利用四台60吨液压穿心千斤顶，用精轧螺纹螺帽来调整各吊点高程，每次升降高度严格控制在150mm以内，沉放时，要有专人指挥，协调一致，以确保套箱下沉的平稳安全，避免扭曲变形。
套箱下沉到位后，利用侧板顶面标高（7.50m）控制沉放高度。
3、吊箱定位与堵漏
由于在围堰侧板设有导向定位装置（该装置是根据护筒的实际偏位设计的），因此，吊箱下沉到位后其平面位置偏差均在施工规范允许误差范围以內。用钢楔将导向与护筒之间的间隙抄死，用角钢把围堰顶口与钢护筒焊牢，确保吊箱围堰在后续的水封施工中不得有平面15位移。然后用两台千斤顶从上下游两端对称地逐一对36根吊杆进行调整，使其受力均匀。
护筒开口封堵板用橡胶皮带，将橡胶皮带分条用螺栓固定在圆形压板上。利用橡胶皮带的刚度包紧护筒以达到封堵的目的。压板周围要设限位装置，以使能在平面位置做适当的滑动，以满足护筒适量偏位的需要，套箱下沉到位并精确定位后，由潜水员下水检查，以确保封堵效果。
4、灌注封底混凝土
（1）封底混凝土的作用：一是利用封底混凝土与护筒之间的摩阻力作为平衡重的主体；二是防水渗漏；三是抵抗水浮力在吊箱底部形成的弯曲应力；四是作为承台的承重底模。
（2）封底混凝土拟采用二次封底法，第一次封底厚度2.20m(根据抽水水位的验算)，待混凝土達到设计强度后，进行箱内抽水，抽水时应限制抽水速度，密切观察套箱状况，以确保安全。抽水后，套箱侧板拼缝处可能会有个别漏水处，要用棉纱或棉絮进行封堵处理。进行第二次封底，封底混凝土厚度0.30m找平，以方便承台施工。
（3）封底混凝土灌注是吊箱围堰施工成败的一大关键。主要难点是水下混凝土灌注面积大，而且水位深，在吊箱混凝土封底中，采用单根导管的灌注方式，无法达到设想的效果，而混凝土随时可能被水冲刷稀释而离散，质量难以保证。
而且水位不稳定，为了保证混凝土质量，在施工中拟采取了以下几点措施：
①吊箱下沉前，用自行研制的大型圆筒形钢丝刷清除封底混凝土16高度范围护筒表面氧化层及附着物，确保封底混凝土与钢护筒间粘结力；吊箱定位后至水封前，每天测量其平面位置，观察吊箱是否稳定。
②水封前潜水员逐一对9根护筒四周进行认真检查，以确保封底时围堰底板不漏混凝土。
③提高封底混凝土坍落度及强度级别，将混凝土坍落度控制在18～20cm，按C30配制，另外掺加粉煤灰和高效缓凝型减水剂，提高混凝土的流动性和延长混凝土的初凝时间。
5、钢筋加工
钢筋进场后在指定地点堆放整齐，必须具备质保单，及时完成材料报验工作，所有钢筋未经检测合格一律不得使用。钢筋的制作在钢筋加工场进行，钢筋的尺寸严格按图纸进行制作，主筋搭接采有双面焊，搭接长度不小于5d，焊缝饱满、平整、无砂眼、无焊皮、焊条采用T502、型，506主筋的搭接注意长度搭配，同一截面的钢筋搭接处不超过钢筋总数的50%，注意布设混凝土保护层钢筋。待砂浆垫层达到一定强度后，精确放出承台的中心线及边线，按设计图纸和技术规范要求绑扎好承台钢筋。
6．混凝土浇筑
主墩承台平面为正方形，面积201.64㎡，高4m，属大体积基础混凝土，应采取措施降低承台水化热。
（1）水管冷却：严格按设计要求布置冷却水管和控制冷却水温度及其循环。在混凝土开始浇筑前就通水，若混凝土温升达到最高值再进行冷却，就只能加速散热降温效果，不能减小内外最大温差，对降低温度应力的作用就会减小。在冷却过程中应保持水箱与冷却水管的畅通，不能让一些污物阻塞冷却管，以防止冷却水不能在混凝土内部循环。冷却完成后，用干净水冲洗冷却水管后压入高强水泥浆填满封闭。
（2）水泥选择：采用低水化热的粉煤灰水泥。
（3）减少水泥用量：用改善骨料级配、减低水灰比、掺加混合料、掺加外加剂的办法减少水泥用量。
（4）降低拌合用温度：采用冰水拌合。
（5）加强养护：混凝土施工用料避免日光曝晒，以降低初始温19度。
（6）要派专人养生，上水。在承台浇筑完成后，应及时覆盖草垫，并在上面用循环水进行蓄水养生。
三、结束语
总之，本工程采取有底钢吊箱围堰施工技术。不仅施工灵活，施工效率高，而且大大减少了水下工程量，降低了水下施工难度，在施工中节约了大量人工费材料费机械费，是一种值得推广的施工工艺。
参考文献
1、张兰，深水高桩承台轻型吊箱施工方法的探讨，《北方交通》2010年第3期
2、刘鸿，特大桥深水基础钢吊箱焊接施工技术，《现代焊接》2006年第2期
关键词：桥梁水中承台钢吊箱施工技术
Pick to: combined with the engineering practice, the highway bridge water of pile caps is steel hanging box construction techniques discussed.
Keywords: bridge pile caps is water steel hanging box construction technology
中图分类号：K928文献标识码： A 文章编号：
一、工程概况
某高速公路特大桥，全桥长1875.3m。其中主桥长384m，跨径组合为：72+2×120+72m(0#～4#墩)，1#～3#墩为主墩，0#，4#墩为边墩（过渡墩）。主桥下部基础均为群桩基础，高桩承台。其中1#～3#墩处在深水区，水深在16～18m，墩承台尺寸为14.2×14.2×4.0m，采用单壁钢吊箱围堰的施工方法进行承台施工。
二、施工技术要点
1、钢吊箱的设计、制作与施工
根据钢吊箱使用功能，将其分为底板、侧板、内支撑、吊挂系统、定位系统五大部分。其中，侧板、底板是钢吊箱围堰的主要阻水结构并兼作承台模板。
（1）底板吊箱。底板分成四块，由底模托梁和底模组成，底板总净平面尺寸为14.2×14.2m，底板高0.408m，重量为30.35吨。底模托梁为井字梁结构，托架边框用2[40轻型，桩间设置纵、横梁。纵梁（顺桥向）为主梁，9共设4道，每道由通长2Ⅰ40轻型组成；横梁(顺水方向)为次梁,共设4道，由2Ⅰ40轻型组成；纵、横梁之间的斜撑（吊杆梁为2[40轻型]）为2[22a。纵梁之间和横梁之间设置∠100×80×10角钢加劲梁。顶板为δ=8mm钢板。横梁与纵梁用螺栓连接。底板、底模和侧板也用螺栓连接。吊箱分块的作用：是为了在承台施工完毕后，方便吊箱的拆除，以减少材料的损耗，降低成本。吊杆设在纵梁上，吊杆梁用2[40轻型，吊杆采用φ32的精轧罗纹钢，共36根，每根长13.8m。
（2）侧板。侧板采用单壁结构，由Ⅰ25a做纵肋、∠75×50×5做横肋和8mm钢板做面板焊接而成。侧板高度方向分为上、下两层，分别为2.50m、7.50m。每层分为8块，其中长边和短边各4块。上层长边壁板单块重为2.348吨，上层短边壁板单块重为2.279吨，下层长边壁板单块重为8.452吨，下层短边壁板单块重为7.848吨，侧板总重83.71吨。分块的原则主要是为了便于加工和运输，避免产生超标变形，所以分块较小。吊箱下层侧板与底板及上、下层侧板之间的水平缝和竖缝均采用螺栓连接，缝间设置10mm（压缩后为3～4mm）泡沫橡胶垫以防漏水。侧板的面板为δ＝8mm钢板，竖楞（接缝角钢除外）均为I25a工字钢，间距为660mm，水平加劲肋为δ=8mm，h=250mm的钢板，间距为300mm、400mm、450mm和500mm。
（3）吊箱内支撑。内支撑由内圈梁，水平斜撑杆二部分组成。总重为28.76吨。内圈梁：内圈梁设二层，设在吊箱侧板的内侧，高程为4.50m和7.00m处，由下层4I40c和上层2I32c结构组成的水平四边形，焊在侧板内壁钢板上。
（4）吊箱吊挂系统。吊挂系统由纵、横梁、吊杆及钢护筒组成，吊挂系统的作用是承担吊箱自重及封底混凝土的重量。横梁：横梁（顺桥向）共计3排，均设在钢护筒顶，每排由两片贝雷梁组成。贝雷梁支点设专用支座（牛腿）焊接于护筒内侧的专用支座（牛腿）贝雷梁的作用是支承纵梁，上，并将纵梁传递的荷载（通过护筒）传递至基桩。纵梁：纵梁（顺水方向）设置在贝雷梁上，共6排，由2I56工字钢（搭设工作平台用过的）组成。纵梁的作用是支承吊杆，并将吊杆荷载传递给横梁。吊杆：吊杆是由φ32mm精扎螺纹粗钢筋及与之配套的连接11器、螺帽组成，共36根吊杆，重3.13吨，吊杆下端固定到底板的托梁上，上端固定到吊挂系统的纵梁上。
（5）吊箱定位系统。钢吊箱下沉入水后受流水压力的作用，吊箱围堰会向下游漂移，为便于调整吊箱位置，确保顺利下沉，在吊箱侧板内壁与钢护筒之间设上下两层导向系统，第一层设在距围堰底板2.00m处，第二层设在距围堰底板6.00m处，每层8个导向。定位系统由导向钢板、定位孔、定位器（短型钢）及调位千斤顶组成。导向板为厚度δ＝16mm钢板，端部制成圆弧，分别焊于吊箱4个角部位的纵、横内圈梁上，导向板端部至钢护筒外壁之间留一定的空隙；定位孔是利用吊箱底板上靠上游的前排3个护筒孔洞作为定位孔，其位置必须和护筒-2.50m处位置保持一致；导向钢板及定位孔的作用是控制下沉吊箱的平面位置。
2、吊箱拼装及下沉
（1）底板。底板分成四块，块与块之间用螺栓连接（为了方便拼装和拆除）吊箱底板在现场加工厂加工制作试拼合格后，根据现场实。测的护筒平面位置，并充分考虑护筒的垂直度情况，开挖底板孔洞，孔洞的直径要大于护筒直径20cm。孔洞开好后，再用加长挂车把14各块底板运输至平台位置。底板每两块拼装好后，利用80t浮吊吊起就位，套入护筒沉放至水面以上1m左右，用4只5t倒链吊在护筒上，然后再沉放另两块至同一位置，用4只5t倒链吊在护筒上，再连接成整体，迅速安装支吊系统，解除临时吊挂倒链。然后安装封堵板，拼装下层侧板，下层围堰入水。
（2）侧板。先将侧板按顺序提前吊放在驳船上利用浮吊安装下层侧板。下层侧板安装完成后，全面检查套箱拼装质量和封堵板情况，确认无遗漏后，套箱下沉，侧板顶面下沉至距水面1m左右处，再安装上层侧板。安装侧板的关键是确保侧板的封密性，拼缝间设置10mm（压缩后为3～4mm）泡沫橡胶垫以防漏水。每块侧板焊缝均进行煤油渗透试验。
（3）内支撑。内圈梁直接焊在上下层的侧板上。在上下层侧板拼装完成后焊接内支撑斜撑梁。内圈梁四个角要焊接固定。
套箱下沉利用四台60吨液压穿心千斤顶，用精轧螺纹螺帽来调整各吊点高程，每次升降高度严格控制在150mm以内，沉放时，要有专人指挥，协调一致，以确保套箱下沉的平稳安全，避免扭曲变形。
套箱下沉到位后，利用侧板顶面标高（7.50m）控制沉放高度。
3、吊箱定位与堵漏
由于在围堰侧板设有导向定位装置（该装置是根据护筒的实际偏位设计的），因此，吊箱下沉到位后其平面位置偏差均在施工规范允许误差范围以內。用钢楔将导向与护筒之间的间隙抄死，用角钢把围堰顶口与钢护筒焊牢，确保吊箱围堰在后续的水封施工中不得有平面15位移。然后用两台千斤顶从上下游两端对称地逐一对36根吊杆进行调整，使其受力均匀。
护筒开口封堵板用橡胶皮带，将橡胶皮带分条用螺栓固定在圆形压板上。利用橡胶皮带的刚度包紧护筒以达到封堵的目的。压板周围要设限位装置，以使能在平面位置做适当的滑动，以满足护筒适量偏位的需要，套箱下沉到位并精确定位后，由潜水员下水检查，以确保封堵效果。
4、灌注封底混凝土
（1）封底混凝土的作用：一是利用封底混凝土与护筒之间的摩阻力作为平衡重的主体；二是防水渗漏；三是抵抗水浮力在吊箱底部形成的弯曲应力；四是作为承台的承重底模。
（2）封底混凝土拟采用二次封底法，第一次封底厚度2.20m(根据抽水水位的验算)，待混凝土達到设计强度后，进行箱内抽水，抽水时应限制抽水速度，密切观察套箱状况，以确保安全。抽水后，套箱侧板拼缝处可能会有个别漏水处，要用棉纱或棉絮进行封堵处理。进行第二次封底，封底混凝土厚度0.30m找平，以方便承台施工。
（3）封底混凝土灌注是吊箱围堰施工成败的一大关键。主要难点是水下混凝土灌注面积大，而且水位深，在吊箱混凝土封底中，采用单根导管的灌注方式，无法达到设想的效果，而混凝土随时可能被水冲刷稀释而离散，质量难以保证。
而且水位不稳定，为了保证混凝土质量，在施工中拟采取了以下几点措施：
①吊箱下沉前，用自行研制的大型圆筒形钢丝刷清除封底混凝土16高度范围护筒表面氧化层及附着物，确保封底混凝土与钢护筒间粘结力；吊箱定位后至水封前，每天测量其平面位置，观察吊箱是否稳定。
②水封前潜水员逐一对9根护筒四周进行认真检查，以确保封底时围堰底板不漏混凝土。
③提高封底混凝土坍落度及强度级别，将混凝土坍落度控制在18～20cm，按C30配制，另外掺加粉煤灰和高效缓凝型减水剂，提高混凝土的流动性和延长混凝土的初凝时间。
5、钢筋加工
钢筋进场后在指定地点堆放整齐，必须具备质保单，及时完成材料报验工作，所有钢筋未经检测合格一律不得使用。钢筋的制作在钢筋加工场进行，钢筋的尺寸严格按图纸进行制作，主筋搭接采有双面焊，搭接长度不小于5d，焊缝饱满、平整、无砂眼、无焊皮、焊条采用T502、型，506主筋的搭接注意长度搭配，同一截面的钢筋搭接处不超过钢筋总数的50%，注意布设混凝土保护层钢筋。待砂浆垫层达到一定强度后，精确放出承台的中心线及边线，按设计图纸和技术规范要求绑扎好承台钢筋。
6．混凝土浇筑
主墩承台平面为正方形，面积201.64㎡，高4m，属大体积基础混凝土，应采取措施降低承台水化热。
（1）水管冷却：严格按设计要求布置冷却水管和控制冷却水温度及其循环。在混凝土开始浇筑前就通水，若混凝土温升达到最高值再进行冷却，就只能加速散热降温效果，不能减小内外最大温差，对降低温度应力的作用就会减小。在冷却过程中应保持水箱与冷却水管的畅通，不能让一些污物阻塞冷却管，以防止冷却水不能在混凝土内部循环。冷却完成后，用干净水冲洗冷却水管后压入高强水泥浆填满封闭。
（2）水泥选择：采用低水化热的粉煤灰水泥。
（3）减少水泥用量：用改善骨料级配、减低水灰比、掺加混合料、掺加外加剂的办法减少水泥用量。
（4）降低拌合用温度：采用冰水拌合。
（5）加强养护：混凝土施工用料避免日光曝晒，以降低初始温19度。
（6）要派专人养生，上水。在承台浇筑完成后，应及时覆盖草垫，并在上面用循环水进行蓄水养生。
三、结束语
总之，本工程采取有底钢吊箱围堰施工技术。不仅施工灵活，施工效率高，而且大大减少了水下工程量，降低了水下施工难度，在施工中节约了大量人工费材料费机械费，是一种值得推广的施工工艺。
参考文献
1、张兰，深水高桩承台轻型吊箱施工方法的探讨，《北方交通》2010年第3期
2、刘鸿，特大桥深水基础钢吊箱焊接施工技术，《现代焊接》2006年第2期