深水急流区可循环利用有底钢吊箱施工技术

张昌鑫

（中铁十八局集团第三工程有限公司河北涿州072750）

1 工程概况

新建福平铁路FPZQ-1标乌龙江特大桥为单线变双线桥，其中左单线及双线中心里程为DK21+586.60，桥全长875.315 m。本桥于DK21+262～DK21+939跨越乌龙江，设计采用（144+288+144）m钢构斜拉加劲方式跨越江中主航道。桥位所在河段为感潮河段，受潮汐影响较大，百年一遇设计水位和设计平均水流速分别是5.37 m、2.25 m/s。经现场调查，施工水深约为20～30 m。水中墩承台为双线4#～10#墩共7个，采用有底钢吊箱施工工艺。钢吊箱采用单壁结构，平面尺寸与承台尺寸相同，兼做承台模板。侧壁板及底板在加工厂制作，再运输至施工现场拼装，整体下放。

2 钢吊箱施工技术

2.1 钢吊箱结构设计

2.1.1 总体设计思路

钢吊箱的循环利用一直以来是困扰各施工单位的一个技术难题[1]，尤其是底模板和侧模板的循环利用率较低。在此前的施工中一直是将底模板作为一次性模板使用不做拆除考虑，而对于侧模板也只是在施工完成后进行切割拆除，重新加工再使用，工程成本大，材料投资加大[2]。因此本次钢吊箱设计思路为：对吊箱进行合理的分块制作、现场分块拼装，钢构件的组拼和锚固多采用精轧螺纹钢筋和螺栓进行连接，减少焊接，既有利于后期的拆除施工，又可减少大型机械设备的使用和水下作业量，节约施工成本。

2.1.2 结构设计及参数

乌龙江特大桥9、10#墩为斜拉桥主墩，下面以9#墩为例进行介绍。9#主墩钢吊箱平面尺寸为23 m*23 m，高度达15.5 m，结构由底模、侧模、内部支撑和吊放系统四部分组成[3]，吊箱总重量为720 t，钢吊箱设计参数详见表1，总装结构详见图1。现场以桩基钢护筒为承力体搭设拼装平台，钢吊箱主体结构从下至上依次为底承重梁、底模板、侧模板及上承重梁，中间设置三道内支撑和围囹，由精轧螺纹钢作为吊杆和对拉杆锚固形成整体。钢吊箱在现场分块组装完成后，采用千斤顶整体下放至设计位置。施工前采用MIDAS civil软件对整个结构建模模拟验算，结构满足强度要求。

表1 钢吊箱设计参数

图1 钢吊箱设计结构图

2.2 施工工艺流程

钢吊箱施工工艺流程详见图2。

图2 钢吊箱施工工艺流程图

2.3 施工方法

2.3.1 搭设拼装平台

根据观测记录江水涨潮落潮情况，选择在最高水位+3.2 m以上30 cm拼装吊箱（H=+3.5 m）。现场利用在护筒中心垂直底承重梁方向设置牛腿，牛腿采用H600型钢横穿钢护筒，底部设三角铁板加固焊接，焊接牛腿时要用水准仪测量控制每个牛腿顶面标高，确保拼装平台精确水平。在牛腿上横桥向安设垫梁，然后顺桥向吊放8根底承重梁和2根侧模锚固梁以形成吊箱底模拼装平台，底承重梁和侧面锚固梁均采用由2H400型钢和2[16a组成的桁架结构高2.5 m，中部预留后期穿入吊、拉杆的孔隙，并在2H400型钢梁底对应拉杆、吊杆的位置焊接垫板和精轧螺母，用于后续穿入吊、拉杆进行悬吊和锚固连接。（详见图3）。在每根底承重梁和侧模锚固梁两端头采用钢丝绳临时挂设以便后期吊装拆卸。

图3 拼装平台示意图

2.3.2 分块组装钢吊箱

（1）底模拼装：在平台上拼装底模，底模由6 mm钢面板和工25型钢背肋组焊而成，底板分块制作，尺寸设计除四角和靠近护筒四周采用异型板外均以方便拆装的规则矩形板，矩形底板沿底承重梁平行方向布置，底模铺设于底承重梁上部，模板面板隔离剂采用ZM-90建筑模板长效脱模剂涂刷[4]以利脱模。考虑后期水中底板拆卸安全，尽量减少潜水人员在水中作业，在每块拼接板的型钢背肋处采用钢丝绳临时挂设以便后期拖拉拆卸。同时在每块底板上部预留一根φ48的钢管作为悬吊杆的套管（便于后期悬吊杆的安拆），钢管点焊在底板上，将与底板接缝处用密封胶封堵严密，避免浇筑封底砼时漏浆堵塞钢管。拼装过程中还应重点检查底模边界与桩基钢护筒四周的间隙控制在15-20 cm，间隙单独用抱箍封板封堵（抱箍封板放置于底模上），确保预留间隙满足吊箱下放要求和便于底模拆除。

（2）侧模拼装：9#墩侧模分块制作，平面分16块，每块宽5.75 m，竖向分6 m（上层）、9.5 m（下层）两层，高度及尺寸选择尽量与他墩通用性。面板采用δ=8mm钢板，竖向背楞采用H300型钢，标准间距450 mm，侧边竖向焊L125×10 mm角钢，并按间距25cm打设螺栓孔形成竖向连接法兰，侧板水平法兰采用截面10×300 mm法兰板，分块拼接时用ф20螺栓+橡胶垫板连接，既能保证连接牢固和密封性，也便于后期分块吊装拆除。安装时将侧模直接立设于底模上，调整铅锤成状态后，在顶部安放上锚固梁，上、下锚固梁及底承重梁之间穿入φ32 mm精轧螺纹钢筋做拉杆，用千斤顶带紧后拧紧螺母，使上下锚固梁将底模板和侧模板夹紧锚固形成整体。（底、侧模锚固连接结构详见图4。

图4 底、侧模锚固连接结构图

（3）围囹和内支撑安装：本钢吊箱共设置3道围囹和内支撑，平均间距为4 m。其中围囹设计为2H600型钢组焊而成，在侧模内外均安装围囹型钢，中间穿入φ25精轧螺纹钢做对拉连接形成整体加固，既能有效保证侧模的顺直又便于后期拆除。注意将侧模开孔位置用橡胶垫圈和密封胶封闭以防漏水。内支撑设计为2H600型钢做主梁，与内围囹型钢焊接形成整体受力，由于内支撑跨度较大，为加强内支撑整体稳定性，内支撑同一层平面间及层间设置连接构件。层间均采用H100型钢连接。

2.3.3 钢吊箱整体下放

钢吊箱拼装完成后进行下放，下放系统是利用四个边角桩位的钢护筒作为支撑基点，钢护筒上安设下放梁，在侧模上焊接下放扁担梁，通过下放吊杆（φ32精轧螺纹钢）将下放梁与下放扁担梁连接，下放系统完成后割除护筒牛腿支撑并在侧模上安装导向辊[5]，利用千斤顶控制吊杆进行吊箱整体下放施工。

吊箱下放至设计标高位置时，在护筒顶部顺次安设承重垫梁和上承重梁，均为2H600型钢组焊而成，其中垫梁直接作用于护筒上，将承重梁上的荷载传递到护筒上。吊杆由φ32 mm精扎螺纹钢筋及与之配套的连接器、螺帽组成，安装时将吊杆从上至下依次穿过上承重梁、底板、底承重梁形成悬吊连接，两端设双螺母锁定。顶紧悬吊杆，再将下放系统的吊杆稍放松，千斤顶还继续受力，最后在悬吊杆上用千斤顶微调底板标高，同时确保各悬吊杆均匀受力，松开下放吊杆，完成受力体系转换。

2.3.4 封底混凝土浇筑

封底混凝土选择在低潮时段进行水下封底混凝土的浇筑，采用二次封底法。第一次封底厚度为2.8 m，按水下灌注方法进行封底施工，现场采用泵送混凝土多点快速灌注[6]，整个封底利用4排（每排4根）12根导管。为减少封底混凝土在等强过程中遭遇高潮位时所受到的水浮力，灌注封底混凝土前吊箱两侧连通孔使其处于开启的状态，使在高潮位时段吊箱内外的水头标高保持一致。待第一次封底混凝土达到设计强度后，进行箱内抽水，抽水时应限制抽水速度，密切观察钢吊箱状况，以确保安全。抽水后，钢吊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0.2 m，主要是进行底部找平，以方便承台施工。

2.3.5 吊箱内抽水、施工承台及墩柱

封底混凝土达到90%以上强度后，即可抽出吊箱内积水，拆除悬吊系统及下放扁担梁，封堵内侧吊杆的套管，现场采用配套堵头封堵确保不漏水。割除护筒，凿除桩头后进行承台墩柱施工。

2.3.6 吊箱拆除

随着承台和墩柱施工高度增加，顺次拆除影响墩台的内支撑和围囹，当承台及墩柱施工至水面以上6～8 m高度时，开始拆除钢吊箱底模和侧模系统。拆除顺序依次为：侧模锚固吊杆、底承重梁和侧模下锚固梁、侧模上锚固梁、侧模、底模。具体施工步骤如下：

（1）侧模锚固吊杆拆除：在吊杆上部安装穿心千斤顶，顶升拉紧吊杆后，松开吊杆上部的精轧螺母，千斤顶回油使吊杆完全松弛，再从上部用扳手将整根精轧螺纹吊杆旋转，使其从下部螺母脱离拆除，最后吊装抽除整根吊杆。

（2）底承重梁和侧模下锚固梁拆除：在拆除底承重梁和侧模锚固梁两端吊杆前，找出组装时挂设于梁端的钢丝绳，在梁的一端设置卷扬机拉紧钢丝绳，另一端用35 t汽车吊拉紧钢丝绳，拆除锚固吊杆后，慢慢下放一端的卷扬机钢丝绳，另一端吊车同步收紧钢丝绳，直到整根梁从吊车侧吊出，按此方法逐一拆除剩余承重梁和锚固梁。

（3）侧模上锚固梁拆除：在吊杆全部拆除完成后，将侧模顶部的上锚固梁整根吊装拆除。

（4）侧模拆除：由于侧模直接立设于底模上，锚固吊杆拆除使侧模和底模已完全分离，无需水下切割。侧模拆除前先用槽钢将单块侧模与栈桥临时焊接支撑固定，再松开侧模连接法兰处的螺栓，分块吊装拆除侧模。

（5）底模拆除：找出组装时挂设于底模背肋的钢丝绳，利用安装在栈桥上的卷扬机和转向滑轮组缓慢收紧钢丝绳，使底模与封底砼脱离，拉出水面时改用吊车吊装，拆除顺序遵循从四边向中部依次进行，经统计9#墩吊箱底模全部完整拆除回收。

3 安全措施

经海事机构审批同意，划定施工作业水域，并发布航行通（警）告后方可施工。在施工过程中严禁擅自改变施工水域范围；在施工水域范围内，以适当的距离立水尺，注意观察潮汐变化。考虑到潮水影响，为确保工程施工的安全，在大的潮水来临前1 h，应停止一切作业并尽快撤离到安全区域躲避潮水，并提前对钢吊箱进行临时固定；机械操作工、电工、焊工、机修工等配套齐全，持证上岗，进入现场必须遵守安全操作规程和安全生产十大纪律，戴安全帽，穿胶水鞋、穿救生衣、临边作业必须系好安全带；在钢吊箱拼装和拆除过程中，设专人负责指挥，严格按照操作规程进行操作，以免多人指挥，发生混乱；栓挂吊具时，应按物件的重心，确定栓挂吊具的位置；严格按照起重作业安全规定进行吊装作业；做好现场的安全防护设施，平台上应铺设脚手板、设置栏杆、挂设安全网及救生圈等防护设施。对安全防护设施要爱护，不要任意损坏，它是保障现场施工人员人身安全的要素；各种机械用电设备、配电箱均做好防雷接地工作，做好遮盖防雨并接好零线和漏电、断电设备。

4 结语

本次通过以乌龙江特大桥9#墩有底钢吊箱在深水区高桩承台的成功应用，系统阐述了有底单壁吊箱围堰施工中钢吊箱结构组成及其关键技术要点，尤其是通过优化底模、侧模的组拼与拆除施工，实现了底模、侧模拆除方便和循环倒用的目标，节约成本，总结出一套完整的有底钢吊箱可循环利用施工技术，值得类似工程参考。