水中高桩承台装配化钢吊箱施工关键技术

马文辉

(广西路桥工程集团有限公司,广西 南宁 530200)

0 引言

近年来随着我国国民经济、交通事业的飞速发展,各类跨越大江大河甚至跨海的桥梁工程不断兴建。大跨度桥梁水中基础因水流作用、缺少作业支承平台及水下作业的不确定性,成为大桥施工中的重难点[1-2]。其中依靠群桩基础支承,底标高在河床之上的承台称为水中高桩承台。

本文主要针对水中高桩承台装配化钢吊箱施工关键技术进行论述。

1 工程背景

广西某高速改扩建工程特大桥全长497 m,跨径组合为:4×30 m(小箱梁)+280 m(钢管混凝土系杆拱桥)+3×30 m(小箱梁)。大桥主墩采用凯旋门式墩身、群桩基础,其中大桥5#主墩位于水中,水深10 m左右,设计为左右幅分离式承台,单个承台尺寸21 m×10 m×5 m,由8根直径2.2 m桩基支承。大桥桥型整体布置如图1所示。

图1 大桥桥型布置图(m)

2 装配化钢吊箱施工总体方案

先将钢吊箱分块加工,利用钢护筒设置工作平台,现场拼装成整体,采用吊放系统将钢吊箱下放至设计标高,将拉压杆与桩基钢护筒固结,把钢吊箱吊挂在桩基钢护筒上,再浇筑封底混凝土将钢吊箱底板与桩基钢护筒固结,抽水后将拉压杆转换至桩底护筒底部,将钢吊箱作为承台施工降水措施及水中支承。其工作原理是通过封底混凝土、拉压杆将钢吊箱底板与桩基钢护筒固结,把钢吊箱悬挂在桩基钢护筒上,作为承台施工作业平台及降水措施。钢吊箱施工工艺流程如下页图2所示。

图2 钢吊箱施工工艺流程图

3 技术特点

(1)采用先分块加工、再整体拼装的预制拼装工艺,加工质量好,整体安装进度快。

(2)钢吊箱侧板、底板间采用螺栓连接及限位,施工完成后侧板可拆除重复利用,材料利用率高,可节省工程建设成本。

(3)采用浇筑封底混凝土、焊接拉压杆的方式将吊箱底板与桩基钢护筒固结,利用钢吊箱底板作为承台施工支承平台,有效将水下施工转为陆上施工。

(4)在封底混凝土顶预留20 cm空间,用于设置砂浆调平层、拉压杆转换及盲沟,将局部渗水集中及排放,排水效果好。

4 关键技术

4.1 钢吊箱设计

(1)考虑钢吊箱下放误差,钢吊箱平面净尺寸较承台每边扩大20 cm设计,即该钢吊箱的平面净尺寸为21.2 m×10.2 m。

(2)钢吊箱顶标高比设计水位线高1 m,钢吊箱底标高=(承台底标高-封底混凝土厚度),钢吊箱总高度=吊箱顶标高-吊箱底标高,本项目钢吊箱总高度为8 m。

(3)钢吊箱封底混凝土厚度根据钢吊箱设计水位下整体抗浮、历史最低水位下钢吊箱整体承载力两项指标计算确定,经计算本项目封底混凝土厚度为1.0 m。

(4)钢吊箱侧板、内支撑等构件的型号、布置间距等要经过承压计算确定,本项目侧板采用δ=6 mm面板、Ⅰ25a背楞布置间距1 m;内支撑上下层间距2.5 m,采用双拼45a围檩、φ530 mm内支撑管。

4.2 钢吊箱加工

4.2.1 地胎加工

为确保钢吊箱加工精度,采用型钢材料,利用水准尺、水平线等平设备加工胎架,作为箱加工精确场地。

4.2.2 钢吊箱分块加工

根据吊车起吊能力、现场安装条件,划分钢吊箱底板及侧板节段。依次在胎架上按图纸布设面板、加劲肋、背楞,先点焊固定,再采用二氧化碳气体保护焊进行焊接。背肋与面板按每15 cm间距焊接10 cm长度焊缝的方式跳焊,面板与边缘处背肋采用满焊方式连接。侧板节段间连接法兰采用冲床开长条孔,确保节段间连接效率。

4.3 钢吊箱拼装

4.3.1 钢平台拆除

在桩基施工完成后,拆除钢吊箱施工范围内的钢平台,根据实际情况预留部分钢管桩作为钢吊箱拼装平台支承点及钢吊箱下放的导向装置。

4.3.2 搭设钢吊箱拼装平台

根据施工季节常水位,在桩基钢护筒上开孔,穿插架设型钢,作为钢吊箱拼装作业平台。钢吊箱拼装平台设置的型钢要轻巧灵活、方便拆除。

4.3.3 钢吊箱底板拼装

底板加工好后,根据起吊能力、运输条件、设计需要分割成数块。采用汽车分块运至墩位处,利用汽车吊将底板吊起套进钢护筒,下放到拼装平台处后,在钢护筒顶面设置扁担梁安装吊挂系统,然后用手拉葫芦将每块底板吊住,通过链葫芦调整好标高和平面位置后,并采用型钢与钢护筒焊接固定,防止底板摇晃。安装完第一块底板后,接着采用同样方法安装相邻的底板,将相邻的底板精确调平后,将接头对焊,采用相同方式完成钢吊箱底板拼装。

4.3.4 钢吊箱侧板拼装

在吊箱底板上,采用吊车拼装钢吊箱侧板,并利用钢管将侧板节段与桩基钢护筒焊接固定,确保侧板拼装合龙前的稳定性。吊箱侧板之间采用螺栓连接,节段间设置膨胀止水带,当吊箱下放遇水膨胀后可堵塞缝隙达到止水目的。

侧板与底板采用以下方式固定:(1)吊箱内侧方向,在底板上焊接“三角限位板”,限制侧板向吊箱内侧位移;(2)吊箱外侧方向,在底板上设置法兰孔,通过施拧螺母顶紧吊箱侧板,达到固定侧板的作用。同时,在承台施工完成后,可由潜水员拧出螺母,拆除钢吊箱侧板回收利用。

4.3.5 内支撑安装

为提高钢吊箱下放、抽水工况下的稳定性,需要在钢吊箱下放前安装内支撑,并注意在设计钢吊箱内支撑时避免内支撑与钢护筒在空间位置上冲突。

4.3.6 拉压杆安装

拉压杆作为钢吊箱在下放之后、抽水之前整个钢吊箱的承载装置,在钢吊箱底板“龙骨”上,垂直于桩基钢护筒“纵、横桥向”切点位置,用双拼槽钢,焊接拉压杆。每个钢护筒周围设置4根拉压杆。

4.4 钢吊箱下放

4.4.1 吊放系统设置

根据钢吊箱重量、底板“龙骨”构造等设置吊放系统,吊放系统由支承装置、下放装置及下锚固端组成。支承装置为在钢护筒上端安装型钢扁担梁,为钢吊箱下放提供支承受力点;下放装置由千斤顶、精轧螺纹钢、“千斤顶行程→精轧螺纹钢长度转换系统”组成;下锚固端为精轧螺纹钢底部锚固处,采用在“底板龙骨”上焊接锚固点方式设置。

4.4.2 钢吊箱下放

连接千斤顶与油泵,启动油泵使千斤顶连续顶升,直至钢吊箱底板与拼装平台脱离,拧紧精轧螺纹钢在上锚固端螺母,拆除钢吊箱拼装平台。再通过千斤顶、精轧螺纹钢、“千斤顶行程→精轧螺纹钢长度转换系统”三者的相互转换,将钢吊箱徐徐下放,并在下放过程中通过以下方式控制钢吊箱同步下放:(1)在精轧螺纹钢及钢吊箱侧板用油漆画刻度线,用于观察吊箱各个点下放高度,并通过千斤顶行程调整;(2)采用分油阀,由1台油泵控制多台千斤顶,并通过阀门控制各个千斤顶油管进油量,进而控制各个千斤顶行程快慢。

钢吊箱下放到设计标高后,由测量人员对吊箱标高及偏位进行测量,并采用以下措施进行调整:(1)下放后标高误差采用千斤顶调整;(2)平面位置偏差由潜水员用手拉葫芦将“底板龙骨”挂在护筒上,通过手拉葫芦进行偏位调整,到位后,采用钢楔打入钢护筒周边的间隙来固定底板。吊箱就位后,先将拉压杆与桩基钢护筒焊接,再拆除钢吊箱吊放系统,吊箱承重系统由精轧螺纹钢转换至拉压杆。

4.5 封底混凝土灌注

由潜水员采用水泥沙袋将钢护筒与吊箱底板间间隙进行封堵,并在吊箱侧板上靠近水面位置割孔,以保持吊箱内外水位一致,避免水压扰动封底混凝土。准备就绪后,采用多次拔球方式浇筑封底混凝土,每次浇筑过程中采用测绳测量封底混凝土顶标高,达到设计标高后,再重新拔球浇筑下一个点,直到完成整个封底混凝土灌注。

4.6 抽水及拉压杆转换

根据混凝土试配结果及同养试件强度,当达到80%设计强度时,进行钢吊箱抽水作业。抽水至钢吊箱底部后,立即进行清淤,采用风镐凿出拉压杆焊接位置,将拉压杆焊接处转换至桩基护筒底部。然后割除多余钢护筒,破除桩头,进行承台实体施工。

4.7 钢吊箱侧板拆除

承台施工完成后,拆除内支撑,松掉钢吊箱侧板与侧板、底板与侧板的连接螺栓,逐块拆除钢吊箱侧板,周转至下一个钢吊箱使用。

5 结语

本文对水中高桩承台装配化钢吊箱关键技术进行研究,再次验证了装配化钢吊箱安全性好、受力明确、施工效率高、自身结构用钢量低等明显优点,为项目主墩施工的顺利完成奠定了良好的基础,值得在后续工程中继续推广使用。