浅海区高桩承台钢吊箱围堰施工关键技术

茹启江，刘成钢，杜雄伟，王军舰(中建三局基础设施工程有限公司，湖北武汉　430065)



浅海区高桩承台钢吊箱围堰施工关键技术

茹启江，刘成钢，杜雄伟，王军舰
(中建三局基础设施工程有限公司，湖北武汉430065)

摘要:以唐山曹妃甸工业区纳潮河2号大桥高桩承台的施工为例，介绍了浅海深水区高桩承台钢吊箱围堰施工工艺，对钢吊箱拼装、整体下放、封底混凝土浇注及承重体系的两次转换进行了详细的阐述。该钢吊箱围堰施工技术已成功应用于纳潮河2号大桥承台的施工中。实践表明，该施工工艺操作简便、安全可靠，对类似跨海或大河高桩承台的施工具有一定的借鉴价值。

关键词:高桩承台钢吊箱承重体系施工技术

1　工程概况

唐山市曹妃甸工业区纳潮河2号大桥工程位于纳潮河中，属于海域施工环境。纳潮河为中等强度的潮汐河段，水深3.52～19.35 m，水流流速为2.5 m/s，海浪浪高为0.5～2.1 m，周期为5 s。最低潮位高程为0.70 m，常水位最高潮位高程为3.5 m，百年一遇最高潮位高程为4.5 m。唐山纳潮河2号大桥主桥7#～12#承台属于高桩承台，承台桩基为直径2.0 m的钻孔灌注桩，承台采用C35海工高性能混凝土。桥墩为花式L形实心墩，承台尺寸及高程如表1所示，主桥承台平面、桥墩构造示意如图1和图2。

表1　主桥承台尺寸、高程m

图2　主桥桥墩构造示意(尺寸单位:cm;高程:m)

2　钢吊箱围堰施工方案

2.1钢吊箱围堰施工方案的确定

通过集思广益，多次研讨总结后，最终确定采用单壁钢吊箱围堰施工深水高桩承台。首先在承台桩基施工完成后，在钢护筒上焊接牛腿作为钢吊箱底板、壁板等构件的拼装平台，为钢吊箱提供水上原位分块拼装工作面，钢吊箱拼装完成。然后在钢吊箱底板下设置承重架，在钢护筒上设置分配梁，二者通过精轧螺纹钢筋、螺母及千斤顶连接。将千斤顶安置在分配梁上，通过液压泵站系统同时控制多台千斤顶，运用同步控制整体下放钢吊箱技术，将拼装好的钢吊箱下放就位后定位。

再将临时拉压杆上端与钢护筒侧反压牛腿现场施焊连接，临时拉压杆下端与吊耳通过销轴连接，吊耳与钢吊箱底板主梁焊接连接。完成了第一次受力体系转换，由原吊挂系统承受钢吊箱底板、壁板自重及施工荷载，转换为由临时拉压杆承受钢吊箱自重、浮力，以及浇筑封底混凝土时的混凝土自重及施工荷载。

最后将辅助拉压杆上端与钢护筒通过加劲板现场施焊连接，辅助拉压杆下端与吊耳通过销轴连接，待封底混凝土强度达到设计强度后，拆除临时拉压杆及割除上部多余的钢护筒，凿除桩头后进行承台施工。完成第二次受力体系转换，即由临时拉压杆承受钢吊箱所有荷载，转换为由辅助拉压杆和封底混凝土与钢护筒之间的握裹力共同承受钢吊箱自重、浮力及承台施工期间的所有施工荷载。钢吊箱施工过程示意如图3。

图3　钢吊箱施工示意(高程:m)

2.2钢吊箱的施工流程

钢吊箱由底梁、侧壁板、承重架、分配梁、钢管撑、吊杆等部分组成，底板与侧壁板、壁板与壁板之间通过螺栓栓接，便于拆装。钢吊箱底板及壁体工厂分块制作，运输至施工墩位拼装平台，测量定位，依次拼装底板、壁体、钢管撑、连通器等构件。千斤顶提升，割除拼装钢牛腿，钢吊箱整体下放至设计高程。清理钢吊箱内杂物，封堵钢吊箱底板与钢护筒空隙，搭设水下混凝土浇注平台，布置导管进行封底混凝土浇注。待封底混凝土达到设计强度后抽水，施工承台及养护。最后拆除钢吊箱，依次周转施工完所有承台。

3　钢吊箱拼装及下放施工

3.1牛腿的安装

底板拼装平台采用钢护筒侧焊钢牛腿，根据纳潮河2015年最新潮汐表，高潮位高程+ 3.5 m，考虑涨落潮高程影响及牛腿的安装及后期拆除的可操作性，牛腿顶高程设计为+ 4.34 m。牛腿采用I45工字钢，长度2 m。利用环形钢刷清除钢护筒附着的海生物等杂物后，在钢护筒四周焊接钢牛腿，并加设100 mm×50 mm×10 mm的三角加劲板，焊缝高度为10 mm。每个牛腿焊接完成面高程要一致，焊接完成后需要进行抄平，最后由测量员在钢牛腿上放出钢吊箱承重架及钢吊箱底板外轮廓线。

3.2钢吊箱承重架及底板安装

钢吊箱承重架采用双拼HN600×200，在安装钢吊箱底板前，将承重架吊装到牛腿上。钢吊箱底板主要由厚度6 mm钢面板、主梁HN350×175、次梁I18、封边槽钢、连接槽钢［30等组装成，经过优化后将钢吊箱底板分为3块。不断开主梁，以减少现场焊接量，提高工效，施工时间也节省近2 d，且施工质量易于控制。钢吊箱底板在工厂分块时，拼缝处面板预留60 cm宽度，待底板次梁焊接结束后由现场进行焊接。这样为次梁焊接留出操作空间，可保证人员操作安全，方便现场焊接施工并保证焊接质量。

3.3吊挂系统安装

钢吊箱下放吊挂系统主要由千斤顶、φ32精轧螺纹钢、锚具及起吊装置组成。下放系统控制泵站同时控制4台100 t穿心千斤顶，千斤顶安装在钢护筒的分配梁上，下端锚固在钢吊箱底板承重架的锚头上。4根精轧螺纹钢安装一定要竖直，确保受力均匀。当牛腿割除后，由吊挂系统承受钢吊箱底板、壁板自重及所有施工荷载。

3.4钢吊箱壁板及导向架的安装

钢吊箱侧壁板在工厂分块制作，分直面和曲面两类，均由型钢和钢板构成，兼作承台施工侧模。侧壁间采用压板螺栓式法兰连接，顶部采用钢管撑对撑，一套钢吊箱侧壁共有6块直面侧壁和4块曲面侧壁组成。底板拼装完成后，采用50 t履带吊将侧壁按顺序吊装就位，先吊装曲面侧壁后组装直面侧壁，侧壁法兰间加垫2 mm厚橡胶条，避免漏水。法兰压板要求拧紧，侧壁组装过程中设置必要的临时支撑。

底板分块拼装完成后，以对称均衡为原则，在底板上装配侧壁，壁体与壁体、壁体与底板采用M22螺栓连接，连接处加设2 mm厚止水橡胶带。将临时拉压杆下端采用销轴与吊耳连接，吊耳与底板主梁施焊连接，最后安装钢管内支撑。为了保证钢吊箱下放的平面位置和垂直度，在钢吊箱四角钢护筒上设置限位导向架以保证钢吊箱下沉的平面位置，导向架设置在壁板转折处。考虑到钢吊箱下放后，撑管的下口高程为4.600 m，故导向架的高程为4.556 m。在吊箱整体安装完成后，通过对钢吊箱的整体检查，确保钢套箱整体良好后准备下放。

3.5钢吊箱下放及定位

钢吊箱自身高度6.0 m，钢吊箱底板拼装完成面高程+ 4.7 m，整体下放至高程－1.0 m，即下放总行程5.7 m。首先拆除支撑钢牛腿，拆除过程中，钢吊箱底板、壁板自重及施工荷载由牛腿承重转换为由4 根φ32精轧螺纹钢和4台100 t穿心千斤顶承受。具体下放步骤如下:①逐个千斤顶按整体下放时单个千斤顶受力进行预张拉，检查锚具、垫板、精轧螺纹钢筋以及承重系统是否受损，无误后提升钢吊箱;②割除拼装平台的钢牛腿;③检查钢牛腿是否完全割除，或其他阻碍钢吊箱整体下放的障碍物，检查无误后开始整体下放钢吊箱;④千斤顶空载上升10 cm，上锚具锚住螺纹钢，下锚具向上旋转，继续上升5 cm，钢吊箱自重转移至千斤顶上锚具;⑤千斤顶回油下落10 cm，锚固下锚具，继续下落，钢吊箱自重力转移至下锚具，钢吊箱下放10 cm;⑥重复以上两步工作，完成钢吊箱下放至设计高程后，利用支撑牛腿及时将钢吊箱侧壁与钢护筒牢固焊接定位。

大型构件的下放安全性至关重要，下放过程必须保持钢吊箱的平衡，以保证各吊点受力均匀，确保精轧螺纹钢的受力和理论计算基本一致。因此，控制千斤顶动作的液压泵站性能至关重要。下放时液压泵站是千斤顶的动力源，由于每台油泵供给各个千斤顶的油量相等，保证各点下放时位移偏差在3 mm以内，从而实现各千斤顶具有良好的同步性能。

3.6钢吊箱承重体系第一次转换

钢吊箱下放按规范要求定位，平面位置、垂直度调节至满足设计要求后，首先在低水位将钢吊箱侧壁与钢护筒牢固焊接以固定平面位置，防止钢吊箱因海水涨落或水流力影响而移位。然后将每个钢护筒四周均匀布置的临时拉压杆与钢护筒焊接固定。临时拉压杆全部焊接完成并检测满足要求后，关闭液压泵站，拆除千斤顶等下放设备，利用钢丝绳拖出底板承重梁，以周转使用。即完成了承重体系的第一次转换，由原吊挂系统承受钢吊箱底板、壁板自重及所有施工荷载，转换为由临时拉压杆承受钢吊箱自重及施工荷载，以及浇注封底混凝土时的荷载。

临时拉压杆由双拼［16型钢和钢板组成，反压牛腿采用20 mm厚钢板焊接成H形拉压牛腿，牛腿长520 mm。反压牛腿与钢护筒焊接，焊缝为二级焊缝。临时拉压杆下端采用销轴与吊耳连接，吊耳与底板主梁焊接，上端与反压牛腿焊接。临时拉压杆与反压牛腿连接示意如图4。

图4　临时拉压杆与反压牛腿连接示意(单位:mm)

4　钢吊箱水下封堵

钢吊箱调整到位固定，并完成第一次体系转换后，潜水员在水下用抱箍封堵钢护筒与吊箱底板间的间隙，抱箍高度和宽度均为20 cm。在抱箍安装时，受钢护筒加工尺寸影响，很难与钢护筒贴紧，缝隙较大，存在封底混凝土漏浆的风险。对抱箍进行优化，将抱箍开设V形缺口，以便抱箍与钢护筒贴紧。缝隙处则由潜水员在水下用海绵、棉纱或袋装水泥水下堵缝。抱箍结构优化示意如图5。

图5　抱箍结构优化示意(单位:mm)

由于纳潮河属于海域施工环境，钢护筒表面会附着很多海生物，影响钢护筒和封底混凝土的握裹力。在对钢吊箱底板与钢护筒之间缝隙进行封堵之前，由潜水员下水用高压水枪清除钢护筒外壁的水锈、海生物及其他杂物，保证封底混凝土与钢护筒之间的握裹力，并对钢吊箱底板上的沉淀物清除干净后，方可进行第一次封底混凝土浇注，封底混凝土强度等级为C25，为自密实海工混凝土，浇注厚度控制在1.2 m。

5　钢吊箱承重体系第二次转换及承台施工

浇注完成第一次封底混凝土，待封底混凝土达到设计强度后，首先关闭连通器，在吊箱一角设30 cm×30 cm×20 cm深的集水坑，将吊箱内的水抽干。钢吊箱内抽水、清淤完成后，将辅助拉压杆与钢护筒利用加劲板焊接固定，焊缝高度12 mm，焊接均为二级焊缝。拆除临时拉压杆及割除上部多余的钢护筒，从而完成了第二次体系转换。原承重体系由临时拉压杆承受钢吊箱所有荷载，转换为由辅助拉压杆和封底混凝土与钢护筒之间的握裹力共同承受钢吊箱和承台施工期间的所有荷载。

然后将第一次封底混凝土表面及钢吊箱内的海生物、水锈及水清除干净后，将第二次封底混凝土找平，二次封底混凝土的总厚度为1.3 m。待强度达到设计强度的90%后，将钢管桩顶的高程割除至0.45 m处，割除外露部分的拉杆，并凿除桩头等。最后绑扎承台钢筋，预埋墩柱钢筋、冷凝水管、预埋件，尽量选择在高水位时分层浇筑承台混凝土，并及时进行蓄水养护。

6　结语

在受潮汐、暗涌和风浪影响的浅海区域，钢吊箱下放及封底施工难度大、安全风险高。本文所述高桩承台钢吊箱围堰施工，运用同步控制整体下放钢吊箱技术成功地将钢吊箱精准下放定位，采用泵站同步控制多台千斤顶，实现整体同步控制下放钢吊箱技术。下放设备简单、操作方便，下放速度均匀稳定，不受施工空间的限制，可控性极好，定位精准，下放安全可靠。在使用较少设备的情况下完成施工，没有使用浮吊，占用资源较少，大大节约了成本。为了弥补海洋环境下钢护筒与封底混凝土握裹力的不足，确保承台施工时受力安全，在钢护筒四周采取了增设辅助拉压杆，优化抱箍结构等措施，有效地提高了钢吊箱的整体安全性、平稳性，也起到了减少封底混凝土厚度的作用。经实践证明，本工程钢吊箱承台施工工艺可行、可靠安全，拼拆快捷，操作方便，易于周转，经济效益高，对其他类似环境的深水高桩承台施工有一定的借鉴和参考作用。

参考文献

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(责任审编赵其文)

Key Technologies of Construction of Steel Case Cofferdam of Elevated Footing on Piles at Seafront

RU Qijiang，LIU Chenggang，DU Xiongwei，WANG Junjian

(Infrastructure Construction Co.，Ltd.，Chinese Construction Third Engineering Bureau，Wuhan Hubei 430065，China)

Abstract:Based on the construction of elevated footing on piles of Nachao river No.2 bridge in Caofeidian industrial area in T angshan，this paper introduced the construction of steel case cofferdam on the elevated footing on piles in deep water at seafront.T he assembling and overall lowering of steel case cofferdam，the sealing concrete cast and the two transfers of load-bearing system were demonstrated.T he successful application of this technology to the construction of the pile platform of Nachao river No.2 bridge demonstrates that this construction technology is convenient，safe and reliable.It may be used in the similar elevated footing on piles engineering across river or sea.Key words:Elevated footing on piles;Steel case cofferdam;Load-bearing system;Construction technology

作者简介:茹启江(1987—)，男，工程师。

基金项目:湖北省科技支撑计划(2015BCE069)

收稿日期:2015-10-12;修回日期:2015-12-19

文章编号:1003-1995(2016)03-0054-04

中图分类号:U443.16+2

文献标识码:A

DOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2016.03.13