xx壩大橋3號墩承臺鋼吊箱設計與施工一、工程概況1、結構形式及工程數量xx壩大橋是跨越沱江的一座城市橋梁，是連接市中心與開發區及規劃中的遂內高速路的主要交通要道。主橋全長310米，由三跨（70m+126m+70m）預應力箱梁連續剛構和兩跨連續現澆梁（20m+24m）組成，共設5墩1臺，分為左右雙幅。主橋3號墩位于沱江水深最深的倒灣口位置處，常水位水深為18m，洪訊期水深達25m，基礎為鉆孔灌注樁高樁承臺結構，單幅橋共有9根直徑Ф2m，長35m的鉆孔灌注樁，承臺頂面處于常水位水面以下2m左右。單個承臺結構尺寸為14mx13.2mx4m，混凝土方量740m3，總重量1924噸，混凝土標號為C40，鋼筋重量90噸。3號墩基礎結構見圖1。2、鋼吊箱的作用、幾何尺寸鋼吊箱的作用鋼吊箱顧名思義既是吊在水中的大型鋼構件箱體，其作用是為了實現水中承臺的干施工，底板是封底混凝土的控制面，側板（箱壁）的作用是隔離河中的水，同時作為澆注封底混凝土及承臺混凝土的側模。鋼吊箱的幾何尺寸根據承臺的結構尺寸和施工時段水文特征及施工工藝要求，擬定鋼吊箱高度為8.6m，露出水面至少保證50cm，承臺尺寸為14mx13.2m，樁基施工的鋼圍籠平臺凈空尺寸為16mx14.2m，由于受鋼圍籠平臺凈空的制約，考慮到鋼吊箱加工及安裝誤差等因素，內側面兩端各加大5cm作為富裕量，外邊緣預留15cm的空間（鋼吊箱與鋼圍籠間）富裕量，由于受原有條件的影響，鋼吊箱設計為單壁式，幾何尺寸為：14.7mx13.9mx8.6m（外圍）。圖13號墩基礎結構圖二、鋼吊箱設計1、鋼吊箱設計思路鋼吊想的設計原則為：保證在各種施工工況荷載作用下，各構件的承受能力達到要求，既確保安全、實用的前提條件下，盡量滿足在現場現有的施工條件下實現操作；盡量利用現有的機具及設備；盡量簡化施工工序及工藝，做到便于施工操作；盡量減少工程施工成本的投入。2、鋼吊箱設計工況拼裝下沉階段鋼吊箱分為兩節拼裝下沉，各承重構件僅受吊箱自重，荷載相對較小，側板承受的水頭壓力內外平衡，此階段可不作驗證，單需對下沉的吊具進行計算驗證。封底混凝土施工階段封底混凝土的厚度應根據各時間段水位的變化情況，計算抽水容量，浮力大小，按抗浮要求對厚度作實際的確定，避免造成浪費及加大鋼吊箱的荷載。根據施工進度計劃，經過估算及計算，在承臺施工時期封底混凝土厚度需要1.8m~2.3m。故在封底混凝土施工時，鋼吊箱底板承受混凝土浮重按2.3m厚度計算，封底后側壁承受水與混凝土容重差所產生的側壓力（箱內外水頭保持平衡）亦較小，因此，此階段僅進行吊箱承重體系的受力驗算。抽水階段此時鋼吊箱以下沉到設計標高并就位，封底混凝土灌注完成且達到抽水強度要求，箱體內的水已抽干，并準備進行下一道工序施工，此時工況下箱壁承受的水頭壓力和封底混凝土承受的上浮力均為最大，所以此工況作為箱壁結構（按6m高度水頭差壓力）及鋼吊箱抗浮穩定的控制狀態進行計算。承臺施工階段單個承臺高4m，鋼筋混凝土方量為740m3，重量為1924t，根據自身施工條件及能力和大體積混凝土施工工藝，承臺分為兩層施工（每層厚度為2m）。在承臺施工階段，封底混凝土的重量基本與浮力相抵消，故鋼吊箱可以按照大于2m厚度鋼筋混凝土荷載重量（第二層施工時考慮第一層混凝土僅承受自身的自重，不參加鋼吊箱共同作用，施工、振動荷載按鋼筋混凝土荷載的15%~20%另外考慮）進行計算驗算，實際按照2.5m厚度進行計算。3、施工要求鋼吊箱結構設計時需根據施工現場實際情況出發進行各方面綜合考慮，運輸方式、浮吊起重能力、施做可行性、操作簡單化、下沉工藝、封底工藝等因素均應滿足施工要求。4、鋼吊箱結構按照實際施工條件，通過設計和結構計算，確定鋼吊箱采用單壁式，采取零件加工制作，分解吊裝組拼。鋼吊箱主要結構由7部分組成。見圖2、圖3。上承重系：縱大梁（2I45a工字鋼并排連成）、橫大梁（4I40c工字鋼并排疊放組成），并在伸臂較長部位采用斜撐桿件支撐在承重柱上，上承重系承受吊桿傳遞的荷栽（第一層鋼筋混凝土重量及吊箱自重）。支承系：由9根Φ630鋼管組成，鋼管在孔樁施工時進行預埋（埋入深度2m），為了加大構件截面回轉半徑，確保安全，在管內灌滿C30混凝土，承受上承重系傳遞的荷栽。吊桿系：由48根吊桿組成，吊桿采用Φ32精軋高強螺紋鋼筋通過聯結器、配套螺母連接組成，把上承重系與下承重系聯成一體，承受下承重系傳遞的荷栽。箱壁（側模）系：由40塊大型鋼模板（面板δ=6mm；豎肋[14b，@=45cm；橫肋[8，@=45cm，滿焊焊接）拼裝構成，分為兩層（每層高4.2m）拼裝，每塊模板采用M22螺栓連接，倒角部采用特制H型構件連接，與底板的連接采用90型角鋼連接，各塊模板縫中間貼8mm厚遇水膨脹止水橡膠帶（靜水膨脹率200%~300%），另外在箱壁外側加設通長的加強肋（[16槽鋼，@=90cm）作為箱壁受壓骨架。箱壁主要作用在于封水及承受側向水頭壓力，并作為封底及承臺混凝土側模所用。內撐系：由腰梁（I36a工字鋼并做加強處理）及支撐桁架（75x75x6mm型角鋼加工）和支撐井架（Φ168加厚鋼管）組成，共設兩道，每道間隔2.5m左右，另外頂部采用型鋼（[14槽鋼）與支承柱和圍籠鋼管柱焊接，作為頂部支撐及頂拉重的用途，其中支撐井架僅作為臨時支撐，在鋼吊箱排水，把樁基的鋼護筒及樁頭處理掉，轉換成支撐桁架支撐在支撐柱上后，再把支撐井架鋼管取出，以增加箱體內的作業空間，方便承臺鋼筋及混凝土施工。內撐系主要作用為抵抗水壓力，防止箱壁產生變形而漏水，甚至破壞。下承重系：由底板（δ=12mm，A3鋼板）、分配梁（[20a槽鋼,用50型角鋼進行整體連接]及底大梁（6根預制鋼筋混凝土梁，C30，截面22cmx60cm，單根重量控制在5噸內，按8跨連續梁形式，受彎結構計算配筋，并加角鋼架加強）組成，主要承受鋼吊箱自重和封底混凝土重量或第一層鋼筋混凝土重量荷載。底板采取分塊拼裝，并對拼縫進行焊接，與鋼護筒間的縫隙采用鋼蓋板蓋封，并由潛入員下水用泥土袋進行封堵。分配梁按間距50cm布置在底大梁上，并和大梁上預埋的鋼板焊接，用小型鋼進行整體連接。封底混凝土：主要作用為封閉吊箱及抵抗水浮力，防止鋼吊箱往上浮。封底厚度可按如下公式計算：Q+T（rcA+nπd[T]）≥KrhA，其中Q：吊箱自重（取125噸）；T：封底厚度；rc：混凝土容重（24KN/m3）；A：吊箱底凈面積（扣除樁截面，m2）；n：承臺中樁的數量（9根）；d：樁的直徑（取鋼護筒外徑Φ=2.2m）；[T]：鋼護筒與混凝土間容許摩擦力（經驗取值4.5t/m2）；r：水的容重（10KN/m3）；h：抽水高度；K：系數（取1.1）。封底厚度應根據不同季節，不同水位（抽水高度）水浮力的作用效應進行計算。圖4鋼吊箱安裝施工場景（右幅橋承臺）三、鋼吊箱施工概述鋼吊箱施工自身工藝繁雜，技術難度大，且屬于首次施工，經驗空缺，加上關鍵設備（浮吊、運輸船）受河道的條件限制（常水位時段，上下游河道窄、河水較淺），大型浮吊設備無法進場，只有根據具體情況，利用本地的駁船（60t）自己改裝成水上吊車作業平臺，結合吊車構成簡單的小型浮吊（5~7m作業半徑范圍內，最大吊裝5t左右），吊裝能力嚴重制約了鋼吊箱的安裝及下沉；封底混凝土灌注設備（導管、攪拌站）落后、數量少；左右兩幅工作面相距小，同時作業時相互干擾大，水上平臺工作面小，材料繁多；工期緊，需搶在洪水到來之前完成兩幅水中承臺的施工等因素的影響，更是增加了鋼吊箱施工的難度，主要突出表現在以下幾方面：①鋼吊箱的安裝；②鋼吊箱的下水；③封底混凝土的灌注；④鋼吊箱的抗滲水。施工工藝流程（見圖5）主要工藝與施工過程（1）、鋼吊箱施工前的準備工作①、鋼護筒周邊情況的探測由于鋼圍籠與鋼護筒之間的間距小，為了保證鋼吊箱能順利下放就位，須對鋼護筒外圍的情況進行探測。探測方法：用鋼板加工一個與鋼護筒外圍直徑一致的鋼圈，水平套入鋼護筒徐徐下放，檢查是否可以下滑到底，采用線球量測水下鋼護筒與鋼圍籠間的間距是否存在富余量，另外安排潛水員下水進行水中情況探摸。②、鋼圍籠平臺拆除鉆孔樁灌注完成并檢測合格及支承柱灌注后，須將鉆孔操作平臺的型鋼件拆除，并把鋼護筒頂面割除部分，保持露出水面50cm。支承柱預埋及灌注、封口鋼吊箱設計分塊加工制作鋼圍籠頂平臺拆除搭設簡易安裝平臺測量放樣設置下放導向軌道支承柱預埋及灌注、封口鋼吊箱設計分塊加工制作鋼圍籠頂平臺拆除搭設簡易安裝平臺測量放樣設置下放導向軌道安裝下承重系分配梁安裝上承重系橫縱梁安裝吊桿、吊具及底板底層箱壁及鋼管支撐鋼吊箱一次下沉上層箱壁及鋼管支撐鋼吊箱二次下沉就位預留孔封堵、封底準備調整加固、頂層支撐架灌注封底混凝土、養護運輸到場就位布置下沉吊具抽水、內支撐系轉換、封底找平、鋼護筒割除、樁頭鑿除測量放樣測量控制測量復核圖5施工工藝流程圖（2）、鋼吊箱構件的加工制作鋼吊箱的構件制作采取零件加工，箱壁鋼模板委托專業加工廠進行制作，驗收時必須保證模板的外圍尺寸誤差控制在3mm內，周邊輪廓平整度控制在1mm內，面板與肋板的焊縫應符合設計要求及《鋼結構焊接規范》。腰梁、底大梁、支撐桁架、支撐井架、底板的加工應注意及嚴格控制三點：a、結構尺寸準確；b、焊接質量保證；c、預留孔位置準確。（3）、支承柱預埋、灌漿、封口支承柱預埋在每根鉆孔樁灌注完畢后立即進行，預埋操作時動作應迅速，且必須保證其位置準確和垂直，埋好后需通過型鋼焊接固定在鋼護筒頂口上，以防在其自重或旁邊鉆孔作業震動的作用下，出現下沉的現象。支承柱內灌漿采用同承臺混凝土標號（C30），在灌注前需對鋼管部分的樁頭進行處理。處理辦法：首前采用小型卷揚機帶動小型鉆錘（自制，150Kg）沖鉆，把樁頂混凝土和泥漿混合物層擊碎，再用吸泥管或高壓水把碎渣排除，最后抽干管內的積水、灌注混凝土。封口采用δ=16mm鋼板（75x75cm）封焊在支承柱頂面，作為上承重系橫梁的支點面。（4）、鋼吊箱拼裝與下沉①、簡易平臺及導向軌道設置鋼吊箱的拼裝在鋼圍籠內水面上進行組拼，直接把底大梁吊放在鋼護筒頂面上，利用懸掛在鋼圍籠上的下沉吊具（10t手拉倒鏈葫蘆）把大梁吊起作為水上操作平臺，并隨著鋼吊箱其它構件的陸續拼裝，增加中間部分的下沉吊具吊托，減小底大梁的承載跨度，以防破壞。鋼吊箱下放入水后，在受水流力作用下，會使吊箱底板與鋼護筒緊密貼合，影響鋼吊箱的下沉及導致下沉就位位置的偏離。為此在外圍的鋼護筒的外邊緣設置圓形鋼管導向軌道進行限制和導向，并在吊箱的上下四角位置設置糾正拉纜與鋼圍籠連結，利用4個5t手拉倒鏈葫蘆及開口滑車進行調整。見圖6。②、鋼吊箱拼裝鋼吊箱分為兩節拼裝，采取解體單件組合的辦法進行拼裝，拼裝與下沉交叉進行。各構件拼裝順序為：位置測量—安裝分配梁—安裝上橫向大梁—安裝上縱向大梁—安裝吊桿及下沉吊具—安裝底板—安裝第一層箱壁—安裝腰梁—安裝鋼管支撐井架—檢查、調整加固—一次下沉—接高拼裝—二次下沉。拼裝是應著重注意以下幾方面的問題的處理：a、底大梁較長、較重（5t），單側的吊車無法一次吊裝到位，須利用兩側的兩輛吊車共同協助操作，并且須有專人指揮作業。b、在拼裝前需把吊箱的四角位置放樣在簡易平臺上，各構件拼裝時應對稱操作，以免出現過大偏載。c、吊桿安裝前須在其身上端2m~3m范圍內，按每10cm格作好標記，用于檢查和控制下沉操作的同步性及所有吊桿受力的均衡性。吊桿露出螺母端需保證不少于6cm，并且下端螺母與底大梁的預埋板焊連在一起，為了防止在施工過程中，吊桿被電弧焊觸焊而喪失其作用能力，吊桿采用Φ40塑料膠管套住。吊桿安裝須保證直順，嚴禁彎折或斜吊。d、底板首前在岸上把大塊鋼板進行預拼，在平面上把鋼護筒、吊桿、下沉吊具吊耳的位置關系放樣出來，根據放樣位置進行割孔，并按吊裝能力的要求，組拼操作的方便性，把整個底板分解為小塊件，再到現場拼裝。組拼好后，需對各塊鋼板的接縫進行焊接，順分配梁方向的接縫須滿焊，其它接縫可采取間斷方式焊接。e、箱壁安裝前應進行測量放樣，拼裝順序：先邊角，后中間。為了防止模板接縫間的遇水膨脹止水帶在擰緊螺栓時產生皺褶，而影響箱壁的密水性，止水帶須用強力膠水與模板的連接肋表面進行緊密粘貼，模板接逢的連接螺栓須全部上滿，并對稱擰緊。③、鋼吊箱下沉鋼吊箱下沉分為兩步進行：第一次下沉行程約3.5m左右；第二次下沉行程約4.5m左右。下沉前需對整個鋼吊箱各部位的連接情況做全面的檢查，確保均達到要求后方可進行。鋼吊箱下沉采用30個10噸手拉倒鏈葫蘆作為下沉吊具，按受力平均分配并考慮1.8倍的不平衡系數，既單個手拉倒鏈葫蘆承受的力為：F=125/30x1.8=7.5t。吊具沿每根底大梁布置5個吊點，間距3.5m左右，吊具所用鋼絲繩直徑為Φ23（6x19（a）類，纖維芯），圖7鋼吊箱下沉作業場景吊環夾采用繩卡軋頭（M20螺栓），每端設置4個，按120mm間距布置。鋼吊箱的下沉通過下放倒鏈葫蘆來實現，下沉操作須本著“安全、平穩”的原則進行，作業時間設置在白天進行。下沉時，每人負責一個倒鏈葫蘆，并由專員負責統一指揮操作，要求口號統一，動作一致。每步下沉量控制在10cm左右，每5步暫停進行調整，檢查每個吊點的倒鏈葫蘆的松緊度是否一致（通過手搖感覺），并及時做調整，同時測量整個鋼吊箱的四邊下沉量是否同步（通過設在鋼圍籠上的控制點量測），否則需通過調整各邊的倒鏈葫蘆的每步下放量來糾正下沉差值，在下沉過程中隨時測量鋼吊箱的四個角邊位置，以便出現偏位時能及早進行較正。鋼吊箱下沉就位完成后，經測量復核合格，帶緊調整拉纜，并用[14槽鋼在箱壁頂口與鋼圍籠和支承柱三者間進行焊連，每側箱壁設置6道，既可作為定為加，又可作為頂部內支撐架。（5）、鋼吊箱封底混凝土封底混凝土是鋼吊箱的一個重要部分，封底混凝土的好與壞關系到鋼吊箱的穩定性及密水性，故須保證封底混凝土一次性澆注成功。封封底混凝土土土方量約約310mm3，按攪拌拌站的供應應能力（20mm3/h），估計計需灌注16~220個小時，根根據混凝土土供應能力力，以及6天抽水要要求，對混混凝土性能能要求如下下：a、6天強度應達到220Mpaa；b、混凝土坍落度度保持在19~222cm水平；c、混凝土初凝時時間不小于于22個小時。根據一般經驗及及規范，導導管作用半半徑按3.5m計算，吊吊箱平面內內設置8個灌注點點（見圖8所示），由由于攪拌站站供應能力力小，加上上導管數量量不足（只只有4根），姑姑封底混凝凝土灌注工工藝采取分分區域，由由中間向四四周逐漸摧摧進的方法法，即在箱箱體中間部部位1~4灌注點各各布置一根根導管，導導管下口離離底板面高高度30cm，采取拔拔球法，首首先在此4個灌注點點逐根筑堆堆，輪流補補料（根據據筑堆快慢慢及擴散程程度情況，一一般間隔2個小時左左右，以免免時間導致致堵管），中中間部位灌灌注基本到到位后就移移動導管，導導管移動方方法為：用用吊車提起起導管，用用塑料薄膜膜疊制3層把導管管口包住，并并用膠帶粘粘布纏繞粘粘貼和鐵絲絲線困綁，吊吊車把導管管吊移至灌灌注點（此此時灌注點點的混凝土土覆蓋厚度至少保證證有50cm以上），接接著往下放放，下放時時應安排兩兩人在水面面出扶持住住導管，防防止在水浮浮力作用下下而傾斜，當當將要進入入混凝土面面時下放動動作須迅速速、利索，插插埋進混凝凝土里面后后，須用小小石子或探探照燈探測測管中是否否漏水，如如出現漏水水情況，應應提起重新新下放，此此工序一般般需進行2~3道方能取取得成功。（6）、抽水、內支支撐轉換、封封底找平處處理封封底混凝土土灌注完畢畢6天后開始始抽水，抽抽水作業盡盡量安排在在白天，每每抽出1m高度后就就暫停，然然后對整個個鋼吊箱進進行觀察、檢檢查，在確確定沒有異異常現象后后方可繼續續抽水。當抽水水位底于于鋼管支撐撐井架后，應應及時把支支撐桁架位位置以上的的鋼護筒及及樁頭割取取和鑿除，接接著安裝上上支撐桁架架，進行支支撐體系轉轉換，然后后鋼管支撐撐井架取出出箱外。把箱體內的水抽抽干后，就就進行封底底混凝土的的表面找平平處理，并并設置排水水暗溝及集集水槽，用用以抽排箱箱壁或封底底滲透進來來的積水。在在第一個鋼鋼吊箱施工工時，滲水水量較大，超超出了我們們的想象，最最后采取設設置兩個集集水槽及縱縱橫向暗溝溝在箱內抽抽排的辦法法基本上控控制住了積積水量，但但整個排水水處理中花花費大量的的寶貴時間間及投入了了大量的勞勞力和設備備，并且冒冒了一定的的風險（暗暗溝和集水水槽設置多多，對封底底混凝土的的抗浮作用用起到了削削弱影響），對對承臺的鋼鋼筋作業也也帶來了諸諸多的不便便，經吸取取教訓和經經驗，在第第二個吊箱箱施工中，設設置了體外外排水管筒筒進行箱外外排水的辦辦法（見圖圖9），完全全有效地控控制了箱內內積水問題題。四、結束語語經過5個月的艱苦施工工，終于搶搶在洪水近近臨之前完完成了左右右兩幅深水水承臺的施施工，為順順利實施墩墩身及梁段段施工奠定定了基礎。通通過本工程程鋼吊箱施施工，有如如下幾點認認識及體會會。（1）、因受鋼圍籠籠空間和水水上吊裝能能力的限制制，鋼吊箱箱采取單壁壁形式，分分解制作，組組合拼裝的的辦法聯結結成為整體體。為在今今后類似結結構因加工工場地和起起重能力有有限的情況況下提供了了一種新的的解決辦法法。（2）、鋼吊箱下沉沉采用30個10噸手拉倒倒鏈葫蘆來來實現，通通過兩個鋼鋼吊箱的施施工證實此此法可行