鹽官下河橋無(wú)封底鋼吊箱圍堰施工技術(shù)

文章依托320國(guó)道桐鄉(xiāng)鳳鳴至大麻段改建工程鹽官下河橋上跨鹽官下河（Ⅵ級(jí)航道）工程，對(duì)位于航道中的3#、4#墩采用的新型無(wú)封底鋼吊箱圍堰施工工藝進(jìn)行了介紹。該工藝中采用的吊箱結(jié)構(gòu)尺寸小，可降低對(duì)河道泄洪和通航的影響，且操作簡(jiǎn)單、安全、便捷，鋼吊箱安放僅需2 d，整體節(jié)約工期約20 d，同時(shí)因無(wú)須使用封底混凝土而節(jié)約成本約9.6萬(wàn)元，可為類(lèi)似工程提供參考。

橋梁；航道；圍堰；無(wú)封底；鋼吊箱

U445.4A431514

作者簡(jiǎn)介：

郝偉亮（1991—），工程師，主要從事橋梁施工技術(shù)管理工作。

0" 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)也得到迅猛發(fā)展，與此同時(shí)在我國(guó)江河湖面上修建的橋梁也隨之增多，不可避免地需要在水中修建橋墩，而修筑橋墩則要在水中設(shè)置圍堰等措施，為橋墩施工提供無(wú)水的作業(yè)場(chǎng)地。鋼吊箱圍堰是為承臺(tái)、系梁施工而設(shè)計(jì)的臨時(shí)阻水結(jié)構(gòu)，其作用是通過(guò)吊箱圍堰側(cè)板和底板上的封底混凝土圍水，為承臺(tái)施工提供無(wú)水的施工環(huán)境［1］。

本文結(jié)合320國(guó)道桐鄉(xiāng)鳳鳴至大麻段改建工程的鹽官下河橋3#、4#墩無(wú)封底鋼吊箱圍堰為工程實(shí)例，總結(jié)出一套適用于內(nèi)外水頭差較低（一般≤3 m）、河道對(duì)泄洪斷面有要求的新型無(wú)封底鋼吊箱圍堰施工工藝，供同類(lèi)型水中墩施工參考。

1" 工程概況

新建鹽官下河橋長(zhǎng)254 m，橋?qū)?3 m，孔跨形式為7×35 m T梁。鹽官下河為Ⅵ級(jí)航道，通航凈空為22 m×4.5 m，設(shè)計(jì)最高通航水位為2.06 m，設(shè)計(jì)最低通航水位為0.46 m，最高百年洪水位為3.43 m，水深為2.9 m，與新建鹽官下河橋斜角成60°夾角。常水位期基本無(wú)流速，常水位期約占全年的2/3，水位變幅小，歷年水位變幅為2～3 m。工程位置處河道寬約60 m，河道基本無(wú)縱坡，無(wú)明顯水位差，水流流速較緩，基本沒(méi)有橫向流速。

2" 施工方案

新建鹽官下河橋以60°斜跨鹽官下河，斜角角度大，同時(shí)鹽官下河為南排工程終點(diǎn)泄洪河道，3#、4#墩距離岸堤15 m，若采用常規(guī)15 mⅣ型鋼板樁圍堰方案，圍占河道截面大，工期長(zhǎng)，影響河道泄洪，無(wú)法保證施工和泄洪安全。鹽官下河橋還是梁場(chǎng)最關(guān)鍵的運(yùn)梁通道，工期壓力大，考慮到系梁埋入水中深度只有1.3 m，項(xiàng)目部經(jīng)過(guò)討論和方案比選決定采用鋼平臺(tái)（棧橋）+新型鋼吊箱的施工方案。

2.1" 鋼平臺(tái)（棧橋）結(jié)構(gòu)

根據(jù)施工及通行需求，共設(shè)置6個(gè)鋼棧橋，6個(gè)鋼平臺(tái)。

鋼棧橋：橫向2#、2′#鋼棧橋設(shè)計(jì)為6 m寬通行棧橋，長(zhǎng)54 m；縱向1#、1′#、3#、3′#鋼棧橋設(shè)計(jì)為長(zhǎng)12 m，寬8 m。

鋼平臺(tái)：1#、1′#作業(yè)平臺(tái)長(zhǎng)10 m，寬6 m，3#、3′#作業(yè)平臺(tái)長(zhǎng)8.5 m，寬6 m，主要用于永久防撞墩的施工；2#、2′#作業(yè)平臺(tái)長(zhǎng)48 m，寬3.5 m，主要用于主體3#、4#墩樁基、下部結(jié)構(gòu)及輔助吊箱圍堰施工。如圖1所示。

1#、1′#、3#、3′#鋼棧橋河中橋墩采用3根直徑為630 mm、壁厚為10 mm的螺旋管作為基礎(chǔ)，鋼管橫向間距為3 m。2#、2′#鋼棧橋橋墩同樣采用2根直徑為630 mm、壁厚為10 mm的螺旋管作為基礎(chǔ)，鋼管橫向間距為3.6 m、縱向間距為9 m。鋼棧橋上部結(jié)構(gòu)都采用2Ⅰ40a工字鋼+貝雷梁+Ⅰ16工字鋼+1 cm厚印花鋼板的結(jié)構(gòu)形式。

2#、2′#鋼平臺(tái)橋墩采用2根直徑為630 mm，壁厚為10 mm的螺旋管作為基礎(chǔ)，鋼管橫向間距為3.7 m，縱向間距為6 m。1#、1′#、3#、3′#鋼平臺(tái)采用3根直徑為630 mm，壁厚為10 mm的螺旋管作為基礎(chǔ)，其余橋墩與2#、2′#鋼平臺(tái)最外側(cè)橋墩共用。鋼平臺(tái)上部結(jié)構(gòu)都采用2Ⅰ40a工字鋼+Ⅰ16工字鋼+1 cm印花鋼板的結(jié)構(gòu)形式。如圖2所示。

2.2" 鋼吊箱結(jié)構(gòu)

鋼吊箱長(zhǎng)22.5 m、寬2.684 m、高2.8 m，由側(cè)板、內(nèi)支撐及圈梁、底模、吊掛下放系統(tǒng)等組成。

鋼吊箱圍堰側(cè)板由Ⅰ10型鋼、［10型鋼和6 mm鋼板組成［2］；Ⅰ10型工字鋼每隔350 mm布置一道；圍堰內(nèi)支撐及圈梁均采用2［20a型鋼，內(nèi)支撐及圈梁布置1層；底模由Ⅰ10型鋼、［10型鋼和6 mm鋼板組成；圍堰吊掛系統(tǒng)由下放系統(tǒng)、墊梁和吊帶等組成。

鹽官下河橋無(wú)封底鋼吊箱圍堰施工技術(shù)/郝偉亮

3" 鋼吊箱施工工藝

施工流程為：拆除鋼平臺(tái)上部結(jié)構(gòu)→接長(zhǎng)鋼管樁→在鋼護(hù)筒上焊接牛腿→安裝吊箱底部縱梁→安裝底?！迟N止水條→安裝側(cè)模及內(nèi)支撐→安裝吊掛橫梁→安裝下放系統(tǒng)→割除牛腿、下放鋼吊箱→安裝吊帶固定鋼吊箱→安裝止水裝置（抽水）→橋梁下部結(jié)構(gòu)施工→拆除鋼吊箱。

（1）樁基施工完成后，拆除鋼平臺(tái)Ⅰ16工字鋼+10 mm厚鋼板組成的面板及樁頂橫梁。

（2）接長(zhǎng)第1、5、9排鋼管樁，后續(xù)作為鋼吊箱主要支撐結(jié)構(gòu)。

（3）在樁基鋼護(hù)筒上焊接牛腿，作為鋼吊箱拼裝時(shí)底部縱梁的臨時(shí)支撐。

（4）在牛腿上放置鋼吊箱底部2Ⅰ40a縱梁。

（5）在縱梁上安裝底模、側(cè)模和內(nèi)支撐。底模、側(cè)?；ハ嘀g的拼裝間隙粘貼遇水膨脹止水帶，底模和側(cè)模采用高強(qiáng)螺栓連接。

吊箱底板：由底模托梁和底模組成，底模分3種型式分別為底板A、B、C。板塊間采用肋板式栓接結(jié)構(gòu)。底板B內(nèi)徑設(shè)計(jì)為倒置喇叭口型式，預(yù)留為楔形止水裝置進(jìn)行封堵。如圖3所示。

吊箱側(cè)板：采取單壁結(jié)構(gòu)，為肋板式焊接構(gòu)造，由工字鋼和鋼板焊接而成［3］。側(cè)板與側(cè)板連接采用螺栓、拉桿及鋼楔桿連接，側(cè)板與底板采用螺栓連接，底板外側(cè)焊接小牛腿作為側(cè)板安裝的著力點(diǎn)。如圖4所示。

吊箱內(nèi)支撐：內(nèi)支撐由內(nèi)圈梁2［16a、支撐梁2［16a組成。內(nèi)圈梁在吊箱側(cè)板的內(nèi)側(cè)形成水平環(huán)，設(shè)置在側(cè)板內(nèi)壁豎向支撐上［4-5］。內(nèi)圈梁的作用主要是承受側(cè)板傳遞的荷載，并將其傳給水平撐桿［6-10］。如圖5所示。

（6）在第（2）步中接長(zhǎng)的鋼管柱上安裝2Ⅰ40a橫梁，作為吊掛系統(tǒng)的扁擔(dān)梁。

在距鋼管樁頂150 mm處切割出450 mm高、440 mm寬的槽口以便分配梁拆除及安裝，分配梁與鋼管樁間設(shè)加勁板焊接固定。

（7）安裝下放系統(tǒng)。

吊箱下放系統(tǒng)由吊點(diǎn)、吊桿、液壓千斤頂及與之配套的錨具、夾片構(gòu)成，千斤頂?shù)纳隙税惭b有上錨具，千斤頂與扁擔(dān)梁之間安裝有支撐架，扁擔(dān)梁頂端安裝有位于支撐架內(nèi)的下錨具。吊桿由7×15.2 mm鋼絞線(xiàn)及與之配套的錨具、夾片組成。共4根吊桿，吊桿下端與底板的縱梁相連，上端與下放鋼吊箱的吊掛系統(tǒng)相連。如圖6所示。

（8）用鋼絞線(xiàn)將鋼吊箱吊起，割除牛腿，為下放鋼吊箱留出空間，控制4臺(tái)千斤頂同時(shí)下放鋼吊箱至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

（9）安裝吊帶，固定鋼吊箱。

吊掛系統(tǒng)由分配梁、吊帶及鋼管樁構(gòu)成，吊掛系統(tǒng)的作用是承擔(dān)吊箱自重及系梁混凝土的重量［11］。將鋼管樁頂分配梁恢復(fù)原位，通過(guò)吊帶將吊箱承重轉(zhuǎn)換至5排分配梁上。如圖7所示。

（10）安裝止水裝置。

鋼吊箱組裝縫之間粘貼止水條，鋼吊箱與護(hù)筒之間采用條形和弧形鋼板組成。

鋼吊箱和護(hù)筒之間的止水是整個(gè)鋼吊箱施工的最關(guān)鍵工序。將條形水泥砂漿布袋塞入間隙凹槽中用以封堵鋼吊箱與護(hù)筒之間的間隙，人工將縫隙擠壓密實(shí)，采用弧形鋼板固定住水泥砂漿布袋，達(dá)到初步的止水效果。待砂漿凝固后，利用水泵將吊箱內(nèi)水排出后，將弧形鋼板與護(hù)筒接觸部位焊接牢固，同時(shí)在弧形鋼板上焊接加勁肋與護(hù)筒連接，起到加固作用，防止因浮力將止水塊擠出，為系梁施工提供了干燥無(wú)水的施工條件。

（11）鋼吊箱止水完成后，按照陸上常規(guī)的橋梁下部結(jié)構(gòu)的施工工藝進(jìn)行系梁、墩柱等結(jié)構(gòu)施工。

（12）橋梁下部結(jié)構(gòu)施工完成后拆除鋼吊箱。按照鋼吊箱上部?jī)?nèi)支撐、側(cè)模、底部橫梁、底部縱梁、底模的順序進(jìn)行拆除。

4" 鋼吊箱結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

4.1" 計(jì)算模型

采用Midas Civil軟件，按設(shè)計(jì)尺寸建立計(jì)算模型，進(jìn)行計(jì)算分析。計(jì)算模型如圖8所示。

4.2" 荷載組合及工況

吊箱圍堰荷載主要由圍堰自重、水浮力、系梁自重、模板自重、靜水側(cè)壓、波浪力及施工荷載組成。波浪力浪高按0.5 m考慮，壓力強(qiáng)度應(yīng)沿深度變化，在水面處達(dá)到最大。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，波浪力偏安全地考慮為水面處壓力強(qiáng)度的均布荷載。計(jì)算時(shí)圍堰下放時(shí)僅考慮圍堰自重及施工荷載，圍堰止水后，底板所受荷載小于系梁澆筑時(shí)荷載，因此計(jì)算時(shí)僅考慮系梁澆筑工況，不考慮圍堰底部水浮力作用。另因圍堰側(cè)板與圍堰底板結(jié)構(gòu)相同，且受力較小，計(jì)算結(jié)果不再羅列。吊箱圍堰荷載布置如圖9所示。

吊箱圍堰整個(gè)的施工周期內(nèi)，主要施工階段如下：

階段一：鋼吊箱組裝完成準(zhǔn)備下放，主要由千斤頂組成的下放系統(tǒng)受力。

階段二：鋼吊箱下放到設(shè)計(jì)標(biāo)高，還未進(jìn)行止水作業(yè)。

階段三：鋼吊箱止水后，吊箱內(nèi)開(kāi)始抽水，鋼吊箱開(kāi)始受到水壓力。

階段四：鋼吊箱內(nèi)抽水完成，開(kāi)始系梁施工。

階段五：系梁、墩柱施工完成。

階段六：鋼吊箱拆除。

經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，階段四為鋼吊箱最不利的階段，各構(gòu)件最大組合應(yīng)力為139.6 MPa，＜215 MPa，滿(mǎn)足要求。

在階段四對(duì)面板（包含底板、側(cè)板）、底板型鋼、吊掛系統(tǒng)、圍堰底?？v梁、圍堰內(nèi)支撐分別進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算：面板最大組合應(yīng)力為157.2 MPa，＜215 MPa，面板強(qiáng)度滿(mǎn)足要求，面板最大撓度為0.625 mm，＜1.50 mm，剛度滿(mǎn)足要求；底板型鋼最大組合應(yīng)力為95.7 MPa，＜215 MPa，滿(mǎn)足要求，最大剪應(yīng)力為18.8 MPa，＜125 MPa，滿(mǎn)足要求，標(biāo)準(zhǔn)組合下最大相對(duì)撓度為2.774 mm，＜2 400/400=6.0 mm，滿(mǎn)足要求；圍堰吊掛系統(tǒng)、圍堰底?？v梁、圍堰內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)最大組合應(yīng)力為66.9 MPa，＜215 MPa，滿(mǎn)足要求，最大剪應(yīng)力為26.5 MPa，＜125 MPa，滿(mǎn)足要求。

5" 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

（1）操作便捷：傳統(tǒng)鋼吊箱圍堰下放工藝采用普通穿心千斤頂作為提升設(shè)備，采用精軋螺紋鋼作為吊桿人工指揮下放，下放同步性很難保證。本鋼吊箱下放系統(tǒng)采用液壓同步提升千斤頂系統(tǒng)，所有千斤頂由同一臺(tái)電腦控制，電腦實(shí)時(shí)收集各個(gè)千斤頂?shù)南路判谐?，根?jù)下放誤差，既可以統(tǒng)一調(diào)整所有千斤頂下一個(gè)行程的下放高度，也可單獨(dú)調(diào)整某一個(gè)千斤頂?shù)南路判谐?，同步性良好，操作?jiǎn)單、便捷。

（2）止水效果好：鋼吊箱止水系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)最關(guān)鍵的部位。底板、側(cè)板之間使用膨脹止水帶封閉，其次鋼吊箱和鋼護(hù)筒之間的止水難度較大，采用自制砂漿布袋封堵后，用鋼板壓實(shí)，待砂漿硬化后，止水效果明顯，在吊箱底部增加集水箱，便于抽干河水。

（3）安全性高：鋼吊箱安拆、止水可全部在鋼平臺(tái)和鋼吊箱內(nèi)操作，避免了人員下水風(fēng)險(xiǎn)。

（4）節(jié)約工期：每套鋼吊箱的安裝可在2 d內(nèi)完成，拆除可在1 d內(nèi)完成，若采用鋼板樁，每套鋼板樁打設(shè)加上圍檁等安裝需要7 d時(shí)間，節(jié)約了大量的鋼板樁安拆時(shí)間。

6" 結(jié)語(yǔ)

鹽官下河橋采用此新型鋼吊箱有效地提高了工作效率，整體節(jié)約20 d工期，為梁場(chǎng)減輕了存梁壓力；吊箱橫截面尺寸小，同時(shí)吊箱不用放置河底，最大限度地降低了對(duì)泄洪的影響；在吊箱的整個(gè)安裝和系梁施工期間，人員基本都在鋼平臺(tái)和吊箱內(nèi)作業(yè)，施工更安全；省去鋼板樁圍堰封底混凝土費(fèi)用，共節(jié)約成本約9.6萬(wàn)元。

綜上所述，此新型鋼吊箱已經(jīng)在鹽官下河橋順利實(shí)施并取得了很好的效果，說(shuō)明此新型鋼吊箱完全能夠勝任淺水區(qū)（吊箱內(nèi)外水頭≤3 m）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的施工，可為同類(lèi)型橋梁提供可靠的借鑒。

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20240320