特大桥主墩首节钢套箱沉放技术.doc

阜六高速公路淮河特大桥主墩首节钢套箱—千斤顶法沉放技术
中港二航局四企业 方顶 廖正根

[摘 要] 淮河特大桥主墩首节钢套箱重150t, 在现场分片拼装后, 采取千斤顶起吊下放, 取得了成功, 其起吊下水技术有独到之处, 本文着重进行了介绍。
关键词: 淮河特大桥、 主墩、 首节钢套箱、 沉放
1． 工程概况
淮河特大桥主桥为59+100+59米预应力混凝土变截面直腹板连续箱梁, 上构为双幅单箱单室箱形截面。主墩采取16根直径1.8米长70米灌注摩擦桩基础, 主墩墩身采取4.0x7.0米截面箱形空心墩身, 双幅采取一个整体承台。
主桥主墩位于淮河中, 其承台为左右幅整体式钢筋砼结构, 承台平面形状为菱形, 长向尺寸28米, 宽12米, 承台厚度为5米。承台顶标高为+13.1米（黄海高程系统, 以下同）。
2. 承台施工总体思绪
依据本工程特点及施工环境, 本工程按以下思绪组织施工:
①、 先利用钢护筒承重搭设平台进行桩基施工, 以后安装套箱进行承台施工。
②、 因为受到通航条件限制, 水上起重仅能依靠30吨起重船, 故钢套箱采取分片加工, 现场拼装成节, 分节下水施工工艺。其中首节钢套箱重约150吨, 其起吊沉放入水是本工程施工一个难点。
③、 为加紧钢套箱沉放速度, 钢套箱拼装前, 先用挖泥船将墩位处挖除了几米覆盖层, 并将下沉过程中需要割除钢护筒内桩头砼提前凿除, 提前搭设好拼装和起吊平台。
3. 钢套箱设计结构形式
主墩钢套箱底标高取为+5.7m, 钢套箱总高度为+15.8m, 封底厚度为2.2m, 总重约300t。钢套箱分三节制作, 其中第一节高度7.1m, 为双壁形式, 重约150吨, 分成14片; 第二节高度7.2m, 为双壁形式, 重约126.1吨。因为钢套箱内壁兼作承台模板, 考虑到钢套箱安装时误差, 为确保承台理论位置, 设计时钢套箱平面内口尺寸按承台尺寸放大了10cm。钢套箱结构详见下图。

4． 钢套箱加工、 拼装
4.1钢套箱加工
由钢结构加工专业厂家在桥址周围硬化场地上进行加工。因为现场起吊能力有限, 无法实施整节起吊, 依据钢套箱重量、 结构形式及现场起吊能力, 首节及第二节钢套箱均分14块加工, 第三节钢套箱分8块加工。每片钢套箱共分若干单元块加工, 加工好后进行编号, 然后拼装成块。为确保加工质量, 每单元块加工时须进行现场放样。钢套箱加工质量根据规范要求及设计要求进行。
4.2首节钢套箱拼装
因为首节钢套箱无法实现整体起吊, 须在现场进行拼装, 所以钢套箱拼装前须在墩位处搭设首节钢套箱拼装平台, 在拼装平台搭设之前, 先用挖泥船将墩位处河床底标高挖至+10.0m左右, 以加紧钢套箱沉放进度。依据现场实测, 淮河水位为+18.0m, 将首节钢套箱拼装平台顶标高定位+19.0m。将钢护筒与钢管桩平联标高改为+19.0m, 平联焊接好后, 在平联上进行测量放线, 放出钢套箱理论位置, 依据施工图纸在平联上焊好限位块。利用型钢经过平联铺设脚手板搭设简易操作平台, 平台搭设详见下图。
首节钢套箱加工好后, 经过25t吊车吊至临时码头旁, 然后经过30t浮吊吊至现场进行拼装。首节钢套箱第一块起吊后进行初步定位, 经过葫芦进行正确定位, 确保钢套箱平面位置及垂直度符合规范要求。定位好后用型钢固定在钢护筒和钢管桩上。起吊第二块钢套箱进行定位, 与第一块钢套箱进行点焊, 正确定位后固定在钢护筒和钢管桩上, 然后进行拼缝焊接, 竖向焊缝借助吊篮或爬梯进行焊接, 依次类推将首节钢套箱其它块拼装好。最终一块即合拢块选择十分关键, 为确保合拢块能够顺利吊进两侧已拼好钢套箱内, 应选择里口尺寸小, 外口尺寸大块件作为合拢块; 假如选择里口尺寸和外口尺寸相同块作为合拢块, 将成倍增加了钢套箱合拢难度。首节钢套箱拼装见下图。
5. 首节钢套箱起吊下放
5.1首节钢套箱起吊方案构思
首节钢套箱重量大, 为150t, 其起吊下放是本工程一个难点, 经过认真构思, 初步拟订了以下四种方案:
5.1.1方案一: 三角吊架葫芦起吊下放法
经过四面共12根钢护筒焊接12个吊架, 每个吊架上挂一个20t葫芦, 焊接吊耳, 经过12个20t葫芦起吊将钢套箱下放到位。其起吊示意图详见下图。
其方案已在中国纵多桥梁中成功应用, 该方法优点: 充足利用了钢护筒做起吊支架, 不需要采取万能杆件、 贝雷架等特种材料, 只需采取少许型钢就可实现首节钢套箱沉放。其缺点为: 需要20t葫芦12个, 不够经济; 因为葫芦多, 需要操作人员也多, 且下放时操作人员极难控制各葫芦受力均匀, 下放过程不够安全; 吊架焊接工作量大, 施工难度也较大。
5.1.2 方案二: 贝雷架吊架葫芦起吊下放法
经过前后两排共10根钢护筒搭设5榀贝雷架, 每榀贝雷架由两排贝雷架组成, 每排贝雷架长12m, 每榀贝雷架之间用型钢作剪刀撑联成整体, 在每榀贝雷架两段顶部安装一个反压梁, 反压梁中部下端焊一个吊耳, 每个吊耳上挂一个20t葫芦进行起吊。
该方法与方案一相比起吊支架安全, 型钢用量小, 且焊接工作量较小。但该方法含有以下缺点: 需要20t葫芦10个, 贝雷架40片, 不够经济; 下放过程中葫芦受力不均匀, 葫芦受力不安全; 需对10根钢护筒顶部进行找平, 其工作量较大。
5.1.3 方案三: 贝雷架平台卷扬机起吊下放法
经过四菱角钢护筒搭设两榀贝雷架（每榀由四排贝雷架组成）作为起吊平台, 每榀贝雷架顶部两端各安装一台10t卷扬机（钢丝绳走6道）进行起吊。
本方法优点以下: 操作工人较安全; 钢护筒顶部找平工作量较小; 因为卷扬机较少, 各卷扬机受力轻易控制, 起吊较安全。但该方法存在以下缺点: 需要10t卷扬机4台, 贝雷架32片, 不够经济; 受净空高度影响, 卷扬机导向轮不好设置, 且要对钢套箱导向轮受力处进行局部加强。
5.1.4 方案四: 贝雷架千斤顶起吊下放法
经过四菱角钢护筒搭设两榀贝雷架（每榀由四排贝雷架组成）作为起吊平台, 在钢套箱工字梁上4个焊接倒牛腿, 每个牛腿上安装2根精轧螺纹吊带, 经过螺旋千斤顶起吊下放, 起吊示意图详见下图:
该方法含有以下优点: 充足发挥了精轧螺纹粗钢筋抗拉好优点, 起吊安全系数较大; 采取50t螺旋千斤顶操作, 轻易控制各千斤顶受力, 操作人员及起吊系统本身比较安全; 只需对4根钢护筒进行初步找平, 搭设起吊平台比较方便; 需要8个50t螺旋千斤顶、 60m精轧螺纹粗钢筋及20套锚具、 锚垫板和32片贝雷架(全部材料现场都有), 比其它方案经济。不利之处需在钢套箱工字梁部焊4个倒牛腿。
因为现场贝雷架较多, 同时考虑到在上部结构施工时需要8个50t螺旋千斤顶及大量精轧螺纹粗钢筋, 首节钢套箱起吊采取方案四进行。
5.2 首节钢套箱起吊下放入水
钢套箱拼装好后, 拆除钢套箱与钢护筒连接, 设置导向杆, 以控制钢套箱下沉时平面位置, 采取8根直径为32mm精轧螺纹粗钢筋（其中四根作为保险吊带）利用8台50t螺旋千斤顶同时起吊, 精轧螺纹粗钢筋下端锚固在钢套箱倒牛腿上, 上端锚固在贝雷架上面分配反压梁上, 使钢套箱整体脱离钢护筒平3-5cm, 静隔十分钟后无异样情况发生, 割除底端平联, 经过千斤顶不停变换行程缓慢使钢套箱整体均匀下降, 入水约2.4m后, 吊带不承受拉力, 此时浮力与首节钢套箱重量平衡, 拆除吊带, 割除倒牛腿。向钢套箱内注水约1.6m高, 此时钢套箱入水深度为4.0m。
5.3 首节钢套箱起吊下放注意事项
①、 首节钢套箱起吊下放前要提前焊好钢套箱定位架, 确保钢套箱沉放到位后其平面偏位及垂直度满足规范及设计要求。
②、 因为首节钢套箱重, 起吊时单个倒牛腿受力较大, 为确保首节钢套箱起吊下放过程中不因应力集中而遭受破坏, 倒牛腿应焊接在钢套箱工字箱梁（安装钢套箱钢管支撑用）与钢套箱环板结合部位。
③、 倒牛腿焊接高度要进行专门计算, 确保首节钢套箱下放入水处于自浮状态时, 倒牛腿底面在水面以上。倒牛腿大小也要进行专门设计, 受力安全系数在2.6以上, 且确保每个倒牛腿上能够安装2根吊带, 且其间距不影响千斤顶操作。
④、 首节钢套箱下放前, 要对起吊平台、 倒牛腿焊缝、 千斤顶及精轧螺纹粗钢筋进行检验, 确保施工安全。
⑤、 首节钢套箱过程中, 由专员进行统一指挥, 确保各千斤顶操作人员施工协调, 钢套箱四角均匀下放, 从而确保各千斤顶和倒牛腿基础均匀受力。
6．总结
①、 钢套箱设计前作了充足技术准备工作, 如将钢套箱施工工艺、 现场起吊能力、 桩头顶标高、 施工水位等提供给设计院, 确保了设计好钢套箱能够很好满足现场施工。
②、 因为各节钢套箱拼装时合理地选择了合拢块, 这么极大地加紧了钢套箱拼装速度, 减小了施工难度。
③、 实践证实, 每个倒牛腿上设置2根吊带十分必需, 在一个主墩首节钢套箱下放过程中, 其中一根精轧螺纹粗钢筋因与螺母丝牙不配套, 造成钢套箱下放二分之一左右憋劲而无法沉放, 以后经过保险吊带受力, 将憋劲吊带割断后才顺利下放到位。
④、 在首个首节钢套箱下放前, 项目部召开会议进行了具体技术交底, 并对人员进行了具体分工, 确保了全部钢套箱均顺利下放入水。
⑤、 本文所叙述方法取得了圆满成功, 我部只用4个小时就将主墩首节钢套箱下放入水; 它含有安全、 经济、 便捷优点, 是一个全新施工方法, 值得推广。

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说明: 本篇论文已在交通部《公路》杂志第8期上发表