可拆除底板式鋼吊箱的首次開發(fā)應(yīng)用

1、可拆除底板式鋼吊箱的首次開發(fā)應(yīng)用周煥濤王傳波張金波山東省路橋集團(tuán)有限公司摘要：青島海灣大橋某合同段深水承臺(tái)施工數(shù)量較大，在對傳統(tǒng)鋼吊箱優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上 成功開發(fā)、設(shè)計(jì)了可拆除底板式單壁鋼吊箱，并在青島海灣大橋項(xiàng)目中成功應(yīng)用。該鋼吊箱 設(shè)計(jì)具有經(jīng)濟(jì)高效、操作方便、安全可靠、質(zhì)量易于控制、可周轉(zhuǎn)使用等優(yōu)點(diǎn)，隨著我國國 民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，跨江跨海的深水橋梁必將大量涌現(xiàn)，該成果必將在上述工程中得到 推廣應(yīng)用，其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益是難以估量的，推廣應(yīng)用的前景也必將是廣闊的。關(guān)鍵詞：可拆除 底板 單壁鋼吊箱經(jīng)濟(jì)效益1、傳統(tǒng)鋼吊箱的應(yīng)用近幾年，我國正處在公路建設(shè)的飛速發(fā)展時(shí)期，先后在主要江河和一些

2、海峽建設(shè)了一批 深水基礎(chǔ)、大跨徑、施工難度高的橋梁，如江陰長江公路大橋、南京第二長江公路大橋、江 蘇蘇通大橋、浙江杭州灣跨海大橋、東海大橋等，均伴有深水承臺(tái)施工。國內(nèi)深水承臺(tái)施工，多采用沉井、鋼圍堰或鋼吊箱法。由于沉井和鋼圍堰施工工序繁鎖， 工期長，材料用量大，而鋼吊箱工藝操作簡單，節(jié)約工期，材料用量合理并能回收再利用， 技術(shù)上可行，鋼吊箱的應(yīng)用逐漸得以推廣。傳統(tǒng)鋼吊箱進(jìn)行深水承臺(tái)施工，就是在深水樁基完成后，用起吊設(shè)備將裝有扁擔(dān)梁且已 拼成整體的鋼吊箱，懸掛在定位樁樁頂，然后灌注水下砼封底，抽水后澆筑承臺(tái)砼，吊箱為 承臺(tái)施工提供了一個(gè)干燥的工作環(huán)境。目前鋼吊箱在國內(nèi)外應(yīng)用較為廣泛，但是傳統(tǒng)鋼吊

3、箱 施工，仍然存在以下缺點(diǎn)：1）、材料浪費(fèi)嚴(yán)重：傳統(tǒng)鋼吊箱底板直接留在水中，不進(jìn)行周轉(zhuǎn)，底板型鋼浪費(fèi)嚴(yán)重。2）、水下施工量大：水下部分側(cè)板和底板、側(cè)板和側(cè)板采用螺栓連接，水下拆除難度較 大，銹蝕后水下切割費(fèi)用高。3）、封底混凝土厚度大：傳統(tǒng)鋼吊箱未采取其它措施，單純依靠封底混凝土的粘結(jié)力提 供支撐，封底混凝土厚度大，浪費(fèi)較多。2、傳統(tǒng)鋼吊箱的深度開發(fā)青島海灣大橋第三合同段深水承臺(tái)（需要采取鋼吊箱施工）約160個(gè)，針對傳統(tǒng)鋼吊箱 材料的巨大浪費(fèi)，結(jié)合本項(xiàng)目的具體工程情況，決定對傳統(tǒng)鋼吊箱從材料的節(jié)約、吊箱的拼 裝及下放等方面入手進(jìn)行深度開發(fā)。通過參考國內(nèi)外有關(guān)吊箱的資料，將其結(jié)構(gòu)形式定為: 可拆

4、除底板式單壁鋼吊箱。該設(shè)計(jì)有三個(gè)顯著特點(diǎn)：一、底板采用兩端起吊，底板范圍內(nèi)不設(shè)置吊點(diǎn)，底板型鋼分 塊制作，不設(shè)焊接，拆除簡便，底板型鋼可周轉(zhuǎn)使用；二、在封底混凝土內(nèi)預(yù)埋鋼帶骨架， 鋼帶焊接到護(hù)筒上，增加封底混凝土和護(hù)筒間的粘結(jié)力，將封底厚度由1.6m減小到0.9m。 三、底板和側(cè)板兩邊采用角鋼相扣進(jìn)行連接，兩邊采用大間距長桿螺栓連接，側(cè)板和側(cè)板水 下部分采用工字鋼扣接，減少了水下操作工作量，施工簡便，同時(shí)降低了成本。通過施工驗(yàn) 證，該方案設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期的效果，大幅度降低了施工成本。3、可拆除底板式單壁鋼吊箱結(jié)構(gòu)簡介根據(jù)吊箱使用功能，將其分為底板、側(cè)板、內(nèi)支撐、吊掛系統(tǒng)四大部分：3.1底板吊箱底

5、板由面板和縱橫梁組成，底板總凈平面尺寸為8.05X8.05m?？v梁為I10工字鋼， 橫梁為4組I45a雙肢工字鋼，面板為0 =4mm鋼板。在護(hù)筒位置處根據(jù)護(hù)筒中心坐標(biāo)、護(hù)筒 傾斜度及拼裝平臺(tái)高程進(jìn)行底板開孔，對于底板和護(hù)筒間的空隙采用膠皮結(jié)合鋼板進(jìn)行堵 漏。面板之間焊接連接，底板面板直接鋪放在下部型鋼框架上，利用和側(cè)板連接時(shí)的螺栓孔 位及側(cè)板壓力進(jìn)行限位固定?？v梁分塊焊接，直接鋪放在橫梁上；底板吊桿側(cè)采用10X100 的角鋼進(jìn)行加強(qiáng)，加強(qiáng)角鋼焊接在底板面板上，和側(cè)板角鋼相扣，角鋼之間加墊10mm的橡 塑板；非吊桿側(cè)采用160 x100 x10的角鋼加強(qiáng)，在加強(qiáng)角鋼上開孔，間距50cm，將螺帽焊

6、 接在角鋼下面，利用28圓鋼套絲，采用長螺桿連接底板和側(cè)板，螺桿的拆除水上進(jìn)行。底板拆除時(shí)，解除吊桿限位，水上拆除螺桿，則底板縱橫梁和面板自動(dòng)分離，吊出縱橫 梁分塊，周轉(zhuǎn)使用。3.2側(cè)板側(cè)板為單壁結(jié)構(gòu)，分為4m （下節(jié)）、3m（上節(jié)）兩節(jié)，整塊制作。8槽鋼做縱肋，橫肋為 I36a工字鋼，外側(cè)豎肋為I45a工字鋼，在側(cè)板分節(jié)的上下兩端距邊緣0.3m各設(shè)一根I20a 工字鋼進(jìn)行加強(qiáng)；面板采用6mm的鋼板，和槽鋼焊接連接。非吊桿側(cè)側(cè)板與底板之間采用螺栓（長螺桿）連接，縫間設(shè)置10mm橡塑板以防漏水； 吊桿側(cè)側(cè)板和底板連接采用10X100角鋼相扣，進(jìn)行限位。吊箱側(cè)板橫向分節(jié)及豎向拼縫 水上部分均采用螺

7、栓連接，豎向拼縫水下部分通過側(cè)板外側(cè)橫肋工字鋼進(jìn)行扣接，減少了模 板拆除時(shí)水下操作工作。為了保持吊箱內(nèi)外水頭一致，結(jié)合橋位區(qū)潮水情況及封堵的實(shí)施，在吊箱吊桿側(cè)側(cè)板上 對稱開2個(gè)直徑10cm的圓孔。開孔位置標(biāo)高-1.0m。鋼吊箱下沉入水后受流水力的作用，吊箱會(huì)發(fā)生漂移，為便于調(diào)整吊箱位置，確保順利 下沉，在吊箱側(cè)板內(nèi)壁與鋼護(hù)筒之間設(shè)三層導(dǎo)向系統(tǒng)，每層4個(gè)導(dǎo)向。導(dǎo)向系統(tǒng)由導(dǎo)向鋼板、 定位器（短型鋼）及調(diào)位千斤頂組成。定位是在吊箱下沉到位后，封底混凝土凝固前，為防 止水流力、波浪力及靠船力等動(dòng)荷載對自由懸掛的鋼吊箱發(fā)生撓動(dòng)，影響封底混凝土質(zhì)量而 設(shè)置固定裝置。定位主要利用鋼護(hù)筒的穩(wěn)定性將下沉到位的鋼

8、吊箱通過定位器與鋼護(hù)筒連成 整體達(dá)到鋼吊箱的定位。3.3吊箱內(nèi)支撐吊箱內(nèi)支撐為水平斜撐，共分二層，設(shè)在吊箱上節(jié)側(cè)板的內(nèi)側(cè)，到側(cè)板上下兩端距離為 0.3m。水平斜撐為雙肢I(xiàn)20a工字鋼八字撐，桿端通過連接板與側(cè)板利用螺栓連接成一體。3.4吊箱吊掛系統(tǒng)吊掛系統(tǒng)由貝雷梁、吊桿梁、平臺(tái)橫梁、吊桿及鋼護(hù)筒組成，吊掛系統(tǒng)的作用是承擔(dān)吊 箱自重及封底混凝土的重量，同時(shí)利用吊桿對側(cè)板進(jìn)行限位，增強(qiáng)模板的整體穩(wěn)定性。該吊箱設(shè)計(jì)共設(shè)置12根吊桿，4根作為吊箱拼裝下沉?xí)r臨時(shí)支撐，位于吊箱內(nèi)部；下 放到位后，進(jìn)行拆除，轉(zhuǎn)換到外部8根承重吊桿。吊桿下端通過焊接在橫梁上的螺帽固定到 底板橫梁上，上端固定到吊掛系統(tǒng)的吊桿梁

9、上。在吊箱入水下放前，在底板上沿護(hù)筒一周各焊接6根鋼帶，在封底混凝土達(dá)到90%以 上強(qiáng)度進(jìn)行抽水后，將鋼帶焊接到護(hù)筒上，增加了封底混凝土和護(hù)筒間的粘結(jié)力，封底混凝 土厚度由1.6m減小到0.9m。4、可拆除底板式單壁鋼吊箱施工工藝4.1施工準(zhǔn)備吊箱施工前，實(shí)驗(yàn)及測量做好相應(yīng)的后場準(zhǔn)備，施工現(xiàn)場做好吊箱下放的前場準(zhǔn)備。4.2吊箱拼裝及下沉底板：底板在加工場加工制作試拼合格后用掛車運(yùn)輸至平臺(tái)位置，進(jìn)行拼裝。底板拼裝 完成之后，安裝吊掛系統(tǒng)，拼裝側(cè)板，安裝封堵板，焊接預(yù)埋鋼帶，吊箱入水。側(cè)板：利用浮吊結(jié)合倒鏈對稱懸掛安裝下節(jié)側(cè)板。在下節(jié)側(cè)板拼裝的同時(shí)完成臨時(shí)吊掛 系統(tǒng)及外側(cè)下節(jié)吊掛系統(tǒng)的安裝。吊掛系

10、統(tǒng)就緒后，下放吊箱給上節(jié)側(cè)板的拼裝提供工作面。拼裝完上節(jié)側(cè)板后，連接外側(cè)吊桿，轉(zhuǎn)換體系，拆除臨時(shí)吊桿。側(cè)板安裝完成后，進(jìn)行下放。內(nèi)支撐：吊箱側(cè)板拼裝完畢尚未下放前，進(jìn)行內(nèi)支撐連接，內(nèi)支撐通過連接板和槽鋼栓 接在側(cè)板上。套箱下沉利用四臺(tái)60噸液壓穿心千斤頂，用精軋螺紋螺帽來調(diào)整各吊點(diǎn)高程，每次升 降高度嚴(yán)格控制在150mm以內(nèi)。套箱下沉到位后，利用側(cè)板頂面標(biāo)高控制沉放高度。4.3吊箱定位與堵漏吊箱下放到位后用四臺(tái)千斤頂對8根吊桿進(jìn)行調(diào)整，使其受力均勻，然后用型鋼將導(dǎo) 向型鋼和護(hù)筒焊死，確保吊箱在后續(xù)的水封施工中沒有平面位移。護(hù)筒開口封堵板用橡膠板，將橡膠板用螺栓固定在圓形壓板上，利用橡膠板包緊護(hù)

11、筒以 達(dá)到封堵的目的。4.4灌注封底混凝土封底混凝土采用一次封底法，待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%以上后，進(jìn)行箱內(nèi)抽水，抽 水時(shí)應(yīng)限制抽水速度，密切觀察套箱狀況，以確保安全。抽水后，套箱側(cè)板拼縫處可能會(huì)有 個(gè)別漏水處，要用棉紗或棉絮進(jìn)行封堵處理。為保證封底混凝土厚度一致，在導(dǎo)管上設(shè)置附著式振動(dòng)器，測量封底混凝土頂面發(fā)現(xiàn)混 凝土堆積時(shí)開動(dòng)振動(dòng)器，找平頂面。抽水后，拆除吊掛系統(tǒng)，割除護(hù)筒，鑿除樁頭，焊接鋼帶骨架，找平頂面，進(jìn)行承臺(tái)施 工。4.5吊箱拆除吊箱拆除時(shí)，首先分片拆除上節(jié)側(cè)板，然后依次拆除長螺桿及精軋螺紋，抽出底板縱橫 梁，最后按照下節(jié)側(cè)板的扣結(jié)順序依次拆除下節(jié)側(cè)板。吊箱拆除完畢，清理、整修

12、后轉(zhuǎn)入下一墩臺(tái)進(jìn)行施工。5、可拆除底板式單壁鋼吊箱應(yīng)用情況及效益分析2007年9月初，設(shè)計(jì)圖紙完善之后開始進(jìn)入加工制造階段，由山東省路橋集團(tuán)機(jī)械廠 負(fù)責(zé)加工制造，9月20日完成加工。在加工場對吊箱進(jìn)行了試拼安裝和局部完善，各項(xiàng)測 試指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)和使用要求。2007年9月底，吊箱在工地現(xiàn)場拼裝下放，10月10日安裝完成，進(jìn)行封底施工，至2007年12月20日共完成15套吊箱的施工下放及兩套吊箱的順利拆除，使用情況良好，。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，每套鋼吊箱節(jié)約底板鋼材8.5t、封底混凝土 32.8方（整個(gè)紅島互通立 交鋼吊箱共160套次），按目前價(jià)格計(jì)算，160套鋼吊箱底板可節(jié)約材料費(fèi)、加工費(fèi)及安裝 費(fèi)近1200萬元。6、結(jié)束語可拆除底板式鋼吊箱在國內(nèi)首次設(shè)計(jì)開發(fā)并在橋梁深水施工中成功應(yīng)用，是對傳統(tǒng)鋼 吊箱設(shè)計(jì)的突破，在顯著減低成本及水下工作量的同時(shí)，取得了施工質(zhì)量、進(jìn)度同樣的