楊桂根，夏 芳

（中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北 武漢 430040）

湘江長沙綜合樞紐船閘及左汊橋梁工程的引航道工程有水上墩臺112個(gè)，墩臺底標(biāo)高長期位于施工水位以下，經(jīng)過方案比較，決定采用鋼套箱施工工藝。目前已經(jīng)采用過的鋼套箱一般分為不可拆卸的及螺栓連接的可拆卸套箱，不可拆卸的鋼套箱材料浪費(fèi)量巨大，成本太高；采用螺栓連接的可拆卸鋼套箱在拆卸鋼套箱時(shí)需要潛水作業(yè)，施工成本高、效率低，而且連接螺栓極易生銹，影響到套箱的拆卸。

開發(fā)、應(yīng)用的預(yù)應(yīng)力鋼套箱采用鋼絲繩預(yù)加應(yīng)力連接，全部工作都在水面以上完成，不用潛水作業(yè)，工作效率大大提高，節(jié)省大量的施工措施材料。預(yù)應(yīng)力鋼套箱操作簡便可靠，不需要特殊的作業(yè)工種。由于預(yù)加應(yīng)力鋼絲繩數(shù)量少，而且全部操作在水面以上完成，用時(shí)極短。

1 工程特點(diǎn)

湘江長沙綜合樞紐工程位于湖南長沙市望城區(qū)，距市中心僅20～30 km。樞紐工程船閘為2 000噸級的雙線船閘，設(shè)計(jì)代表船型為1頂2艘2 000噸級船隊(duì)。雙線船閘共用設(shè)計(jì)寬度146 m的引航道，靠船墩及隔水墻墩臺采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)、現(xiàn)澆承臺、墩身結(jié)構(gòu)。墩臺合計(jì)156個(gè)，其中112個(gè)需水上施工，下游大隔水墩承臺頂高程22.8 m，承臺高度2.5 m，封底混凝土高度為1.0 m，承臺長度與寬度都為6.5 m，小隔水墩長寬為2.9 m。

湘江為雨水補(bǔ)給型河流，每年4—9月為汛期，10月至次年2月為枯水期。壩址多年平均流量為2 237 m3/s。承臺均在湘江枯水期施工，高水位為26.0 m，低水位為22.0 m。根據(jù)水上承臺數(shù)量多、工期緊的特點(diǎn)，開發(fā)并應(yīng)用了一種新型的易拆卸式預(yù)應(yīng)力鋼套箱，在水下承臺施工中應(yīng)用，節(jié)約了措施鋼材用量和工期，圓滿地完成了水下承臺施工任務(wù)。

2 施工工藝原理及工藝流程

2.1 工藝原理

鋼套箱由四片（整體吊裝） 或若干片（分體式吊裝）模板組成，模板端頭使用型鋼焊接成M形和V形，V形插入M形槽，中間墊橡膠片止水。采用鋼絲繩，通過鋼管轉(zhuǎn)向形成U形兜住兩塊M槽模板。鋼絲繩兩端采用接頭套筒與φ25 mm精軋螺紋鋼連接將水平力轉(zhuǎn)換為豎向力，傳出水面，進(jìn)行張拉將套箱組合成整體后進(jìn)行吊裝。

套箱下放、封底后進(jìn)行承臺和墩身的施工，施工完后鋼套箱拆除，循環(huán)使用。拆除鋼套箱的過程為：先放張，然后解索，最后使用浮吊分塊拆卸下來后，放置機(jī)駁上，清理套箱內(nèi)壁，以便循環(huán)使用。

2.2 工藝流程

工藝流程見圖1。

圖1 預(yù)應(yīng)力鋼套箱施工工藝流程

3 鋼套箱加工與制作

3.1 板面結(jié)構(gòu)加工

預(yù)應(yīng)力鋼套箱由多個(gè)組合片組成，組合片又要起到模板的作用，因此鋼套箱組合片的質(zhì)量就決定了鋼套箱的質(zhì)量。加工套箱的板面結(jié)構(gòu)時(shí)要注意以下要點(diǎn)[1]：

1） 要制作專門的加工平臺，平臺應(yīng)采用型鋼加工而成，牢固而平整；

2） 加工時(shí)先固定邊框位置，然后以邊框確定分配梁的位置；

3）面板大小應(yīng)比設(shè)計(jì)規(guī)格小5 mm；

4） 要做好焊接變形的預(yù)控工作，防止過大的焊接變形影響套箱的質(zhì)量；

5）鋼板之間的縫隙必須滿焊，并達(dá)到母材的強(qiáng)度；

6）相鄰兩塊板的連接槽應(yīng)套入后焊接。

3.2 套箱接縫加工處理

鋼套箱接縫既要滿足套箱側(cè)壁止水的目的，又要滿足板塊之間有效齒合、傳遞應(yīng)力的能力，因此接縫必須平直、凹凸對應(yīng)，齒合密切，縫間設(shè)有具有一定壓縮性而又不透水的軟橡膠墊。

接縫加工時(shí)要注意下列幾點(diǎn)：

1） 齒合縫必須上下順直、緊貼，為此加工時(shí)齒合部分應(yīng)合成加工，齒合部分單獨(dú)加工成型，然后與壁板（面板）焊接在一起，焊接時(shí)先間斷焊。

2） 齒合槽內(nèi)不允許有焊縫，焊縫應(yīng)設(shè)置在齒合槽的外側(cè)，對于齒合槽內(nèi)的任何凸起，都要打磨平整。

3） 止水橡膠墊板應(yīng)預(yù)先用膠水粘貼在齒合縫的一側(cè)齒合板上，為防止膠板掉落，齒合板面應(yīng)適當(dāng)打磨。

4） 齒合部分與面板焊接時(shí)應(yīng)采用防止齒合板變形的措施。

5） 止水橡膠板的厚度應(yīng)在7~10 mm，正條膠帶最好沒有接頭，如無法避免，應(yīng)采用斜接頭；膠板的硬度以手捏微微變形為宜。

接縫設(shè)計(jì)詳見圖2。

3.3 鋼套箱預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)加工與制作

預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)包括：預(yù)應(yīng)力索、拉桿、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、轉(zhuǎn)換接頭、張拉臺座等。

1） 預(yù)應(yīng)力索。預(yù)應(yīng)力索采用鋼絲繩，根據(jù)拉力的大小選擇，在長沙樞紐工程項(xiàng)目施工中選用了直徑φ28 mm的鋼絲繩[2]。根據(jù)套箱擋水水頭差的大小及套箱受力情況，確定預(yù)應(yīng)力索高度方向的分層布置，本工程設(shè)上下兩層預(yù)應(yīng)力索。

2） 拉桿。拉桿主要是方便預(yù)應(yīng)力的施加與卸載，多采用精軋螺紋鋼做拉桿，其直徑應(yīng)根據(jù)應(yīng)力確定，拉應(yīng)力值不能超過允許應(yīng)力的72%，拉桿的長度要保證接頭處于預(yù)應(yīng)力索槽內(nèi)。

3）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。由于鋼套箱需要的是水平的預(yù)加應(yīng)力，但為了施工方便，必須將其轉(zhuǎn)換為豎向，為此必須設(shè)置預(yù)應(yīng)力索轉(zhuǎn)向桿。轉(zhuǎn)向桿可采用無縫鋼管或者圓鋼，為了轉(zhuǎn)動(dòng)的需要，可在無縫鋼管或圓鋼的外面加設(shè)鋼套，鋼套的外徑應(yīng)不小于鋼絲繩轉(zhuǎn)動(dòng)最小半徑的要求。轉(zhuǎn)向桿應(yīng)與承力梁焊接牢固，使預(yù)應(yīng)力索與其呈垂直狀態(tài)。見圖3所示。

4）轉(zhuǎn)換接頭。預(yù)應(yīng)力索部分由鋼絲繩和精軋螺紋鋼構(gòu)成，其間通過轉(zhuǎn)換接頭連接。轉(zhuǎn)換接頭為獨(dú)立體系，可采用工廠化的加工件。見圖3所示。

5）張拉臺座。張拉臺座主要用于承受張拉時(shí)的壓力，臺座位于傳力鋼梁的最上端，與傳力鋼梁焊接成整體。張拉臺座要能滿足承受全部張拉荷載的能力，其鋼板厚度應(yīng)根據(jù)應(yīng)力計(jì)算確定。

6）壁板連接接頭。對于斷面尺寸較大的鋼套箱，面板間需平行同心連接，為了保證連接的可靠性，在接頭處設(shè)計(jì)有接頭預(yù)應(yīng)力索和內(nèi)置撐桿，撐桿采用鋼管加工，其與面板采用承插式，因此撐桿的規(guī)格應(yīng)與面板上的開孔嚴(yán)格對應(yīng)，同時(shí)撐桿與面板接觸處應(yīng)墊設(shè)橡膠止水環(huán)。詳見圖4。

4 鋼套箱施工要點(diǎn)

4.1 鋼套箱組裝

1）根據(jù)流水線施工要求，選用2艘或多艘300 t自航平板駁，在平板駁艙面上使用型鋼焊接制作鋼套箱拼裝平臺，然后在平臺上拼裝鋼套箱，如浮吊甲板面積較大，可直接在浮吊甲板上焊接拼裝平臺進(jìn)行拼裝。在陸上選一平地進(jìn)行拼裝平臺骨架的制作，整體吊裝上船進(jìn)行固定。

2）制作4根螺旋撐桿，4根連接桿件兩兩連接于帶有“V”形槽的壁板上。連接桿件的作用一是用于支撐壁板，使套箱壁板在套箱拼裝時(shí)不傾覆；二是在拼裝時(shí)可以利用螺旋撐桿來調(diào)整壁板的垂直度，保證套箱壁板在拼裝時(shí)垂直。螺旋撐桿由φ102×6鋼管、左右旋螺母及左右旋螺桿等材料制作，鋼管為Q235材質(zhì)，螺桿及螺母材質(zhì)為45號鋼。

3）橡膠止水的粘貼。橡膠止水條采用普通硅膠條，硅膠條寬度100 mm，采用萬能膠水粘貼在套箱的止水槽上。橡膠止水粘貼注意事項(xiàng)：①止水條應(yīng)盡量取整根完整無接頭的硅膠條；②如分縫較長，止水條宜采用萬能膠水斜接；③為保證粘貼效果，可對板面進(jìn)行打磨后粘貼；④每次套箱使用前應(yīng)對止水條進(jìn)行檢查，如發(fā)現(xiàn)損壞，立即更換或修補(bǔ)。

4）側(cè)板吊放。使用浮吊或履帶吊將鋼套箱壁板吊起，立放在平板駁艙面上的拼裝平臺上，然后將加工好的螺旋撐桿連接于壁板背面。使用三角板控制，調(diào)整螺旋撐桿來保證壁板垂直度。當(dāng)兩塊帶有“V”形槽的壁板按照定好的尺寸放好后，再吊放帶有“M”形槽的壁板。側(cè)板吊放操作要點(diǎn)及注意事項(xiàng)：①為保證側(cè)板安裝的準(zhǔn)確性，根據(jù)套箱的外形尺寸在拼裝平臺上使用圓鋼焊接定位及限位裝置；②船舶上拼裝套箱應(yīng)預(yù)制混凝土塊配重，保證套箱壁板分塊安放時(shí)船舶甲板大致水平；③6級及以上大風(fēng)天氣不得進(jìn)行板壁拼裝。見圖5。

5） 套箱組裝。板壁安放到位后使用鋼套箱上口的連接螺桿將4片套箱板壁連接起來，臨時(shí)固定。

6）穿索。4片板壁連接好后，將鋼絲繩從預(yù)留孔道中穿過，然后將索頭用鋼絲繩卡固定在轉(zhuǎn)換盤上，并將帶有精軋螺紋鋼的轉(zhuǎn)換盤安置在承力平臺上。施工過程中應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：①不得使用編結(jié)接長的鋼絲繩；②穿索之前應(yīng)對鋼絲繩進(jìn)行檢查，檢查內(nèi)容包括：鋼絲繩磨損程度、斷絲情況、腐蝕程度、潤滑情況、變形情況、鋼絲繩轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)換盤位置以及其他異?，F(xiàn)象等。視檢查情況，若有不合適的，必須立即更換；③兩股鋼絲繩重疊部位不得發(fā)生纏繞現(xiàn)象。

7） 張拉與錨固。拉桿穿好后，用2臺穿心千斤頂同時(shí)張拉同一高度的鋼絲繩至設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力值，張拉時(shí)需設(shè)置承力架。承力架采用20 mm厚的鋼板焊接而成，千斤頂放置在承力架上，邊張拉邊緊固精軋螺紋鋼上的螺母，當(dāng)張拉到位后將螺母擰緊、固定。

拼裝平臺制作質(zhì)量要求如表1。

表1 鋼套箱拼裝平臺制作允許偏差、檢驗(yàn)數(shù)量和方法[3]

4.2 鋼套箱下放

1） 基床整平?；驳恼讲捎盟险酱M(jìn)行，使用一艘350 t的自航平板駁改造成整平船，整平船上放置有18 m長臂挖機(jī)，長臂挖機(jī)底座應(yīng)使用型鋼進(jìn)行有效的固定，防止挖機(jī)滑移?；驳捻敇?biāo)高應(yīng)較設(shè)計(jì)標(biāo)高低20~30 cm?；舱角皯?yīng)先對基床的標(biāo)高進(jìn)行水下測量，高點(diǎn)挖除，低點(diǎn)補(bǔ)拋砂卵石，使基床標(biāo)高大致水平后在長臂挖機(jī)斗體上安裝刮平器進(jìn)行精平。待套箱安裝完成后在其內(nèi)部填充砂卵石至設(shè)計(jì)標(biāo)高，基床整平過程中使用測深砣檢測標(biāo)高。

2） 焊接限位導(dǎo)向裝置?；舱酵瓿珊?，先由測量人員測放鋼護(hù)筒中心線，根據(jù)鋼護(hù)筒中心線制作限位導(dǎo)向裝置。在制作限位導(dǎo)向裝置時(shí)要預(yù)留富余量，故限位導(dǎo)向裝置的結(jié)構(gòu)尺寸比鋼套箱每個(gè)方向往內(nèi)收1 cm?？紤]鋼套箱高度方向較高，故采用雙層限位。限位裝置采用φ50 mm彎曲鋼管，因?yàn)殇摴軇偠缺蠕摻詈?，而且鋼管表面光滑，有利于鋼套箱的下滑安裝。

3） 鋼套箱下放。基床整平完成，限位導(dǎo)向裝置焊接準(zhǔn)確后，使用50 t、80 t浮吊進(jìn)行套箱的起吊，吊裝鋼套箱時(shí)采用四點(diǎn)吊，整體吊裝。起吊鋼套箱時(shí)，鋼套箱吊耳全部起吊受力后，浮吊將整個(gè)套箱起吊10 cm，觀察其穩(wěn)定性。然后用浮吊下放鋼套箱，要始終保持整個(gè)套箱的穩(wěn)定性，并事前在套箱的內(nèi)壁上做好水尺進(jìn)行觀察。要求操作人員全部攜帶對講機(jī)，并使用統(tǒng)一頻道作為工作頻道，待套箱下放到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，浮吊進(jìn)行再次下放10 cm，觀察套箱的穩(wěn)定性。待下放完成后檢查鋼套箱的垂直度以及平面位置是否準(zhǔn)確，然后再進(jìn)行鋼套箱內(nèi)的平整工作以及鋼套箱內(nèi)的回填工作。見圖6。

4.3 封底

套箱安裝好后，套箱內(nèi)用砂卵石回填至設(shè)計(jì)封底混凝土底標(biāo)高，施工時(shí)可用長臂挖機(jī)配合。

封底采用“帶有底封口的混凝土導(dǎo)管技術(shù)”，導(dǎo)管可采用鉆孔樁澆筑用導(dǎo)管，也可用直徑300 mm的鋼管加工；漏斗的容積應(yīng)能滿足封底的需要。

操作平臺采用移動(dòng)式平臺，平臺采用小型型鋼焊接成寬度1 m、長約8 m的鋼桁架結(jié)構(gòu)，可以在套箱上移動(dòng)。

澆筑混凝土要加強(qiáng)對澆筑面的監(jiān)測控制，防止混凝土超澆，對于局部有超澆的地方，應(yīng)采用振搗棒振搗趕平；對于局部澆筑高度不足的地方可拖動(dòng)導(dǎo)管到該處補(bǔ)澆混凝土。

4.4 套箱拆除

封底后進(jìn)行承臺和墩身的施工，施工完后鋼套箱拆除，循環(huán)使用。拆除鋼套箱的過程為：先放張，然后解索，最后使用50 t、80 t浮吊分塊拆卸下來后，放置機(jī)駁上，清理套箱內(nèi)壁，以便循環(huán)使用。

5 結(jié)語

湘江長沙綜合樞紐船閘工程通過使用預(yù)應(yīng)力鋼套箱，圓滿完成了引航道水下112個(gè)墩臺的施工任務(wù)，保證了承臺的施工質(zhì)量，節(jié)約了施工成本，縮短了施工周期。

1）節(jié)約工期。對于由4塊壁板構(gòu)成的預(yù)應(yīng)力鋼套箱，在平臺上拼裝的時(shí)間約需2.5 h，拆除時(shí)間大約1 h，如果是邊拆、邊拼裝大約需要3.5 h。施工時(shí)只需要50~80 t的浮吊即可滿足施工強(qiáng)度要求。由于全部的工作都是在陸上或者船上進(jìn)行，不需要潛水作業(yè)，功效高，費(fèi)用省。對于外形尺寸較大的導(dǎo)流墩鋼套箱，采用分節(jié)下放，水下組拼的方案，全部采用預(yù)應(yīng)力鋼索連接，避免了潛水作業(yè)，解決了套箱重量大的問題，大大提高了工效，節(jié)約了工期。

2） 經(jīng)濟(jì)效益。若按傳統(tǒng)的不可拆卸的雙壁鋼套箱施工，共需制作大小套箱各56個(gè)，大套箱單個(gè)重約80 t[4]，小套箱單個(gè)重約36 t，112個(gè)需加工鋼套箱6 500 t，加工單價(jià)按7 100元/t計(jì)，需要資金4 615萬元；采取預(yù)應(yīng)力組合套箱，拆卸方便，大小套箱各制作了12套，大套箱單個(gè)重約36 t，小套箱單個(gè)重約20 t，前期僅需要投入鋼套箱672 t，由于設(shè)計(jì)加工簡單，制作單價(jià)降低為6 200元/t。總體節(jié)省投資約4 200萬元。

3） 社會(huì)效益。經(jīng)查新，目前國內(nèi)外尚未有同類型的鋼套箱出現(xiàn)以及相關(guān)的文獻(xiàn)，該類型的鋼套箱是最新設(shè)計(jì)方案。該設(shè)計(jì)方案已申報(bào)國家專利，目前國家專利局已經(jīng)受理，專利號為：ZL2011110246420.4。

由于現(xiàn)在橋梁以及其他水中構(gòu)筑物中鋼套箱的使用非常普遍，因而可以降低施工成本、加快施工進(jìn)度的預(yù)應(yīng)力易拆式鋼套箱將有非常廣闊的運(yùn)用前景。對于需要進(jìn)行鋼圍堰施工的水中構(gòu)筑物，采用預(yù)應(yīng)力易拆式鋼套箱是明智的選擇，在橋梁、碼頭、船塢等交通工程的施工中將大有可為。

[1]GB 50205—2001，鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

[2] 建筑施工計(jì)算手冊[M].2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[3]JTS257—2008，水運(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4] 韓偉奇.潮汐河深水承臺施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2010（4）：55-56.