超大型钢吊箱水上整体拼装下放施工工法适用范围

《超大型钢吊箱水上整体拼装下放施工工法》适用于长江中下游、海上施工水域大型深水桥梁，吊箱规模较为庞大常规大型浮吊无法满足施工要求或因施工不便而不能整体吊装的深水基础施工；对于风浪潮频繁的长江口和近海区域，更具优势。同时，对于其他行业大型水工结构长距离下放入水落床也十分适用。

超大型钢吊箱水上整体拼装下放施工工法工艺原理

《超大型钢吊箱水上整体拼装下放施工工法》的工艺原理叙述如下：

1.利用水中桩基为依托和支撑，大型千斤顶采用计算机进行群顶同步控制，整体拼装下放钢吊箱入水，作为深水承台施工的围水结构，实现水下基础向水上塔身的施工转换。

2.钢吊箱与永久结构防撞体系相结合，在吊箱底板上增设桁架，使封底混凝土、吊箱壁板、底板等结构结合为整体；同时增强底板刚度以及壁板悬吊底板的能力，为在壁板上布置吊点靠壁板悬吊底板创造了条件。

3.在施工现场，下放钻孔平台顶板至水面上一定高度，并固定于护筒牛腿上转换成为吊箱底板；以此为拼装平台，整节拼装钢吊箱壁板等其他构件。

4.吊箱下放利用已完成的桩基及吊箱外围的靠船桩为支撑，在壁板上布置12个吊点，利用40台千斤顶整体下放。

5.通过传感器及计算机集中控制柜对全部的千斤顶位移及荷载进行同步控制，保证荷载均匀分配，避免因个别吊点下放不同步造成荷载不均匀而产生事故的现象。

6.施工过程中，通过在吊箱结构及支撑桩上布置的应力应变测点，对结构下放过程中的应力、支撑桩不均匀沉降进行实时监控，实现信息化管理，确保了施工安全。

7.利用吊箱壁双壁箱式结构的特点，合理抽水、加水以克服潮差的影响，调整吊箱在水中的姿态及标高，便于竖向定位。利用内侧钢护筒和外侧钢管桩受力，通过下放吊点位置设置反压杆竖向锁定，通过水平千斤顶可调水平定位系统定位。

8.利用已完成的桩基作为支撑，通过焊接与吊箱底板与桩基护筒之间的拉压杆，将封底混凝土及吊箱荷载传递至桩基。

超大型钢吊箱水上整体拼装下放施工工法施工工艺

• 工艺流程

《超大型钢吊箱水上整体拼装下放施工工法》的工艺流程如图1所示。

• 操作要点

《超大型钢吊箱水上整体拼装下放施工工法》的操作要点如下：

一、钢吊箱构件的加工运输

1.构件的加工主要包括壁板、内支撑及底板桁架，均在有资质的钢结构加工厂分块加工。

2.壁板的加工组装要求在胎架上完成，要保证胎架有足够的刚度和平整度，确保壁体加工质量。

壁板加工质量要求：单块长度方向尺寸偏差±15毫米；壁体厚度偏差±2毫米；外形对角线偏差±20毫米；高度方向尺寸偏差0/ 30毫米。

3.壁板的分块充分考虑吊装设备的起吊能力，接头应避开钢箱（龙骨）50厘米左右；为保证拼装精度，每块壁板加工时均留有50毫米的余量，现场定位后切割，从而避免误差累计。

4.内支撑为空间桁架结构，其分块应充分考虑运输便利与吊装能力；拆分成片状平面桁架结构，接头避开节点20厘米以上；为方便内支撑与壁板的连接，管端采用弧形钢板（哈佛板）连接，便于调整现场拼装偏差；为便于现场操作，内支撑块件之间的连接采用螺栓预连接后焊缝补强的形式。

5.施焊前必须彻底清理待焊区的铁锈、氧化铁皮、油污、水分等杂质；焊接过程中尽量减少立焊、仰焊；焊后必须清理熔渣及飞溅物等。当焊缝高度超过6毫米时，应分层焊接，每层焊缝4~5毫米，必须严格清除每层焊渣。

6.所有构件的加工应在桩基结束前1个半月启动，以保证现场拼装的连续性。

二、分区下放底板至下平联，并调平合拢

1.利用钻孔平台顶板作为吊箱底板，钻孔完成后，对平台顶板进行测量、检修并加固。

2.底板须由原钻孔平台位置下放到吊箱拼装标高（吊箱拼装标高应尽可能低，同时高出施工期间高水位 0.5米）。

3.安装底板下放至壁板拼装高度处的支撑牛腿，顶面统一调平标高。

4.底板下放作为吊箱整体下放的试验工艺，采用计算机控制同步下放技术，分上、下游两次下放完成。

5.在上游底板上安装底板下放系统，包括因底板刚度不够而增设的吊具梁、千斤顶及支撑垫梁等结构。底板分区下放系统如图2所示。

6.提升底板脱离支撑上平联，锁定下放系统，快速切割完毕后，下放底板至壁板拼装平台高度处的支撑牛腿上。

7.将上、下游底板焊接为整体，并对底板各结构进行补焊，最终完成由桩基支撑平台向钢吊箱底板的转换。

三、分片区安装底板桁架及拉压杆下铰座

1.底板上设置桁架，伸入承台内40厘米，将水下封底混凝土、承台、底板、壁板等结构连为整体，共同形成防撞体系。

2.防撞桁架在加工厂分件加工，并严格编号。

3.在钢吊箱底板上测量、绘制防撞桁架安装后的轮廓线。

4.依据绘制好的轮廓线，分件安装防撞桁架及内支撑支架，拼装顺序为先周边、后中间核心部位

5.接头应避开交义点1米左右，并尽可能设在直线位置以便于定位和调整，交叉点处的结构可在后场加工成整体，在现场整块安装。

6.将各防撞桁架分件连接为整体，并将防撞桁架与底板（主梁）焊接为整体，完成防撞桁架的安装。

7.弦杆作为主受力构件，要按《钢结构结点手册》中相关要求连接。

8.防撞桁架拼装就位后，同时作为壁板拼装过程中的内靠架，便于壁板定位和稳定。

四、水上整节拼装壁板

1.壁板低水位以下的箱体内腔灌注混凝土而作为防撞结构的一部分。

2.壁板在专业加工厂平面分块、竖向整节加工，并严格编号。

3.分块原则：分块大小以吊装设备性能控制，并尽可能减少分块，避免在结构转角、竖向龙骨位置分块。

4.加工顺序：与拼装顺序一致即由上下游侧向承台中部纵轴线位置合拢，分4个工作面对称进行。壁板分块如图3所示。

5.利用运梁船将壁板从水上运输至现场。

6.采用动臂吊机（或浮吊）吊装壁板，并将其安放于壁板支撑平台上。

7.壁板水上整节拼装稳定工艺：拼装高度在10～15米左右，按8级风力验算单块及整体稳定性；起始块段拼装阶段，稳定性最差，采用壁板顶端内外拉缆、防撞桁架及时与壁板焊接形成内靠架等形式抗倾覆。

8.每吊装一块壁板，即将其与已安装的壁板焊接为一个整体，并将壁板与底板、防撞桁架焊接为一个整体。

9.拼装误差采用单块测控消除法，即每块壁板安装前，根据测量放样情况，切割余量后安装于设计位置，避免拼装误差的累积。

10.在承台中部纵轴线处对壁板进行合拢焊接，完成壁板的拼装。为保证合拢精度，合拢块两侧均设置50毫米的余量，在精确测量并切割余量后，进行合拢。

11.壁板安装时的偏差可利用50吨千斤顶纠正，垂直度偏差利用锚固于底板或护筒的缆风，通过5吨链条葫芦调整。

12.拼装质量要求：

外形平面尺寸偏差：0/＋50毫米；内口平面尺寸偏差：0/ 50毫米；外形对角线尺寸偏差：0/ 70毫米；内口对角线尺寸偏差：0/＋70毫米；壁板倾斜度：≤H/1000；壁板面板平整度：≤3毫米（3米尺）；高度偏差：0/ 30毫米。

五、安装内支撑

1.在加工厂分块加工内支撑，并试拼、编号。

2.加工顺序与拼装顺序一致：即由上下游侧向承台中部，跟进壁板拼装施工形成整体结构。内支撑分块如图4所示。

3.利用甲板驳船将内支撑运输至现场。

4.利用动臂吊机（或浮吊）吊装分块内支撑，并将分块内支撑与已安装的壁板及内支撑焊接为一个整体。

5.内支撑接头离开交叉点1米，使单件块段形成" "字形稳定结构，同时现场接头为标准环形截面形式，避免了空间交线。

6.随着壁板的安装跟进安装内支撑，最终在承台哑铃处完成内支撑的安装。

六、拉压杆的安装

1.拉压杆的工作原理；封底混凝土浇筑阶段，作为"拉杆"。上下端分别与吊箱底板及桩基护筒相连，直接承受混凝土自重，并将荷载传递至桩基；抽水后，作为压杆，在封底顶面与护筒相连，与封底混凝土一起承受水浮力，增强抗浮稳定性。

2.在加工厂加工拉压杆杆件、拉压杆上铰座及下饺座等，并严格编号。

3.在底板上焊接拉压杆下较座。

4.采用动臂吊机安装拉压杆，并临时固定于内支撑上。

5.拉压杆在条件许可时宜做成整节形式，便于临时固定；在与护筒焊接前，不需预拉紧固。

七、水平定位系统及导向系统的安装

1.导向系统主要是在吊箱下放过程中起平面位置约束作用，随着吊箱的下放以及水流冲击，呈现为动态约束，因此选择球形橡胶护弦，这样与吊箱、护筒弹性摩擦接触，避免了下放过程中出现卡死或局部破坏的现象。

2.定位系统在吊箱下放到位后、封底施工阶段对吊箱平面位置起约束作用，通过刚性结构将吊箱与桩基固结成整体，定位系统结构强度必须足以克服迎水压力和涨落潮竖向力，确保封底过程中，吊箱结构纹丝不动。

3.水平定位系统和导向系统在后场预加工。

4.在现场根据护筒偏位情况，测量安装水平定位系统和导向系统。

5.导向系统安装时，必须确保在钢吊箱下放过程中，导向系统与护筒之间有5厘米的空隙。

6.水平定位系统预安装与设计位置，与护筒之间的距离以不影响下放为原则；吊箱下放到位并纠偏后，水下利用千斤顶推出定位系统卡紧护筒。

八、钢吊箱整体下放

1.安装整体下放系统，参照支撑桩位置精确安装，其中：悬吊梁安装允许偏差：±20毫米；千斤顶安装允许偏差：±10毫米；吊索（钢绞线）安装垂直度；与铅垂面夹角≤3°。

钢吊箱下放系统如图5所示。

下放设备的总体及单点承载能力均应大于理论荷载2倍以上。

2.布置下放系统同步监测系统。

3.布置结构安全监测系统。

4.在钢吊箱各构件均焊接完成以后，对各吊点进行单点试提。

5.单点试提无异常，即对钢吊箱进行整体试提。

6.钢吊箱整体试提无异常，正式提升钢吊箱。

7.拆除底板下放的支撑牛腿及平联。

8.下放范围内的障碍物探测、河床探测。

9.下放钢吊箱直至入水自浮，选择下放时机，确保低平潮入水，下放速度控制在1.5～2.0米/小时。

10.拆除悬吊系统。

11.对各箱室独立对称加水以下沉钢吊箱；通过加水，使其在低潮位时在设计标高以下。

九、吊箱下放过程中的信息化控制手段

1.布置安全监测元件，包括关键结构应力监测元件、支撑桩差异沉降元件及底板变形监控元件。元件的布置以结构仿真计算数据为依据，对称布置于应力较大的部位。

2.群顶同步性监测元件，包括荷载同步性监测元件（压力传感器）及位移同步性监测设施（长距离传感器以及激光测距仪）。仪器布置要求每个吊点、每台千斤顶均处于位移荷载双控状态。

3.结构应力测试，在拼装及试吊阶段，每工班测试一次，下放阶段每30分钟测试一次；同时，在吊箱完全悬空、接近水面、入水1米这三种关键状态下必须各测试一次；测试过程中，停止下放，监测结果正常并与计算基本吻合（正负偏差不超过20%）时再继续下放。

4.同步性监测由计算机控制柜自动适时采集。一旦不同步性超过5%时，自动报警，所有千斤顶自动锁死，停止下放以确保安全。

5.下放同步性采用位移荷载双控，具体控制要求为±5%。

十、吊箱竖向锁定

1.选取低潮位时将竖向限位梁安放于壁板上，并安放连接钢管

2.在高潮位时，壁板上浮至设计位置，焊接连接钢管及原有悬吊梁。竖向定位装置如图6所示。

3.对钢吊箱进行抽水，使其在低潮位时也在设计标高处。

十一、吊箱平面纠偏定位

1.在上两层水平定位系统处安放千斤顶，调整钢吊箱的水平位置。水平定位装置如图7所示。

2.钢吊箱调整到设计位置后，由潜水员将楔块安放于最下层水平定位系统处。

3.将千斤顶用型钢替换，完成钢吊箱的水平锁定。

4.将拉压杆上铰座与钢护筒焊接。

5.受涨落潮影响（3米潮差），竖向水平定位必须相互协调配合，通常先竖向定位，再快速顶升水平调节千斤顶，完成水平锁定。

6.吊箱完成定位后，应及时加固，采用型钢和钢管将壁板和护筒焊接牢固，确保封底过程中吊箱不产生位移。

7.吊箱定位稳定后，及时焊接拉压杆，按先周边后中心的顺序安装拉杆。首先，在护筒上用油漆标明上铰座的准确位置和标高；其次，在拉杆顶端穿上销子与上铰座固定在一起，拉直拉杆，将铰座耳板与护筒焊接牢固。为避免拉杆挂错护筒，拉杆上铰座应按设计院提供的桩位护筒编号统一作出标记，现场焊接时统一对号入座，并便于检查。

十二、底板封堵与清理、封底混凝土浇筑

1.拉压杆与钢护筒焊接完成后，由潜水工在水下用钢丝刷清洗护筒，并清除底板上残留的杂物。

2.底板封堵：采用弧形板及麻袋干混凝土封堵，每个护筒周边的弧形板等分为4~6块，单件重40千克左右。下放前将各块封堵板分开、后移布置于底板开孔边各处，利用螺栓临时固定；吊装定位后，潜水员水下紧固封堵板贴紧护筒。底板封堵如图8所示。

3.以满足导管布点为原则进行封底施工平台搭设，布置导管。

4.水下混凝土浇筑：封底厚度在3米以内时，采用全高度推进的形式浇筑，推进过程由两侧向中间，基本对称进行。

结合混凝土供应能力，对封底混凝土进行分仓分区，相对独立施工，降低混凝土供应中断造成的风险。分仓分区应尽量对称，混凝土浇筑时先中间仓后两边仓，逐仓对称进行。

5.标高监控：通过改善混凝土的工作性能和加密导管布置，尽可能使封底混凝土顶面平整；为减小抽水后的凿除量，同时保证有足够的封底厚度，封底混凝土顶标高控制在[-20厘米， 10厘米]以内较合理。

十三、拉压杆转换

抽水、转换拉压杆拉压杆转换如图9所示。

1.待封底混凝土达到一定强度后，封闭连通管，抽出吊箱内的水

2.将拉杆与护筒连接位置由水面以上，转换至封底混凝土顶面，最终形成压杆。

3.找平封底混凝土。

至此，吊箱施工完成，干施工环境形成转入水上承台施工环节。

• 劳动力组织

《超大型钢吊箱水上整体拼装下放施工工法》劳动力组织如表1所示。