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摘要：钢吊箱是深水高桩承台施工的重要措施性结构，通过对赤道几内亚Mbini大桥主21号墩的承台单壁钢吊箱施工的研究，介绍了单臂钢吊箱在深水高桩承台施工中的应用。
关键词：钢吊箱；施工；工艺；应用
Abstract: Steel Boxed Sham high pile cap construction important measures structure, through Equatorial Guinea the Mbini Bridge main Pier on the 21st of the order of the single-wall construction Steel Boxed, introduced a single-arm Steel Boxed in deep water pile cap construction.Keywords: Steel Boxed; construction; process; application
中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
赤道几内亚Mbini大桥主21号墩承台为深水高桩承台，按哑铃型设计，承台高4m，长35.10m，宽11.2m，混凝土1439m3，属于大体积混凝土。承台底标高为10.72m，顶标高为14.72m，高潮水位为。钢吊箱设计为单壁钢吊箱，吊箱侧壁板兼做承台模板，对侧板的加工精度要求较高，均按承台结构物模板标准加工。21号主墩位于WELE河入海口，受潮汐影响较大，涨潮落潮水位差和流速均较大，给钢吊箱的下放和定位均带来一定的困难，同时，对钢吊箱的加工要求有所提高，必须保证吊箱具有一定的侧向刚度，以抵抗静水和动水压力，同时，必须要求钢吊箱具有一定的强度，能够承受不同工况下的施工荷载和承台结构物的重力。钢吊箱施工的好坏，直接影响承台的质量，因此，科学合理的组织钢吊箱的施工是深水高桩承台施工的一项重要内容。
1、钢吊箱的结构
本桥主墩承台施工采用单壁有底钢吊箱施工，有底钢吊箱由底板、侧板和内支撑及反压、导向、悬吊、下放系统等组成，钢吊箱底板和侧板均为单壁肋板结构。
1.1吊箱底板
吊箱底板采用6mm厚钢板作为面板；面板小肋采用14号槽钢焊接成格构式结构。吊箱底板采用分块预制加工，50吨履带吊作为重要起重设备，现场拼装焊接。底板安放于横桥向承重主梁上。
1.2吊箱侧板
吊箱侧板采用6mm厚钢板作为面板，与纵横肋组成的单壁肋板结构，次肋和主肋组成的结构做承重结构，侧板面板外第一层分布肋为槽钢[8肋,间距30cm，第二层竖肋为工28a型钢，间距约为100cm ，环向主肋围囹为H400或者工40型钢，竖向设3道，间距约2m。侧板高5.00m，横向分20块。为方便水下拆装，侧板嵌立于底板上，侧板分块之间用M16螺栓连接（其中高程+12.40以下侧板连接螺栓需涂黄油）。
1.3悬吊系统和千斤顶下放系统
采用2根I28a型钢置于钢护筒顶口做扁担梁，吊杆为φ32精轧螺纹钢筋，吊杆与吊箱底板横桥向桁架肋连接，吊箱设置30套千斤顶下放系统，30个下放吊点；千斤顶为16吨手动螺旋千斤顶，千斤顶总起重能力为30×16t＝480t，钢吊箱总量约为200吨，千斤顶起重能力满足要求。设置30套悬吊系统，30个悬吊吊点。下放吊箱过程中30个吊点应同步下放。
1.4反压系统
为克服潮水及波浪对吊箱的浮托力，用工28a型钢剖开或槽20做压杆，压杆焊接于吊箱底板面层上，反压系统与内支撑立杆连接成一个整体。
1.5内支撑及导向系统
承台吊箱内共设置一层内支撑，内支撑用H40a型钢，底标高＋14.920m，每点立杆为1根槽钢[20竖立成为立柱，与反压系统的1/2工28或槽20焊接连接，内支撑与侧板焊接，通过型钢肋支撑于水平环向主肋H400或者工40型钢上。导向系统为工28a型钢，设置在承台周圈外围护筒上。
图1赤道几内亚钢吊箱整体安装布置图
2、钢吊箱的施工工艺
钢吊箱的施工工艺流程如图2所示。
图2单壁钢套箱施工工艺流程图
3、钢吊箱的施工要点
3.1钢吊箱原理
在深水钻孔灌注桩桩基完成后, 拆除施工平台，用墩旁支栈桥上的履带吊将钢吊箱逐部分拼装成整体后, 安装下放, 然后通过力的转换, 将整个吊箱重量( 及以后浇注封底混凝土重量)悬吊在钻孔桩主钢护筒顶部, 然后灌注水下混凝土封底, 待水下混凝土形成强度后, 钢吊箱即和封底混凝土结合在一起, 并通过拉压杆和封底混凝土内的剪力键系统锚固在钢护筒上,抽干水后, 撤去原来的钢吊箱吊杆系统, 然后进行承台施工。封底混凝土形成承台底模, 钢吊箱侧板可作为承台侧模。
3.2钢吊箱制作
钢吊箱在加工场分块加工制作，加工时必须严格按照设计要求进行制作。钢吊箱半成品必须分类堆放，并张贴、涂写唯一的标识。堆放时应采取防止其变形的措施。钢吊箱侧板面板上的焊缝检查有无渗漏。焊缝厚度和长度必须达到图纸要求。吊箱各分块板加工完成后，应自行进行相邻板块间的试拼，以检验钢吊箱加工误差和加工质量。
3.3钻孔平台拆除、测量放样及清除护筒周围海生物和铁锈等
钻孔灌注桩施工完成后，拆除钻孔平台面板及型钢分配梁，割除钢护筒上的牛腿，整平钢护筒顶口，为安装吊箱悬吊及下放系统扁担梁使用。割除钻孔平台的上、下层平联。拆除下来的型钢需及时回收作吊箱侧板水平环向主肋使用，拆除下来的工28a型钢作过渡墩承台吊箱底板材料使用。
先在钢护筒上放出桩的设计中心，测量每个导向系统对应位置的护筒倾斜度和平面位置，以计算导向系统的尺寸。根据实测数据、尺寸进行导向系统构件的加工。在拼装吊箱底板后，下放吊箱前，需清除护筒壁+9.920m标高以上附着的海生物残骸，以保证吊箱顺利下放。
3.4钢吊箱拼装
在墩位上，利用吊车组拼吊箱底板，并临时固定在钢护筒上（底板临时固定位置为底板底标高约为＋11.320m，距离护筒顶口约200cm）。位置应在允许偏差范围内。安装部分千斤顶下放系统，通过千斤顶下放系统上下调节相邻分块板的相对位置进行拼装焊接。
底板拼装完成后，安装剩余千斤顶下放系统和悬吊系统，安装承台周边钢护筒上的第一层导向系统（顶标高为＋11.720m），调整吊箱底板水平（底板面板顶标高为＋11.320m），准备拼装吊箱侧板。
利用50t吊车逐块安装吊箱侧板，并用型钢或手拉葫芦将每块吊箱侧板与相邻钢护筒临时固定。拼接相邻两块吊箱侧板，调整后焊接水平围囹。吊箱侧板接缝应严密，防止漏水或漏浆。侧板拼装完成后，安装内支撑。
3.5钢吊箱下放
鋼吊箱下放，宜选择风浪较小，水流速较小的时段进行。吊箱下放前，解除吊箱侧板与钢护筒的临时连接。吊箱下放20cm为一行程，下放过程需统一协调指挥，在千斤顶位置处设置标尺控制下放速度，保证30个千斤顶下放吊点基本同步下放，并同步观测每个钢护筒周围吊箱底板开孔是否留有足够空间，以便及时修正吊箱底板上预留孔洞大小。
当吊箱底板面板顶标高下放到＋10.920m标高时，安装第二层导向系统，并根据钢护筒的实际偏位和倾斜预估吊箱下放到位时，底板在钢护筒周围的开孔大小，对吊箱底板钢护筒周围的开孔进行修正，然后继续下放到设计标高位置。
吊箱下放过程中，安排专人观察吊箱内外水头变化，保持吊箱内外水头一致，必要时利用水泵进行调整。利用水平千斤顶、导向系统及千斤顶下放系统对钢吊箱进行纠偏、调位。
钢吊箱下放至设计标高后，第二次清除护筒外表面氧化层铁锈及附着海生物，以保证封底混凝土与钢护筒之间的粘结力。在低潮位时放置护筒周围封堵板，在水面以上将封堵板上伸的钢筋与钢护筒焊接。最后用高压海绵或者长条砂布袋填塞护筒与吊箱底板间的缝隙，以防止漏浆。
3.6钢吊箱施工监控
吊箱在下放过程中应保证均匀水平下放，各个吊点不同步的偏差应控制在不大于15mm。钢吊箱下放到位后，测量并调整钢吊箱平面及高程偏差，符合要求后及时将钢吊箱固定在钢护筒上。
3.7钢吊箱封底
承台封底混凝土一次浇注完毕，为减少每次连续浇注混凝土数量，保证封底混凝土质量，整个承台吊箱封底混凝土分2个仓浇注，每个分仓面积163.4m2，净面积122.7 m2。吊箱分仓隔板布设胡须筋，在吊箱拼装完成后下放前设置。
吊箱下放到位后，采用导管法灌注水下封底砼，一次连续浇注一个仓封底混凝土。每个仓布设8-12点封底，为了确保首批砼能将初始浇注的导管埋深0.5m以上，通过计算首批砼数量不应小于7.0m3，储存首批砼的料斗选用不小于8.0m3的储料斗。
封底砼浇筑的顺序为：由靠下游一侧的点开始，向另一侧推进。砼灌注过程中导管不随砼面升高而提升，以保证导管最小埋置深度控制在不小于0.40～0.60m。在砼灌注过程中，用标尺测量砼浇注高度和扩展情况，并由人工整平混凝土顶面。
封底砼浇筑完毕，砼强度达到设计标号后，进行抽水检查封底砼的质量。检查密封性、砼表面质量、平整度等。如有严重渗漏现象，采取钻孔压浆等办法进行堵漏补强；凿除表面松散的砂浆及砼。
3.8焊接剪力键钢筋及干环境浇注20cm厚封底混凝土找平层
当封底混凝土强度达到设计强度后，封堵吊箱底板开孔，进行吊箱内排水，检查封底混凝土质量，若封底混凝土产生微小渗漏时采用水玻璃或涂刷高效防水材料止水。焊接护筒周围剪力键钢筋，适当铺设钢筋网，浇注20cm封底混凝土找平层，顶标高为+10.720m。
3.9钢护筒切割及桩顶处理
当封底砼找平层强度达到设计强度，进行钢护筒的切割处理，钢护筒切割标高为10.82m。再次检查封底砼质量，若封底砼产生微小渗漏时采用快凝防水砂浆或涂层材料止水。
4、结语
(1) 在钢吊箱施工阶段通过悬吊系统将钢吊箱吊挂在成桩后的钢护筒上, 受力明确，在吊箱底板上进行封底混凝土施工, 风险小。在承台施工阶段，依靠封底混凝土与钢护筒的握裹力和剪力键钢筋共同作用承受承台重量和施工荷载以及钢吊箱的自重。
(2) 钢吊箱不受水流对河床冲刷的影响, 其底标高只需满足封底混凝土施工的要求即可, 因而吊箱的结构高度与钢套箱相比变小, 虽然增加了底板及吊杆, 但用钢总量较钢套箱少。
(3) 本钢吊箱采取分块制作、分块现场安装的制作吊装工艺, 需要的起重设备的起重能力相对较小, 50T履带吊在支栈桥上即可完成吊装。同时吊装方法可靠性高、技术风险小, 对吊箱各工况下的受力要求相对不高。
(4) 采用剪力键钢筋加强封底混凝土与钢护筒的握裹力，对于承台体积较小, 水下埋深较小的高桩承台施工适用性强。剪力键钢筋既能抵抗部分浮力, 降低封底混凝土高度, 又能起到拉桿的作用承受承台混凝土的自重。同时采用千斤顶下沉的方法合理地取消了大型浮吊设备。
该钢吊箱结构设计考虑充分, 施工方法精细合理。采用有底单壁钢吊箱法施工主墩承台, 成功解决了深水高桩承台基础的施工难题, 可供类似施工提供参考和借鉴。
关键词：钢吊箱；施工；工艺；应用
Abstract: Steel Boxed Sham high pile cap construction important measures structure, through Equatorial Guinea the Mbini Bridge main Pier on the 21st of the order of the single-wall construction Steel Boxed, introduced a single-arm Steel Boxed in deep water pile cap construction.Keywords: Steel Boxed; construction; process; application
中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
赤道几内亚Mbini大桥主21号墩承台为深水高桩承台，按哑铃型设计，承台高4m，长35.10m，宽11.2m，混凝土1439m3，属于大体积混凝土。承台底标高为10.72m，顶标高为14.72m，高潮水位为。钢吊箱设计为单壁钢吊箱，吊箱侧壁板兼做承台模板，对侧板的加工精度要求较高，均按承台结构物模板标准加工。21号主墩位于WELE河入海口，受潮汐影响较大，涨潮落潮水位差和流速均较大，给钢吊箱的下放和定位均带来一定的困难，同时，对钢吊箱的加工要求有所提高，必须保证吊箱具有一定的侧向刚度，以抵抗静水和动水压力，同时，必须要求钢吊箱具有一定的强度，能够承受不同工况下的施工荷载和承台结构物的重力。钢吊箱施工的好坏，直接影响承台的质量，因此，科学合理的组织钢吊箱的施工是深水高桩承台施工的一项重要内容。
1、钢吊箱的结构
本桥主墩承台施工采用单壁有底钢吊箱施工，有底钢吊箱由底板、侧板和内支撑及反压、导向、悬吊、下放系统等组成，钢吊箱底板和侧板均为单壁肋板结构。
1.1吊箱底板
吊箱底板采用6mm厚钢板作为面板；面板小肋采用14号槽钢焊接成格构式结构。吊箱底板采用分块预制加工，50吨履带吊作为重要起重设备，现场拼装焊接。底板安放于横桥向承重主梁上。
1.2吊箱侧板
吊箱侧板采用6mm厚钢板作为面板，与纵横肋组成的单壁肋板结构，次肋和主肋组成的结构做承重结构，侧板面板外第一层分布肋为槽钢[8肋,间距30cm，第二层竖肋为工28a型钢，间距约为100cm ，环向主肋围囹为H400或者工40型钢，竖向设3道，间距约2m。侧板高5.00m，横向分20块。为方便水下拆装，侧板嵌立于底板上，侧板分块之间用M16螺栓连接（其中高程+12.40以下侧板连接螺栓需涂黄油）。
1.3悬吊系统和千斤顶下放系统
采用2根I28a型钢置于钢护筒顶口做扁担梁，吊杆为φ32精轧螺纹钢筋，吊杆与吊箱底板横桥向桁架肋连接，吊箱设置30套千斤顶下放系统，30个下放吊点；千斤顶为16吨手动螺旋千斤顶，千斤顶总起重能力为30×16t＝480t，钢吊箱总量约为200吨，千斤顶起重能力满足要求。设置30套悬吊系统，30个悬吊吊点。下放吊箱过程中30个吊点应同步下放。
1.4反压系统
为克服潮水及波浪对吊箱的浮托力，用工28a型钢剖开或槽20做压杆，压杆焊接于吊箱底板面层上，反压系统与内支撑立杆连接成一个整体。
1.5内支撑及导向系统
承台吊箱内共设置一层内支撑，内支撑用H40a型钢，底标高＋14.920m，每点立杆为1根槽钢[20竖立成为立柱，与反压系统的1/2工28或槽20焊接连接，内支撑与侧板焊接，通过型钢肋支撑于水平环向主肋H400或者工40型钢上。导向系统为工28a型钢，设置在承台周圈外围护筒上。
图1赤道几内亚钢吊箱整体安装布置图
2、钢吊箱的施工工艺
钢吊箱的施工工艺流程如图2所示。
图2单壁钢套箱施工工艺流程图
3、钢吊箱的施工要点
3.1钢吊箱原理
在深水钻孔灌注桩桩基完成后, 拆除施工平台，用墩旁支栈桥上的履带吊将钢吊箱逐部分拼装成整体后, 安装下放, 然后通过力的转换, 将整个吊箱重量( 及以后浇注封底混凝土重量)悬吊在钻孔桩主钢护筒顶部, 然后灌注水下混凝土封底, 待水下混凝土形成强度后, 钢吊箱即和封底混凝土结合在一起, 并通过拉压杆和封底混凝土内的剪力键系统锚固在钢护筒上,抽干水后, 撤去原来的钢吊箱吊杆系统, 然后进行承台施工。封底混凝土形成承台底模, 钢吊箱侧板可作为承台侧模。
3.2钢吊箱制作
钢吊箱在加工场分块加工制作，加工时必须严格按照设计要求进行制作。钢吊箱半成品必须分类堆放，并张贴、涂写唯一的标识。堆放时应采取防止其变形的措施。钢吊箱侧板面板上的焊缝检查有无渗漏。焊缝厚度和长度必须达到图纸要求。吊箱各分块板加工完成后，应自行进行相邻板块间的试拼，以检验钢吊箱加工误差和加工质量。
3.3钻孔平台拆除、测量放样及清除护筒周围海生物和铁锈等
钻孔灌注桩施工完成后，拆除钻孔平台面板及型钢分配梁，割除钢护筒上的牛腿，整平钢护筒顶口，为安装吊箱悬吊及下放系统扁担梁使用。割除钻孔平台的上、下层平联。拆除下来的型钢需及时回收作吊箱侧板水平环向主肋使用，拆除下来的工28a型钢作过渡墩承台吊箱底板材料使用。
先在钢护筒上放出桩的设计中心，测量每个导向系统对应位置的护筒倾斜度和平面位置，以计算导向系统的尺寸。根据实测数据、尺寸进行导向系统构件的加工。在拼装吊箱底板后，下放吊箱前，需清除护筒壁+9.920m标高以上附着的海生物残骸，以保证吊箱顺利下放。
3.4钢吊箱拼装
在墩位上，利用吊车组拼吊箱底板，并临时固定在钢护筒上（底板临时固定位置为底板底标高约为＋11.320m，距离护筒顶口约200cm）。位置应在允许偏差范围内。安装部分千斤顶下放系统，通过千斤顶下放系统上下调节相邻分块板的相对位置进行拼装焊接。
底板拼装完成后，安装剩余千斤顶下放系统和悬吊系统，安装承台周边钢护筒上的第一层导向系统（顶标高为＋11.720m），调整吊箱底板水平（底板面板顶标高为＋11.320m），准备拼装吊箱侧板。
利用50t吊车逐块安装吊箱侧板，并用型钢或手拉葫芦将每块吊箱侧板与相邻钢护筒临时固定。拼接相邻两块吊箱侧板，调整后焊接水平围囹。吊箱侧板接缝应严密，防止漏水或漏浆。侧板拼装完成后，安装内支撑。
3.5钢吊箱下放
鋼吊箱下放，宜选择风浪较小，水流速较小的时段进行。吊箱下放前，解除吊箱侧板与钢护筒的临时连接。吊箱下放20cm为一行程，下放过程需统一协调指挥，在千斤顶位置处设置标尺控制下放速度，保证30个千斤顶下放吊点基本同步下放，并同步观测每个钢护筒周围吊箱底板开孔是否留有足够空间，以便及时修正吊箱底板上预留孔洞大小。
当吊箱底板面板顶标高下放到＋10.920m标高时，安装第二层导向系统，并根据钢护筒的实际偏位和倾斜预估吊箱下放到位时，底板在钢护筒周围的开孔大小，对吊箱底板钢护筒周围的开孔进行修正，然后继续下放到设计标高位置。
吊箱下放过程中，安排专人观察吊箱内外水头变化，保持吊箱内外水头一致，必要时利用水泵进行调整。利用水平千斤顶、导向系统及千斤顶下放系统对钢吊箱进行纠偏、调位。
钢吊箱下放至设计标高后，第二次清除护筒外表面氧化层铁锈及附着海生物，以保证封底混凝土与钢护筒之间的粘结力。在低潮位时放置护筒周围封堵板，在水面以上将封堵板上伸的钢筋与钢护筒焊接。最后用高压海绵或者长条砂布袋填塞护筒与吊箱底板间的缝隙，以防止漏浆。
3.6钢吊箱施工监控
吊箱在下放过程中应保证均匀水平下放，各个吊点不同步的偏差应控制在不大于15mm。钢吊箱下放到位后，测量并调整钢吊箱平面及高程偏差，符合要求后及时将钢吊箱固定在钢护筒上。
3.7钢吊箱封底
承台封底混凝土一次浇注完毕，为减少每次连续浇注混凝土数量，保证封底混凝土质量，整个承台吊箱封底混凝土分2个仓浇注，每个分仓面积163.4m2，净面积122.7 m2。吊箱分仓隔板布设胡须筋，在吊箱拼装完成后下放前设置。
吊箱下放到位后，采用导管法灌注水下封底砼，一次连续浇注一个仓封底混凝土。每个仓布设8-12点封底，为了确保首批砼能将初始浇注的导管埋深0.5m以上，通过计算首批砼数量不应小于7.0m3，储存首批砼的料斗选用不小于8.0m3的储料斗。
封底砼浇筑的顺序为：由靠下游一侧的点开始，向另一侧推进。砼灌注过程中导管不随砼面升高而提升，以保证导管最小埋置深度控制在不小于0.40～0.60m。在砼灌注过程中，用标尺测量砼浇注高度和扩展情况，并由人工整平混凝土顶面。
封底砼浇筑完毕，砼强度达到设计标号后，进行抽水检查封底砼的质量。检查密封性、砼表面质量、平整度等。如有严重渗漏现象，采取钻孔压浆等办法进行堵漏补强；凿除表面松散的砂浆及砼。
3.8焊接剪力键钢筋及干环境浇注20cm厚封底混凝土找平层
当封底混凝土强度达到设计强度后，封堵吊箱底板开孔，进行吊箱内排水，检查封底混凝土质量，若封底混凝土产生微小渗漏时采用水玻璃或涂刷高效防水材料止水。焊接护筒周围剪力键钢筋，适当铺设钢筋网，浇注20cm封底混凝土找平层，顶标高为+10.720m。
3.9钢护筒切割及桩顶处理
当封底砼找平层强度达到设计强度，进行钢护筒的切割处理，钢护筒切割标高为10.82m。再次检查封底砼质量，若封底砼产生微小渗漏时采用快凝防水砂浆或涂层材料止水。
4、结语
(1) 在钢吊箱施工阶段通过悬吊系统将钢吊箱吊挂在成桩后的钢护筒上, 受力明确，在吊箱底板上进行封底混凝土施工, 风险小。在承台施工阶段，依靠封底混凝土与钢护筒的握裹力和剪力键钢筋共同作用承受承台重量和施工荷载以及钢吊箱的自重。
(2) 钢吊箱不受水流对河床冲刷的影响, 其底标高只需满足封底混凝土施工的要求即可, 因而吊箱的结构高度与钢套箱相比变小, 虽然增加了底板及吊杆, 但用钢总量较钢套箱少。
(3) 本钢吊箱采取分块制作、分块现场安装的制作吊装工艺, 需要的起重设备的起重能力相对较小, 50T履带吊在支栈桥上即可完成吊装。同时吊装方法可靠性高、技术风险小, 对吊箱各工况下的受力要求相对不高。
(4) 采用剪力键钢筋加强封底混凝土与钢护筒的握裹力，对于承台体积较小, 水下埋深较小的高桩承台施工适用性强。剪力键钢筋既能抵抗部分浮力, 降低封底混凝土高度, 又能起到拉桿的作用承受承台混凝土的自重。同时采用千斤顶下沉的方法合理地取消了大型浮吊设备。
该钢吊箱结构设计考虑充分, 施工方法精细合理。采用有底单壁钢吊箱法施工主墩承台, 成功解决了深水高桩承台基础的施工难题, 可供类似施工提供参考和借鉴。