新型吊挂系统在钢吊箱施工中的成功应用

刘忠友，沈菊燕

（中交二航局第三工程有限公司，江苏 镇江 212003）

0 引言

随着桥梁向大跨度发展，基础承载能力要求越来越高，深水中大体积承台大都采用吊箱工艺，吊箱的重量最大已达近2 000 t，每个承台设计有大型桩基数十根。吊箱与桩之间的连接都需要吊挂方式来连接，并承受将来的施工荷载[1]。过去基本采用的都是绞结、抽屉式牛腿等模式，上述工艺都要求钢吊箱在吊放安装时进行大量的焊接工作，功效低，大型船机占用时间长，成本高[2-4]。在施工常州夹江管线桥工程时设计了旋转挂架工艺，其预备工作全部在钢吊箱吊放之前完成，吊放时，只需打开旋臂挂架，然后将拉杆纳入导向架内即可全自动完成其余的工作，安全、效率高。

常州港录安洲港区化工码头跨江管线桥工程位于已建成开通的夹江大桥下游约1.9 km处，距离录安洲下游洲头约330 m，东临江阴市，与泰兴市隔江相望，8号墩是管线桥的中间主墩，位于夹江中间，距离两侧岸边约200 m，泥面标高-18.0 m，承台底标高-2.75 m。

8号墩平面尺寸为23.7 m×30.1 m，承台高度5.0 m，基础为20根直径2.5 m的钻孔灌注桩，承台上部有4.5 m高的防撞墙。8号墩钢吊箱总重420余t，加上套箱封底混凝土的重量，总重量2 000 余 t。

1 结构原理及特点

旋转挂架是用来承受钢吊箱及吊箱封底混凝土荷载的承力结构，通过精轧螺纹钢筋及锚固系统将钢吊箱及吊箱封底混凝土的荷载传递到桩上，结构布置情况如图1、图2所示。

图1 旋转挂架结构图Fig.1 Rotating hanger structure

图2 吊箱底板穿孔图Fig.2 Boring a holeon hanging box bottom

旋转挂架利用杠杆原理，动力臂远大于阻力臂，在绞点处施加一个较小的限制力，就可满足拉杆承载力要求。钻孔桩的护筒壁可视为杠杆的支点，拉杆点为阻力点，绞点为动力点。为减小阻力臂，拉杆应紧贴钢护筒外壁。

旋转挂架在动力点处设置有绞点，整个挂架可以绕绞点转动，在拉杆承受荷载前，为方便钢吊箱下放，旋转挂架应旋转到钢护筒内，待钢吊箱底板完全套进桩头后将挂架旋转，使挂架头部伸出护筒，以便连接拉杆。

利用精轧螺纹钢筋作为传力系统，精轧螺纹钢竖向摆放，上端安装在挂架盒上，下端用螺栓锚固在钢吊箱的底板上。精轧螺纹钢在受力时只受到轴向的拉力荷载，可以充分发挥精轧螺纹钢高强度的特点。

旋转挂架可控性能较好，在受荷期间不会产生不可预见的下沉及变形。旋转挂架的绞位于护筒内，压力点位于护筒壁上，来自吊箱及吊箱封底混凝土的荷载可通过精轧螺纹钢、挂架很好的传递到护筒的壁上。旋转挂架可预先加工、安装，节省工程时间。

2 设计制作与安装

2.1 设计制作

旋转挂架顾名思义具有转动及支撑作用，挂架系统可以在加工车间或工地按图加工好后焊接在已完成钻孔桩的钢护筒内，见图1。新设计挂架为绞连接、可翻转结构，主要包括以下组成部分：

1）吊筋：每根桩采用4根直径32 mm的精轧螺纹钢，两头用套筒螺母。

2）挂架旋转臂：活动挂架的腹板采用Q235厚度20 mm的钢板，底板采用10 mm厚的Q235钢板。

3）挂架盒：挂架盒除封头板采用20 mm厚度的钢板外，其它全部为10 mm厚的Q235钢板。

4）挂架绞：挂架盒插销孔直径36 mm，活动挂架插销孔为32 mm，插销直径为30 mm。

5）垫板：主要用于扩散应力。由于吊筋跟钢护筒有1个小夹角，楔型垫板采用变坡为30∶1的钢板，最薄边厚度不小于20 mm。

6）十字梁：用于传递挂架受到的弯矩，采用I20工字钢制作。

7）穿孔：吊筋需穿过吊箱的底板，为防止破坏底板的整体性，穿孔处需加套管，套管采用无缝钢管，无缝钢管需与相邻底板钢梁的HN型钢满焊连接，焊缝高度不小于7 mm。无缝钢管也是钢吊箱的1个受力点，焊接完成后，对焊缝进行全面检查，确保焊缝质量符合设计要求。由于精轧螺纹钢连接到无缝钢管和挂架盒上后，精轧螺纹钢与竖直线有一定的夹角，焊接无缝钢管时根据精轧螺纹钢安装后与竖直线夹角的大小，适当地调整无缝钢管的倾斜度，避免精轧螺纹钢弯曲受力，见图2。

旋转挂架的旋转部分可在加工厂加工成型，但挂架盒及联系梁必须在现场焊接。焊接质量要满足钢结构施工规范的要求。

2.2 旋转挂架安装

旋转挂架在钻孔灌注桩完成后即可着手加工，在吊箱安装前挂架必须安装到位，安装时需要注意以下几点：

1）挂架与挂架盒之间采用绞结，挂架可以在挂架盒内90°旋转，在吊箱吊装前挂架应翻向桩内侧，待吊箱底板预留孔洞全部套住桩头后将挂架向外翻转，挂架的加劲板应完全压在钢护筒的筒壁上，不应留缝。

2）挂架端部设有斜向拉杆导向角钢，用于使拉杆自动就位。

3）拉杆的长度须根据桩的偏位情况及吊箱连接点的实际位置，经实测确定，并预先将长度定好。

2.3 钢吊箱安装

1）拉杆穿孔及固定

无缝钢管焊好后，将9 m长的精轧螺纹钢一端先套上套筒并将套筒拧进精轧螺纹钢约50 cm，将套上套筒的精轧螺纹钢穿过无缝钢管，再在端头穿上垫片，套上套筒螺母，套筒螺母拧进精轧螺纹钢5 cm，将底板上面的套筒螺母拧紧。为了防止精轧螺纹钢歪倒，影响钢吊箱对位下放，在钢吊箱内顺长度和宽度方向分别拉设8根、10根细钢丝绳，将精轧螺纹钢顶端用麻绳绑扎在细钢丝绳上，固定精轧螺纹钢。

2）钢吊箱吊装

钢吊箱采用600 t浮吊吊装。当钢吊箱沉放至距设计标高3～5 cm时，停止沉放，将精轧螺纹钢卡入挂架盒内，垫上垫片（垫片与挂架盒焊接，防止滑脱）并上紧套筒螺母。精轧螺纹钢套筒全部上好后，用扭矩扳手校核使精轧螺纹钢受力基本均匀。浮吊缓慢松钩，将荷载缓慢地从浮吊上转移到精轧螺纹钢上。

当钢吊箱的荷载全部从浮吊上转移到精轧螺纹钢上之后，用扭矩扳手（或带度数的千斤顶）再次校核精轧螺纹钢的受力情况，使每根精轧螺纹钢的受力基本均匀。若精轧螺纹钢受力不均匀，浇筑封底混凝土时荷载将会集中在先前受力较大的精轧螺纹钢上，可能超过精轧螺纹钢的承载能力，致使精轧螺纹钢拉断，造成严重后果。

3 使用效果

钢套箱在工地附近码头上加工成型，直接用600 t的浮吊吊运，吊运距离约600 m，用时3 h，浮吊就位及安装时间共用时8 h，钢吊箱完全就位，浮吊脱钩离开施工现场。安装就位后通过测力扳手调整每个拉杆的拉力以接近理论值。3 d后采用导管法浇筑了吊箱1.5 m厚的封底混凝土。经检查旋转挂架完好无损，变形在可控范围内。使用后旋转挂架可以回收，用于其它类似工程。

采用旋转挂架不但节省了船机费用和数十吨的钢材，并且简化了施工程序，使钢吊箱的施工具有更好的可操作性。

该项技术已经被批准为国家专利技术，专利名称：水中承台钢吊箱旋转挂臂装置，专利号：ZL2011 2 000572.0，在今后的深水桥墩钢吊箱的施工中具有广泛的推广价值。

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