深水高桩全拆装式单壁钢吊箱设计与施工
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内容提要：对传统的单壁钢吊箱进行了优化设计，使底板全部能拆除、无水下施工，节约了施工成本，减小了安全风险。该钢吊箱设计具有经济高效、操作方便、安全可靠、质量易于控制、可周转使用等优点。
1工程概况
青岛海湾大桥位于胶州湾北部，是我国北方寒冷海域一座大型海上桥梁集群工程，跨海桥长25.880km。基础均采用钻孔灌注桩，承台采用四边形圆倒角承台，顶标高全部为0.30m，承台厚3.0m，平面尺寸为6.9m×6.9m。承台顶面标高+0.30m，底面标高-2.70m。
2传统钢吊箱的改进
传统钢吊箱主要对深水高桩承台进行施工，在桩基完成后，将装有扁担梁且已拼成整体的钢吊箱悬挂在定位桩桩顶，进行水下混凝土封底，这样为承台施工提供了一个干燥的工作环境。这种方法虽施工简单方便，但有些地方仍需改进，钢吊箱底板在封底时与混凝土连成了整体，造成了底板不能进行周转，材料浪费严重；水下部分侧板和底板、侧板和侧板直接采用螺栓连接，拆除难度较大，需人工潜水进行水下作业，锈蚀后水下切割费用高；依靠封底混凝土的粘结力提供支撑，造成封底混凝土厚度大，浪费较多。
全拆装式单壁钢吊箱的设计是对以上三方面进行了优化，使用功能更趋合理。
3 全拆装式单壁钢吊箱结构
3.1结构尺寸
综合各工况条件、水位条件和承台结构尺寸，确定钢吊箱尺寸：吊箱底板平面内净尺寸：8.5m×8.5m (承台平面尺寸为6.9m×6.9m，吊箱底板平面每边比承台平面尺寸宽出0.8m,即侧板内边缘到承台外边缘距离为0.8m，便于施工)；
侧板顶面设计标高：+3.30m（保证承台施工在干燥无水的条件下进行，当施工水位接近+3.30m时，增设1.0m防浪板）；
底板顶面设计标高：-3.60m（封底混凝土厚度为0.9m,承台底标高为-2.70m）；
内支撑标高：+0.6m和+3.0m。
3.2钢吊箱构成
主要有底板、侧板、内支撑、吊挂系统四大部分组成
3.2.1底板
底板由面板和纵横梁组成，横梁为4组I45a双肢工字钢，纵梁为I10工字钢，面板为δ=4mm钢板。底板开孔应根据钢护筒中心坐标、护筒倾斜度及拼装平台高程进行，底板和护筒间的空隙采用胶皮结合钢板进行堵漏。面板之间采用焊接，底板面板直接铺放在下部型钢框架上，利用和侧板连接时的螺栓孔位及侧板压力进行限位固定。纵梁分块焊接，直接铺放在横梁上；底板吊杆侧采用∠10×100的角钢进行加强，加强角钢焊接在底板面板上，和侧板角钢相扣，角钢之间加垫10mm的橡塑板；非吊杆侧采用∠160×100×10的角钢加强，在加强角钢上开孔，间距50cm，将螺帽焊接在角钢下面，利用Φ28圆钢套丝，采用长螺杆连接底板和侧板，螺杆的拆除在水上进行。
3.2.2侧板
侧板分为4m（下节）、3m(上节)两节，整块制作。[8槽钢做纵肋，横肋为I25a工字钢，外侧竖肋为Ⅰ36a工字钢，在侧板分节的上下两端距边缘0.3m各设一根I20a工字钢进行加强；面板采用6mm的钢板，和槽钢焊接连接。
非吊杆侧侧板与底板之间采用螺栓（长螺杆）连接，缝间设置10mm泡沫橡胶板以防漏水；吊杆侧侧板和底板连接采用∠10×100角钢相扣，进行限位。吊箱侧板横向分节及竖向拼缝水上部分均采用螺栓连接，竖向拼缝水下部分通过侧板外侧横肋工字钢进行扣接，减少了模板拆除时水下操作工作。
为了保持吊箱内外水头一致，结合桥位区潮水情况及封堵的实施，在吊箱吊杆侧侧板上对称开2个直径10cm的圆孔。开孔位置标高-1.0m。
钢吊箱下沉入水后受流水力的作用，吊箱会发生漂移，为便于调整吊箱位置，确保顺利下沉，在吊箱侧板内壁与钢护筒之间设三层导向系统，每层4个导向。导向系统由导向钢板、定位器（短型钢）及调位千斤顶组成。定位是在吊箱下沉到位后，封底混凝土凝固前，为防止水流力、波浪力及靠船力等动荷载对自由悬挂的钢吊箱发生挠动，影响封底混凝土质量而设置固定装置。定位主要利用钢护筒的稳定性将下沉到位的钢吊箱通过定位器与钢护筒连成整体达到钢吊箱的定位。
3.2.3吊箱内支撑
八字形水平斜撑结构，杆端与侧板利用螺栓连接成一体，水平斜撑由I20a工字钢组成，在侧板上加连接板，杆端通过连接板与侧板利用螺栓连接成一体。
3.2.4吊箱吊挂系统
吊挂系统由贝雷梁、吊杆梁、平台横梁、扁担梁、支撑梁、吊杆及钢护筒组成，吊挂系统的作用是承担吊箱自重及封底混凝土的重量，同时利用吊杆对侧板进行限位，增强模板的整体稳定性。
贝雷梁是支撑吊杆梁及平台横梁，并将荷载传递至护筒。吊杆梁设置在贝雷梁上，共2排，由2I45a工字钢组成，并将吊杆荷载传递给贝雷梁。平台横梁为吊箱下放及封底混凝土施工提供工作面。吊杆是由 φ32mm精轧螺纹及与之配套的连接器、螺帽组成，共8根吊杆，吊杆下端通过焊接在横梁上的螺帽固定到底板横梁上，上端固定到吊挂系统的吊杆梁上。在底板上共设置2排吊杆，位于底板两端，通过侧板上的支撑梁对吊杆侧侧板进行限位。
4 施工工艺
4.1施工准备
吊箱施工前，将侧板及底板在加工场加工制作试拼合格后用挂车运输至平台位置，以进行拼装。同时测量做好相应的准备，施工现场做好吊箱下放的船只、浮吊的准备工作。
4.2吊箱拼装及下沉
底板：在钢护筒的设计位置处，用I45工字钢穿过钢护筒，搭设成简易平台。浮吊将底板吊至简易平台上进行拼装。完成之后安装吊挂系统，拼装侧板，安装封堵板，焊接预埋钢带，吊箱入水。
侧板：利用浮吊结合倒链对称悬挂安装下节侧板。在下节侧板拼装的同时完成临时吊挂系统及外侧下节吊挂系统的安装。吊挂系统就绪后，下放吊箱给上节侧板的拼装提供工作面。拼装完上节侧板后，连接外侧吊杆，转换体系，拆除临时吊杆。侧板安装完成后，进行下放。
内支撑：侧板拼装完毕尚未下放前，在设计位置处进行内支撑的焊接，内支撑通过连接板和槽钢栓接在侧板上。
套箱下沉利用四台60吨液压穿心千斤顶，用精轧螺纹螺帽来调整各吊点高程，每次升降高度严格控制在150mm以内，沉放时，要有专人指挥，协调一致，以确保套箱下沉的平稳安全，避免扭曲变形。若吊箱下沉过程中箱内水面明显低于箱外水面，用两台水泵对称向箱内抽水。
4.3吊箱定位与堵漏
吊箱下放到位后用型钢将导向型钢和护筒焊死，确保吊箱围堰在后续的水封施工中不得有平面位移。然后用四台千斤顶同时对8根吊杆进行调整，使其受力均匀 。护筒开口封堵板用橡胶皮带，将橡胶皮带用螺栓固定在圆形压板上，利用橡胶皮带包紧护筒以达到封堵的目的。
4.4钢带的焊接及封底混凝土的浇筑
吊箱入水前，每根钢护筒周围焊接6根钢带，顶端高于封底混凝土顶部标高30cm。抽水后，将钢带顶端焊接到护筒上，增加了封底混凝土和护筒间的粘结力，封底混凝土厚度由1.6m减小到0.9m。
封底混凝土的浇筑采用一次成型法，为保证封底混凝土厚度一致，在导管上设置附着式振动器，测量封底混凝土顶面发现混凝土堆积时开动振动器，找平顶面。待混凝土达到设计强度的80%以上后，进行箱内抽水，抽水时应限制抽水速度，密切观察套箱状况，以确保安全。抽水后，套箱侧板拼缝处可能会有个别漏水处，要用棉纱或棉絮进行封堵处理。
4.5吊箱拆除
拆除时，首先分片拆除上节侧板，然后依次拆除长螺杆及精轧螺纹，抽出底板纵横梁，最后按照下节侧板的扣结顺序依次拆除下节侧板。底板拆除时，解除吊杆限位，水上拆除螺杆，则底板纵横梁和面板自动分离，吊出纵横梁分块，周转使用。
5结论
全拆装式钢吊箱的设计优化，是对传统钢吊箱设计的突破。每套钢吊箱节约底板钢材10t、封底混凝土50.6方,节约了施工成本。在显著降低成本的同时，极大地减少水下工作量，消除了安全隐患，其经济和社会效益效果显著。