单壁钢吊箱设计及施工技术

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【摘要】单壁钢吊箱技术是目前围堰工程主要的施工技术之一，在桥梁承台施工中经常被使用，本文对单壁钢吊箱施工技术作以简要的分析，并对其设计研究进行深入探讨。

【关键词】单壁钢吊箱；施工技术；设计

1.单壁钢吊箱围堰施工的简要介绍

佛山市南庄至西樵山根公路工程西樵大桥连接南庄和山根公路，跨越顺德水道，主桥独塔平行双索面钢箱梁斜拉桥，跨径组合为120+125=245m。主墩承台位于顺德水道主航道，该位置航运较繁忙，水流湍急，施工受风、浪、流、台风的影响较大，月最高水位差为7.5m，每年汛期既受台风暴潮的直接侵袭，又受北江和西江洪水的直接威胁，工程建设的组织和安全控制难度高，主桥承台采用单壁钢吊箱施工。

单壁钢吊箱作为水下施工的临时性挡水结构，其作用是通过吊箱围堰侧板和底板上的封底混凝土为承台提供干施工环境。一般情况下，主桥承台属于深水高桩的大直径圆形承台，在深水高桩、强涌潮区的承台施工中，挡水结构是施工中最重要的临时结构，其施工的优劣性直接体现出承台施工的质量，而在此特点的水域使用钢吊箱作为施工的挡水支护，体现出经济性和安全性的特点。在主桥承台施工过程中，使用大直径圆形单壁钢吊箱作为挡水结构，取得了很好的效果，也为强涌潮区的圆形承台施工提供了经验。

2.单壁钢吊箱设计工况分析

对于单壁钢吊箱工艺设计的考虑有诸多因素的参与，首先是其工况条件，根据钢吊箱围堰施工作业时段，设计受力状态可按以下几个工况进行分析，有拼装下沉阶段、封底混凝土施工阶段和抽水后承台施工阶段。其次是水位条件，桥址多年平均潮水最高为7-9月份6m，枯水季节平均水位为3m，而根据吊箱施工时间安排，吊箱围堰抽水将在枯水季节进行，目前水位为1.9m，基于此，我们确定钢吊箱设计抽水水位为+3.00m，以此水位条件控制钢吊箱设计。在洪水来临之际，暂不施工。然后是结构设计条件，综合各工况条件，潮位条件确定钢吊箱结构设计条件：58#墩（水最深，以此墩为例）；围堰平面内净尺寸：11.4m×9.4m（比承台平面尺寸大10cm，考虑吊箱围堰侧板兼做承台模板）；侧板顶面设计标高+3.99m；底板顶面设计标高-3.01m；侧板高7m；内支撑标高+3.99m，+1.49m（承台高度范围内无支撑）；设计抽水潮位+3.0m。

3.单壁钢吊箱设计

单壁钢吊箱围堰的作用是通过吊箱围堰侧板、底板和封底混凝土围水，为承台施工提供无水的施工环境，根据有底钢吊箱使用功能，将其分为侧板、底板、内支撑、吊挂系统四大部分，其中，侧板、底板和封底混凝土是钢吊箱围堰的主要阻水结构并兼作承台模板。钢吊箱支撑梁在拼装底板前放置在焊接在钢护筒的牛腿上，支撑梁由上、下两层型钢梁组成，可分别按上述工况进行计算确定支撑梁截面，支撑梁上面放置预制混凝土底板，底板事先在岸侧分块预制好，并在每个分块处留1cm的缝隙，以方便安装。底板尺寸比套箱侧板大50cm左右，即采用“底包侧”的方案。同时，要利用钻孔桩护筒设置拼装平台，在钻孔桩护筒上同一水平高度焊接承重牛腿，牛腿上放置底梁，然后在底纵梁上铺设吊箱底板，将侧板在底板上拼装成箱体，侧板拐角处垫橡皮条并涂防水胶以保证吊箱泌水性。其中，底纵梁选用满足受力要求的型钢结构，并用钢丝绳拴于钻孔平台上，待以后拆模抽取纵梁。

上承系统是以钻孔桩钢护筒为依托将钢吊箱悬挂其上进行钢吊箱的拼装、下沉、浇筑封底混凝土等工作。起吊系统包括承重梁、滑车、吊杆等部分，承重梁是由工字钢组成，主要承受吊箱的重量，起吊系统的下沉是通过5t链滑车实现，吊杆用Φ32精轧螺纹钢，由Φ32螺纹钢螺母加垫片固定，当吊箱下沉到位后，浇筑水下混凝土之前将吊杆另一端通过螺纹钢连接器加垫片固定在承重梁上。钢吊箱下沉入水后受水流作用，会向下游漂流，吊箱下放到位后，为防止水流压力、波浪压力及靠船力等动荷载对自由悬挂的钢吊箱发生扰动，在吊箱、护筒上设置了导向定位器。导向定位器定位基点在钢护筒上，要与钢护筒焊接，与钢吊箱侧板留30mm～40mm的间距。悬吊系统Φ32精轧螺纹钢作为吊杆，使用螺纹钢连接器和螺母，根据吊箱重量预留一定的安全储备，主要是以最大受力吊杆伸长量来控制。详见下图1。

图1 钢吊箱立面图

4.单壁钢吊箱施工

钢吊箱的拼装设计是利用钻孔桩施工平台，钻孔桩施工完成后，撤离钻机，整理施工平台，在钢管桩与钻孔桩钢护筒间焊接型钢作为首节钢吊箱的施工平台，利用25T汽车吊进行吊装分节组拼、接高等相关吊装作业。

在吊箱内护筒上焊接工作平台，先用倒链将底纵梁提高，割除牛腿后，同步松多个倒链，下沉钢吊箱，下沉过程中仔细观察倒链受力的松紧程度，再适时调整，以保证倒链承重均匀。下沉全过程，用测量仪器控制方位，使吊箱准确就位。也可以采用逐节拼装下沉钢吊箱的方法，通过实践，这种方法在深水承台施工中获得了成功，此方法不仅无须大型水上施工设备，而且经济、方便、快捷。还可以采用单壁吊箱结构在下沉时利用钻孔固定平台的方法，以护筒为依托，节约吊箱以及辅助材料所用的钢材，更安全可靠，且施工速度快。

封底混凝土灌注是吊箱围堰施工成败的一大关键，主要难点是水下混凝土灌注面积大，而且水位深，在吊箱混凝土封底中，混凝土随时可能被水冲刷稀释而解散，质量难以保证。封底前做好各项准备工作，将底板与护筒间的缝隙封堵压紧，确保封底混凝土的握裹力，同时增强封底混凝土的止水效果，浇筑时采用水下不离析自流平混凝土，动态监测浇筑面，使封底混凝土质量大大提高，保证了承台施工质量，使得承台施工质量优良。经过精心组织、科学施工后，承台各分项工程合格率达到100%，优良率达到95%。

待混凝土强度达到设计强度时，用水泵将吊箱内的水抽出，抽水过程中，严密观察吊箱变形情况及吊箱水泌情况，一旦发表漏水则将吊箱漏水处用棉絮堵死。由于吊箱自重较大，所以起重倒链与钢丝绳的安装工作必须严格按照起重规范进行操作。

5.结束语

最后，通过文章对单壁钢吊箱施工技术的简要介绍和对其技术设计的深入探讨，更好的为围堰工程奠定基础，作为临时的挡水结构，单壁钢吊箱无疑是成功的挡水做法，保证了工程的质量和安全。

参考文献

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