鼓山大桥2#墩承台钢吊箱围堰的结构设计与施工

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中图分类号：TU74

摘要：就鼓山大桥2#墩深水高桩承台施工用钢吊箱围堰的结构设计与施工方法进行论述，介绍相应的施工特点。

关键词：，承台，钢吊箱围堰、结构、施工

引言

目前，深水结构物的基础施工方式主要有钢围堰、钢吊箱围堰等。其中钢吊箱围堰是为承台施工而设计的临时阻水结构，其作用是通过吊箱围堰侧板和底板上的封底混凝土围水，为承台施工提供无水的干燥施工环境。同钢围堰比较具有施工工期短、水流阻力小、利于通航、不需要沉入河床、施工难度小、混凝土用量少等特点，因而在大跨深水大型桥梁中得到广泛的应用。

福州市鼓山大桥及接线工程位于福州市东区，为连接城市二环和三环的市内快速通道。工程主线全长4.811866km。其中鼓山大桥长1520m，跨越闽江，是全线的重要控制性工程。鼓山大桥主桥为独塔自锚式悬索结构，跨度：50+150+235+35=470m。2#墩为水中墩，承台设计为独立式，承台尺寸为16.4m×16.4m×5m，承台底标高为+0.00m,承台顶标高为+5.00m，为矩形高桩承台。吊箱围堰由带喇叭口的底板、侧板、内支撑桁架组成、拼装平台、临时吊挂结构、护筒导向等部分组成，包括四周封堵砼总重124.7t。

由于2#墩位于闽江中，受地表径流、潮汐潮流共同作用，水流速度快，潮位变化大，水文条件复杂。综合考虑经济、施工条件、通航、工期影响，决定采用钢吊箱围堰工艺施工水中承台。

一、吊箱围堰的结构设计计算

钢吊箱围堰结构组要由侧板、底板、内支撑、吊挂系统这四大部分组成，其中侧板、底板为主要阻水结构。底板主要受竖向力。本桥由于位于感潮段，最不利受力工况为在最低水位时封底混凝土浇注阶段，此时其所受荷载有：封底混凝土自重、钢吊箱围堰自重和浮力。由此可进行底板的各项计算。侧板主要承受水平荷载，荷载取值可按《公路桥涵设计通用规范》中荷载组合取用：

∑Hi=净水压力+流水压力+风力+其他

本桥2#墩承台风力可以忽略不记，只要考虑净水压力和流水压力。其中，单位面积的净水压力按10kN/m2计，水压随高度按线性分布；流水压力按基础断面设计流速取值；侧板最不利受力工况为围堰内封底后抽干水，承台施工前的阶段，取此工况受力荷载组合，以内支撑、底板为侧板的支座进行计算进而验算包括侧板面板、横向、竖向主肋、加劲肋、连接螺栓、焊缝等结构的内力、变形及应力计算。

本设计计算书为2#墩承台吊箱围堰施工提供受力模型，验算吊箱围堰在各种工况下，其底板、内支撑桁架、侧板的面板及肋强度是否符合施工使用要求，确保吊箱围堰的底板、内支撑行架、侧板有足够的刚度、和强度及稳定性，在一定经济合理的前提下，使承台施工得以顺利进行。

1、基本数据

吊箱整体尺寸:16.4×16.4×6.0m ，吊箱顶标高：+5.5m，吊箱底标高：-0.50，吊箱面板厚：δ=6mm。底模作为一个整体布设面板，面板被肋分成区格500×300。

1）底板肋：

大肋：工C45 A=140.45cm2W=157cm3 I=35300cm4

［C32 A=61.3cmW=537.7 cm I=8602.9cm

［b14 A=21.31cmW=87.06cm I=609.4cm

小肋：∠63 ×5 A=6.14cmW=5.08cm I=23.17cm

2）侧模分顺桥向和横桥向：

顺桥向的整体尺寸为16.4m×6.00m；

横桥向的整体尺寸为16.4.4m×6.00m；

侧板竖肋：∠100 ×10 A=19.26 cmW=63.29 cmI=179.51 cm

横肋：[ A=45.62cmW=365.6 cm I=5118.4cm

2、荷载计算

1）荷载分类

吊箱围堰主要受到水的浮力，水的侧压力，浇注混凝土时产生的侧压力等荷载作用。

① 砼灌注时产生的荷载

砼供应量V=75m /h，则砼浇注速度υ=75÷（16.4× 16.4）=0.28m/h

查《公路桥涵施工技术规范》

侧压力 ；

γ—砼的容重，γ=24KN/m ；

t —新浇砼的初凝时间，这里取；

—外加剂影响修正系数，掺外加剂时为1.2；

—坍落度影响修正系数，当其为110~150mm时，取1.15。

则P =0.22×24×10×1.2×1.15×0.28 =38.6Kpa

自《公路桥涵施工技术规范》P 附表D，可以查到砼对底板所产生的水平荷载值很小，且底板尺寸很大，对底板的受力没有什么影响，故由此产生的冲击荷载可以忽略。

②水压计算时偏安全考虑，水位以施工常水位计。则底板的浮力为57KN/m ，侧板的水侧压力为10hKN/m 。

③砼的自重

承台浇注后，自重P=26×5=130KN/m

2） 各工况荷载分析

①工况1，吊箱抽水后，水位为最高潮水位时，吊箱底所受的向上的浮力为P=5.7×10=57KN/m ，侧板最大水压P=57KN/m 。

②工况2，吊箱封0.5m砼后，最高水位时底板受力P=（57-0.5×24）=45KN/m

③工况3，在最低水位+2.0时浇注承台砼，底板受力（5.0×26+0.5×24-2.5×10）=117KN/m ，方向与浮力相反。侧板受水压力和砼的侧压力控制，具体计算时再做分析。

④工况4，最高水位+5.2时浇注承台砼，底板受力（5.0×26-57+0.5×24）=85KN/m方向与浮力相反。

为方便加工和运输，侧板一般可在高度上和平面上分成多块组装而成，各分块之间可由侧板的横、竖肋及面板焊连，也可由螺栓直接连接。采用焊连结构时，焊后须做煤油渗透试验以检测焊缝的漏水情况；采用螺栓连接时，则在各分块之间加填高弹海绵或橡胶垫，用螺栓连接。本桥吊箱采用螺栓连接。内支撑一般由型钢组成的框梁和支撑柱或万能杆件支撑构架组成，本桥采用前者。其主要作用是减少围堰侧板的受力计算跨度，在围堰侧板计算时可得到内支撑所受荷载，进而可计算各项验算。吊挂系统主要受竖向荷载，最不利荷载工况为最低潮水位时，其主要受力来源于吊箱的自重。

封底混凝土作用主要止水结构之一，同时又做承台底模，其与钻孔桩钢护筒之间有足够的粘结力。本桥采用干封，即先封喇叭口，然后抽干吊箱内的水，再灌注封底混凝土。封底混凝土的作用不仅在于阻水，其与钢护筒之间的粘结力还可抵消一部分浮力。在吊箱上、下游侧侧板适当位置各安装一个φ150㎜的阀门（+2.0），以便喇叭口封堵后，使吊箱内、外水位保持平衡。

2 钢吊箱围堰的施工

2.1施工前的准本工作

收集桥址水文资料，实测涨潮落潮水位变化情况，并分析比较，了解台风情况，及时收听台风预报。实测河床标高，对影响吊箱安装的局部河床或其他障碍物及时清除，实测桩基钢护筒实际位置，并准备绘图。配备起吊装置（一般使用浮吊，本桥采用龙门吊，这样大大的节约了吊装成本）、船只及起吊工具等，拆除原有工作平台。

钢吊箱围堰加工及拼装

1） 吊箱加工：根据施工进度要求，吊箱要提前设计和加工。考虑整体工期安排和资源优化利用，吊箱加工场地可设置在钢结构加工场，加工完毕，进行预制场准备工作。吊箱加工质量以钢模板质量标准进行控制，尤其要求栓接面顺直平整，栓眼对齐。底板喇叭口位置按实测桩位偏差开孔，并相应调整底板加劲肋的位置。底板根据实际桩位偏移情况及钢护筒倾斜率等对喇叭口位置做相应调整后，须标明其对应桩位号，以便顺利下放吊箱。用钢板在吊箱底板与护筒间制作堵漏斜槽，为方便吊箱下沉，下喇叭口和钢护筒的间距有3—5cm。

2） 吊箱拼装：首先，吊箱应在加工场地试拼装，并将拼装好的每组吊箱进行编号。组装好确定无误后，拆卸分片运输至施工平台。吊箱的拼装按步骤在钻孔平成，逐块安装底板、侧板、内支撑、吊点、吊挂系统。整个吊箱一次拼装完成，逐步下放到位。侧板与侧板之间及侧板与底板之间均要求使用高弹海绵嵌缝堵漏。

3） 龙门吊试吊：吊箱围堰在拼装完毕经检查合格后，对龙门吊机进行试吊。试吊前要保证吊绳、卡环、吊点符合设计要求，确保龙门吊机能正常运行。试吊时，龙门吊机挂钩要处在吊箱顺桥向的轴线上，防止起吊时吊箱摆动；吊箱底板离开拼装平台不宜过高（20—30㎝）在试吊过程中，由测量组测量龙门吊机横梁竖向位移，不得超出规定值。试吊结束后，由机械和安质部门对龙门吊机进行必要的检查，由工程技术人员对吊箱结构进行全面的检查，在确保龙门吊机和吊箱围堰没有损坏的前提下才可以正式起吊下放。

4） 吊箱下沉：对组拼好的吊箱进行全面检查、调整。下沉时由指挥人员统一下令指挥，每次下落时现场技术员随时观察吊箱顶部是否水平及底部有无障碍情况。若发现吊箱下沉步均匀或倾斜时，应及时找出原因，调整水平后方可继续下沉。全部下沉到位后进行标高精确调整。

5） 焊防浮钢板，堵喇叭口：由于高潮水位时，吊箱内的水被抽干，水的浮力很大，吊箱下沉到位后，必须焊接防浮钢板，以防止钢吊箱上浮。由于本桥采用干封，先用干沙浆堵喇叭口，然后用混凝土堵漏，喇叭口的堵漏是吊箱成败的关键。首先是水下混凝土的性能，即用何种材料和配合比的问题。目前所用的还限于一般材料的混凝土，坍落度一般在18cm—20cm左右。喇叭口的混凝土的粘结力必须很强，不然在吊箱内水被抽干的情况下，水压力很大，有可能把堵漏混凝土冲开。

6） 二次体系转换：吊箱内的水抽干后，需要用钢板把底板和钻孔桩钢护筒连接，把吊箱的力通过钢板传到钢护筒上，那样就可以拆除吊挂系统。此体系转换是整个吊箱灌注混凝土过程中，吊箱所受的力都时由钢板传到钢护筒上，所以焊缝必须符合设计要求。所以二次体系转换是整个吊箱的受力关键控制。

7） 封底混凝土的浇注：吊箱封底混凝土即起吊箱防水有起配重作用，其质量必须达到承台混凝土的质量要求，经过计算封底混凝土的厚度为50cm。

箱内作业内容包括：a.切割钢护筒。将原钻孔桩钢护筒位于承台部分切割掉，以利于承台钢筋绑扎。b.封底混凝土凿毛，清洗干净。C.在侧模表面涂刷脱模剂。d.绑扎钢筋。

3 结语

有底钢吊箱在桥梁施工中得到充分的利用，它工序简单、易操作，分块装卸方便，大大的提高了生产效率，加快了该桥下部结构的施工进度；同时，该方案节约了大量的钢材，大大减少了封底混凝土的用量，避开了大面积浇注封底混凝土的施工难度，节约了浮吊的租赁费用，能够取得一定的经济效益。

参考文献：

（1） 《公路施工手册》桥涵/上册/交通部第一公路工程总公司主编-02版-北京:人民交通出版社,1991.11

（2） 毛伟畸.钢吊箱围堰的结构设计与施工中的几种方法(J).公路交通技术.2002(1):40-43.

（3） 《公路桥涵施工技术规范》.JTG/T F50-2011

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