大型深水承台单壁钢吊箱施工技术

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【摘 要】佛山西樵大桥跨越顺德水道，在深水高流速以及大型水上起重设备使用受限条件下，采用单壁钢吊箱方案进行大型深水高桩承台施工，钢吊箱自主设计、现场加工拼装，使用4台液压泵站、16台千斤顶实现同步下放及精确定位，通过拉压杆系统完成受力转换，承台平面位置、尺寸、高程等均满足设计规范要求。本工艺具有施工难度小、设备要求低、定位精确、成本低廉的优点，对于大型水上起重设备无法到达河段的深水承台施工，具有积极的借鉴作用。

【关键词】高流速；深水承台；单壁；钢吊箱

1. 工程概况

佛山市西樵大桥扩建工程，起于佛山市禅城区南庄镇龙津路，终于南海区西樵镇山根村，西樵大桥主桥跨越顺德水道，主桥采用独塔双索面钢箱梁斜拉桥形式，主塔为门式结构，设计主塔顶标高为92.86m，跨径组合为120＋125=245m，桥面全宽42.5m。桥梁基础采用20根直径2.0m的钻孔灌注桩，桩顶标高为-0.85m；主墩承台为哑铃型结构，横桥向长55.6m，顺桥向宽度为13.6m，系梁段尺寸为14.4m×5.5m×4.5m，承台顶标高为3.5m，封底混泥土底标高为-3.0m，顶标高为-1.0m，其平立面分别见图1、2。主墩承台位于顺德水道之中，施工期间河水流速为2.5m/s，平均水深其重难点主要在以下两个方面：

（1）本工程河道水流流速较高，流向紊乱，钢吊箱运输及安装难度较大。

（2）本工程位于顺德水道主航道上，大型货运船只航运繁忙，施工水域受到局限，大型水上起重设备无法到达，严重影响水上起重吊装能力。

图1 主墩承台平面图

图2 主墩承台立面图

2. 钢吊箱选型与设计

2.1 钢吊箱造型。对于流速高、流向紊乱河段的承台施工，目前国内一般采用双壁钢吊箱工艺。因受本工程工况影响无法使用大型起重设备以致吊箱单块过重而无法吊装。在综合考虑本项目工期、结构特点、工况及施工经验的基础上，本工程钢吊箱侧板采用单壁结构。

2.2 钢吊箱设计。本工程的钢吊箱结构分为棚架系统、底板、侧壁、内撑、下放系统、导向轮、定位系统、拉压杆（固定系统）八个部分。其中侧板、底板是钢吊箱围堰的主要阻水结构，兼作承台模板。

（1）棚架：钢吊箱安装时作为安装支撑点承受钢吊箱的重量，主梁采用I56a。

（2）底板：考虑到吊箱自重大，底板主梁采用I40a的工字钢，次梁采用I25a的工字钢，面板采用8mm厚的钢板，同时在系梁段对称设置6根800x10mm的抗拔桩，用于后续施工。底板左右幅对称加工成10块，详见图3，现场拼装，底板开孔根据成桩后钢护筒的实测数据进行。

图3 底板分块示意图（3）侧壁：主要承受水平荷载，采用单壁结构。根据承台形式及安装时70t履带吊的起吊能力，将本吊箱侧壁划分为32块，共4个类型：侧板一、侧板二、侧板三、侧板四。每种侧板高均为7.5m，分上下两节4m+3.5m，见图4。侧板设3道环向主梁和一道槽28的环向接缝，施工时焊接连成环向整体。竖向主梁采用工30a，环向次梁采用HW100×100，间距按100×60cm布置，其方格中间的加劲肋采用槽10。最上部的环向主梁采用双拼I45a，与最上部内支撑焊接，其余两道环向主梁采用工30a。环向主梁在水平方向断开的地方，即封边槽钢位置采用1m长I45a（I30a）两边各搭接50cm焊接，保证封边槽钢处的整体性。上下侧壁封边槽钢用M24螺栓连接，下部侧壁与底板封边槽钢用M32螺栓连接，中间安装10mm厚橡胶止水条防止钢吊箱渗水。

图4 钢吊箱侧板分布图（4）内撑：内撑系统的作用是形成内部骨架增强吊箱整体刚度，以防止钢吊箱的变形。一方面要抵抗吊箱内抽水后的水压力，另一方面承受浇注混凝土时混凝土产生的侧压力。本吊箱侧壁上设置2层内支撑，一层为630×8mm临时钢管支撑，轴心位置标高为1.0m，在钢吊箱抽水完毕后绑扎承台钢筋时拆除，第二层内撑为800mm×10mm的钢管，位于侧壁顶口下方50cm，轴心标高为4.0m。钢管支撑在布置时避开钢护筒，上下两层平面布置一样，见下图5。

图5 钢吊箱内撑布置图（5）下放系统：下放系统由吊耳、吊杆及升降系统组成，主要承受下放时吊箱自重。吊耳用40mm钢板与10mm加劲钢板焊接而成，并与钢护筒顺向焊接；吊杆由25mm精扎螺纹钢筋及与之配套的连接器、螺帽组成，共设16对32根，吊杆下端与底板的主纵梁螺栓连接，上端与工56组成的吊挂系统螺栓连接。

（6）导向轮：导向轮主要用于下放时克服水流作用于钢吊箱的冲击力，以保证钢吊箱垂直下放。本吊箱导向轮安装在钢护筒上，在下放过程中前端滚轮与吊箱壁形成滚动以利于下放，同时根据监测数据对后部千斤顶进行微调定位。

（7）定位系统：由安装在底板上的8根16钢缆绳和对应安装在钢护筒上的8个10t手拉葫芦组成。

（8）拉压杆：由双拼20构成，拉压杆的一端与钢吊箱底板上的吊耳铰接，另一端与钢护筒焊接，在钢吊箱抽水后进行体系转换。

3. 钢吊箱拼装及沉放

3.1 工艺流程。棚架安装底板分块吊装、定位底板焊接固定拉压杆、吊杆安装侧壁安装下放系统调试吊箱沉放、精确定位焊接拉压杆封底砼浇注抽水第一道内支撑拆除桩头处理承台钢筋绑扎承台砼浇筑钢吊箱拆除。其中钢吊箱沉放、定位及封底砼浇注是关键工序。

3.2 钢吊箱拼装及沉放。

（1）安装棚架：在钢护筒和钢管桩上距水面0.5m高处开设60×40cm的洞口，安装工56a并与钢护筒焊接。

（2）底板拼装：根据实测桩基平面位置和倾斜度开孔，70T履带吊吊装。拼装顺序为先远后近、先两头后中间，合拢段放在中间系梁段。

（3）侧壁安装：先远后近、先两头后中间对称安装，每安装一块侧壁后及时复测、固定，保证下块安装的准确及安全，并在各接头处安装止水密封胶条。合拢段在加工厂不安装封边槽钢，根据现场实际情况确定长短后直接调整焊接，内撑在加工厂按设计加工，托运至现场直接吊装焊接，焊接时保证内撑与环向主梁固结成整体。