椒江二桥Ⅱ标主墩防撞钢套箱施工

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摘 要： 椒江二桥及接线工程主桥是一主跨为480m的双塔双索面组合钢箱梁斜拉桥，其主墩承台形式为六边形圆倒角整体式，主墩承台采用防撞设施的设计与承台的施工相结合的方法，即防撞设施既作为船舶撞击承台的保护措施又作为承台施工时的钢套箱。

关键词：椒江二桥；主墩；钢套箱；施工

1、防撞钢套箱施工概况

椒江二桥主桥主墩采用防撞设施的设计与承台的施工相结合的方式，即防撞设施既作为船舶撞击承台的保护措施又作为承台施工时的钢套箱。主墩承台形式为六边形圆倒角整体式，承台尺寸为45.36×24.48×6.0m，相应的为其设计的防撞钢套箱尺寸达50.36×27.88×9.5m，防船撞钢套箱总高9.5m，高出承台以上1m，伸到封底混凝土以下1m。横桥向由于船撞力较大，钢套箱厚度为2.5m，顺桥向厚度为1.7m其整个防撞设施的总体重量达800t。

主墩防撞钢套箱结构构造示意见图1。

2、防撞钢套箱的设计

2.1 结构的防撞设计

防撞设施的功能：主要利用与船体结构匹配的钢结构变形破损消能，钢结构材料性能稳定，单位质量材料破损时消耗能量大。桥墩在船舶撞击时，设施破损消能，减少对桥墩的碰撞力同时减少船舶破损长度，避免船舶前伸部分触及桥墩上部结构，同时加长防撞设施保护桩基。

本防撞设施的主体结构采用Q235C钢，主要采用10mm钢板和型钢，结构分段制作采用焊接方式连接。结构内壁板上安装防撞橡胶件，橡胶件采用耐老化的氯丁橡胶，安装在防撞设施和桥墩承台之间，改善防撞设施与桥墩承台的接触性能。

2.2 结构的防腐设计

采用技术成熟的防腐隔离层设计，从施工现场考虑，对该防撞结构外表面采用重防腐隔离层保护，内表面采用防腐蚀油漆保护。

2.3 套箱与防撞结构的结合设计

（1）套箱侧模设计

套箱侧模利用防撞结构内侧围壁作为承台模板的受力骨架，在10cm厚防撞橡胶之间加设9cm厚的木肋和1cm厚竹胶板，形成承台施工所需的侧模。

（2）套箱底篮设计

钢套箱底篮采用桁架结构（高为140cm），由主桁架、次桁架、分配槽钢、连接槽钢及钢底板组成，钢底板（δ=8mm钢板）焊接在底桁架的下面，并根据实测的钻孔灌注桩桩位坐标，在钢底板上精确放样出开孔位置。开孔的实际直径比桩直径大30cm（预留孔直径Φ315cm），以便套箱安装时有一定的间隙，有利于套箱的安装。底桁架的构件均采用槽钢及角钢加工而成，且与防撞结构内围壁焊接成整体。

套箱底篮结构设计采用了MIDAS空间有限元软件进行计算，选取了整个套箱底篮进行三维空间建模，计算模型及各单元组合应力计算结果见图2。

（3）套箱承重及支撑系统设计

钢套箱承重系统主要由护筒周边均匀分布的74个钢制倒挂牛腿组成。

支撑系统含套箱上口侧板间的水平支撑钢管和连接支撑钢管与底板桁架间的竖向连接钢管。水平支撑钢管（Φ600x8mm）既作为套箱整体吊装的水平支撑用以平衡水平分力，又可用于平衡后期承台浇筑时砼的侧压力；竖向连接钢管（Φ300x6mm）用于起抵抗吊装过程中底篮下挠时套箱的变形的作用。

（4）吊装系统设计

钢套箱吊装系统采用吊耳形式，8个吊耳均设置在钢套箱强加劲肋顶面位置。

3、防撞钢套箱的施工

3.1 钻孔平台拆除

平台拆除工作包括拆除主钻孔平台的上部结构、辅助桩与钢护筒之间的平联管、钢护筒之间的连通管，仅留下吊车行走，设备、材料运输通道以及设备材料堆放平台和龙门吊轨道及附属设施，保证套箱下放路径及设计平面位置上不存在任何障碍物。

3.2 焊接倒挂牛腿、安装导向架、放置封堵板

倒挂牛腿由挂板、承重面板、加劲钢板组成。倒挂牛腿是承台施工最重要的受力部件，其施工质量直接关系到承台结构的安全。倒挂牛腿焊接施工既要确保焊缝质量又要保证牛腿焊接位置正确，牛腿承重面板顶面标高误差须控制在5mm之内。

圆台型导向架设置在钢护筒顶部，共设4个，均设在墩的四个角桩位置。

封堵板主要由顶部半圆型封堵面板及环形加劲圈、加劲板等组成，封堵面板上表面及环形加劲圈内侧均粘附2cm的泡沫板以便与套箱底板、钢护筒外壁接触密实。封堵板下放是后续套箱封底施工的一个关键工序，由于封堵板下方到位后完全是处于水下环境，其与套箱底板和护筒外壁之间的缝隙是完全不可预见的，缝隙过大的话很有可能导致封底的失败。封堵板下放时应注意环形加劲圈及三角加劲板在牛腿位置处避让，下放到位后由潜水员下水将两半圆弧封堵板间连接板上的螺栓拧紧以缩小封堵板环形加劲圈与护筒周边缝隙。另外还要视视缝隙大小可采取用适当直径的圆钢筋水下焊接堵缝或加设木楔等措施来减小缝隙。

3.3 套箱加工

（1）基桩钢护筒偏位测量。测量工作分初测和精测两步，初测作为套箱初加工的参考；精测在钻孔平台拆除后进行，它作为套箱主桁架和底板加工预留孔位置的修正和最终依据。

（2）套箱加工。钢套箱在工厂整体加工制作，在护筒精测数据出来后用全站仪对主桁架位置及底板开孔进行检测及修正。钢套箱在转运前按规范对加工质量进行验收并试吊，验收通过后即可转运。

3.4 套箱安装

（1）浮吊选型。对于执行此项吊装作业的浮吊选型，主要是拿以下三项要求来作为依据：①吊高要求：最低水位吊装时，套箱底至少能比平台高2m；②吊幅要求：浮吊最小吊幅=吊点至平台西侧边缘长度+富余宽度5m；③吊重要求：在满足前两项要求的基础上，吊装重量不得小于800t。经过综合分析后，决定选用1300T级浮吊。

（2）选择拖航时间及拖航。

（3）锚泊。船队到达施工墩位附近后按事前安排抛锚停泊，浮吊横桥向停泊在安装墩一侧，运套箱的船横桥向停泊在浮吊前方，与桥墩间应保持一定的安全距离，具体锚泊位置见下图4。

（4）起吊安装。

①准备工作

测量方法与测量控制；反压牛腿、限位装置及配电设施准备；指挥人员、测量人员、起重工、电焊工，安装限位支撑架人员，按分工计划，准备进入岗位；浮吊挂上起重绳。

②起吊

一切准备工作就绪后，在高平潮前后开始起吊作业。

③平移定位

套箱吊离驳船后，定位船及驳船通过收锚移至离桥轴线较远的地方，以便不影响套箱的水平移动。定位船及驳船移走后，通过收放浮吊锚缆，缓慢平稳地将浮吊平移至墩位上方，瞄准导向架微调对位。

④下方就位

此步工作在落潮水流相对平稳后开始（低平潮前一小时左右），争取半小时内完成，以利于反压牛腿焊接及限位支撑安装。对位观察人员（共30人）穿上救生衣，系好安全带，先在套箱顶部观察对位情况，待套箱下降一定高度后，进入箱内，站在底板与桁架上弦杆上（事先已铺好木板），一人一桩观察对位情况，并将观察情况报指挥员。指挥员根据仪器观测和肉眼观察情况指挥浮吊正确对位后缓慢下放套箱进入导向架，进而进入护筒顶部（+3.53m），然后停止下放，观察底板处各桩桩位就位情况，和整体套箱偏位情况。分析观测情况，如有异常，需及时采取相应措施，如无异常情况，以每50cm一级逐级下放套箱，直至离牛腿面10cm处暂停下放。经纬仪再次测读套箱位置，并尽可能参照测读数据调整套箱位置后继续下放套箱接近牛腿面，重复上述步骤，下沉到位。

⑤安装限位装置

经检查（整体套箱就位精度，牛腿支撑情况，底板孔位与护筒间相对位置等）套箱就位达到设计要求后，松钩50%。16名观察人员立即分成8组，快速安装水平限位支撑，水平限位支撑采用千斤顶和钢管加工而成，事先悬挂在套箱内支撑钢管上或是存放在底桁架上方的架子上。待端部4个水平限位支撑基本就位后，完全松钩，待全部水平限位及6个下述竖向反压限位装置安装完成后，打开吊索销子，浮吊就地待命。

4、结语

在防撞钢套箱的施工中，我们不断摸索，吸取教训，现在回想起来防撞套箱的安装过程中最重要的也是最容易忽视的两点是封堵板的安装及基桩钢护筒偏位测量工作。

在封堵板的施工中应注意：由于个别钢护筒会发生变形（局部到达15cm），致使钢护筒截面失圆（护筒截面变成椭圆形）则封堵板现有的2cm泡沫板没法贴紧钢护筒外壁，由于封堵板完全处于水下环境，发现此种情况并解决尤为困难；另外在套箱就位后，套箱自重使底板与封堵板面板贴合在一起，但不可避免也存在缝隙，为解决这些缝隙问题，我们在实际操作过程中不断派遣潜水人员下水逐个检查并一一解决。

基桩钢护筒偏位测量工作的初测数据是底篮桁架设计和底板开孔直径选择的关键依据，但护筒精测数据更为重要，因为底篮加工也会存在误差，在底篮加工完成之后需利用精测数据与桁架实际位置一一对比，发现位置超出警戒线应立马修正，防止套箱下放时出现底篮不能入护筒口的事故。

在防撞套箱的施工过程中，我们不断摸索，吸取教训，总结经验使防撞套箱安装施工工艺不断成熟。由于水上工程施工条件及环境的复杂性，人员和机械配置还有待进一步完善，施工工艺也有待进一步优化。

参 考 文 献：

[1] 路桥华东工程有限公司.海上桥梁承台与承台防撞设施一体化施工[B].2006

[2]《钢结构设计规范》（GB50017―2003）

作者简介：

钟 奎：男、1969年05月、大学本科、工程师

郭杰鑫：男、1986年03月、工学学士、助理工程师

赵世杰：男、1981年10月、大学专科、助理工程师

米红卫：男、1973年08月、大学本科、助理工程师