强涌潮水域钢吊箱围堰设计与施工
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摘 要：本文以嘉绍大桥南岸引桥钢吊箱施工为背景，介绍了强涌潮条件下承台钢吊箱的设计与施工经验。对强涌潮水文条件下双壁钢吊箱的设计参数的取值探讨与确定，并对涌潮条件下进行大型钢吊箱施工工艺进行了阐述，尤其对下放时机选择、沉放工艺、体系转换工艺等关键技术进行了重点介绍，为后续恶劣水位条件下进行大型钢吊箱施工提供借鉴。
中图分类号：U655 文献标识码：A 文章编号：1006―7973（2017）07-0050-03
钢吊箱作为桥梁施工的辅助措施目前已经被广泛应用。钢吊箱需要经历安装、下沉和封底等多个工序。在常规河流中，流速不大，钢吊箱施工的各个工序风险较小。但是在强涌潮条件下，受剧烈的涨落潮水文影响，各个工序存在较大的偏位和结构失稳风险。如何在强涌潮和大流速条件下进行钢吊箱结构的设计和施工存在较大困难。本文结构嘉绍大桥的施工管理经历，以嘉绍大桥钢吊箱的成功经验供借鉴。
1 工程背景
嘉绍大桥位于举世闻名的钱塘江大桥起潮点附近，桥位区河床宽浅、潮强流急、涌潮汹涌，桥区水域涨落潮流路分歧，河床变化剧烈。根据桥址断面短期观测资料，历时，平均涨潮历时3h34min，平均落潮历时8h51min；测点最大涨潮流速为6.65m/s，测点最大落潮流速为4.40m/s。100年一遇设计涌潮高度为3.0m，5年一遇设计涌潮高度为2.5m。涌潮试验得到桥位附近涌潮流速可达9.0～10.0m/s。涌潮产生的水动力对桥墩建筑物的作用主要集中在低水位以上1倍涌潮高度范围内。
南岸跨规划大堤引桥桩基础采用群桩基础，承台采用对水流适应性较强的圆形承台。承台直径13.2m，顶面标高设计为-2m，承台混凝土厚4m，封底混凝土厚2m。承台混凝土厚4m。
2 钢吊箱设计及验算
2.1 钢吊箱设计
考虑钱塘江涌潮及水深的影响，承台采用双壁钢吊箱结构；根据前期的水文勘测资料和过程的观测资料，钢吊箱按下列条件进行取值设计。
2.1.1 设计条件
A.水位
施工期最高水位： +7.36m（20年一遇） 施工期最低水位： -2.91m（20年一遇）
B.设计高程
钢护筒顶标高：+10.0m 吊箱顶标高：+8.0m
吊箱底标高： -8.0m 泥面标高：-9.0m
2.1.2 钢吊箱结构
钢吊箱总高均为16m，壁厚1.2m，一次性下放重量最大，约170t。钢吊箱为全焊水密结构，由双壁结构和1.3m单壁防浪板组成，钢吊箱双壁结构的高度均为17.3m。
钢吊箱沿高度方向不分节。单节最大重量不超过30t重量。根据现有80t履带吊的性能参数和现场钢平台的结构布置形式，现场钢吊箱拼装配置80t履带吊满足拼装要求。
各个钢吊箱结构布置如下图：
2.2 钢吊箱结构验算
2.2.1 设计工况
将钢吊箱从起吊下放施工开始到钢吊箱的使用分为以下四个状态：起吊下放、浇注封底混凝土、抽水以及浇筑承台。本次计算将壁体与底板分开计算，计算内容以及各对应的控制工况如下表所示：
2.2.2 结构计算
A.浇注水下封底混凝土
建立有限元模型如下图所示：
经计算，底板构件均满足受力要求。其中以底板面板受力最不利，其综合应力经计算可达145Mpa，主梁和次梁综合应力较小。拉压杆作为封底混凝土浇注时最主要受力构件，经验算其低潮时最大拉力达200KN，满足结构受力要求。
B.钢吊箱抽水计算：
建立钢吊箱及封底混凝土有限元模型。经计算，查得各构件综合应力及位移如下表所示：
C.拉压杆计算：
采用2[8作为拉压杆主材， ，拉压杆抽水时其计算长度按一端固定，一端铰支计算。计算长度：
拉压杆的稳定性满足要求。
通过结构计算可知，钢吊箱在吊箱和承台施工的过程满足各个控制工况的受力要求，结构安全可靠。
3 吊箱安装施工
3.1 安装总体工艺
钢吊箱总高度16m，单个钢吊箱最大重量约170t。受桥位水域水流流速、流向、水深和潮位的影响，大型起重船无法进驻现场，无法采用常规起重船整体下放工艺。综合考虑钢吊箱重量、水文及波浪等条件，均采用分片加工，用现场布置的80t履带吊在钢牛腿（安装在钢护筒上）上安装，然后用千斤顶整体起吊，割除牛腿，下放入水；然后注水下沉的施工工艺。安装工艺流程如下：
吸泥进行泥面预处理钢平台拆除钢吊箱支撑钢牛腿安装分片吊装、焊接钢吊箱（吊箱下放导向装置安装）安装悬挂承重架安装吊装千斤顶及吊挂装置（吊箱密封性能检查验收）整体吊起钢吊箱并割除钢牛腿钢吊箱整体下放入水吊箱内注水钢吊箱继续下沉就位安装拉压杆浇注封底混凝土。
3.2 关键施工技术
3.2.1 吊箱安装准备
（1）泥面处理：根据承台泥面标高监测情况，受强涌潮影响，泥面在钢吊箱下放前出现波动，自-8m抬升至-6m。因此，施工前采用搅吸式挖泥机进行吸泥强排，降低泥面标高。
（2）强涌潮区的导向装置安装：导向装置是钢吊箱能否顺利下沉到位的关键。尤其是强涌潮条件下，导向装置是钢吊箱能否满足下沉精度的前提。为了保证钢吊箱准确定位安装，在钢护筒外侧+2m～+8m区间设置导向限位装置，较常规导向长度提高一倍，确保钢吊箱下沉的倾斜度和平面位置。护筒上的导向采用Φ426×6钢管制作；导向钢管内灌注C30自密实混凝土，提高导向刚度。同时，钢护筒导向与钢吊箱整体起吊下放的挂腿有机结合成一体，挂腿在钢吊箱下沉后不割除，由于设置在封底混凝土标高以上，可在封底抽水以后割除。挂腿和护筒导向平面布置见下图：