福州鼓山大桥2号墩钢吊箱围堰施工
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摘要：大型深水桥梁基础施工中，广泛采用了大型双壁钢吊箱作为桥梁承台施工的挡水结构，钢吊箱的壁体焊接、块件拼装、分节或整体吊装工艺是钢吊箱制作施工的关键工艺。
关键词：特大桥基础施工钢吊箱施工
目前，在众多的大跨桥梁深水基础建设中，以桩基组成的桩基承台结构被普遍采用。桩基承台(含高桩承台、低桩承台)是特大桥梁施工中的首道程序，也是全桥的关键部分。承台是连接桩基，承受和传递上部结构荷载的结构，其特点是混凝土体积大、布筋多、所处部位条件恶劣（一般处于水下和泥面以下），常用双壁钢吊箱（箱底标高在泥面以上，水面以下）或以壁钢套箱（箱底标高在泥面和水面以下）作模板及挡水结构。
福州鼓山大桥2号墩为于闽江中,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。
钢吊箱的作用是为了实现承台的干作业施工。其底板是封底混凝土的控制面，侧板为浇筑封底混凝土及承台混凝土的侧模，同时钢吊箱顶面也作为混凝土浇筑的操作面。钢吊箱设计本着安全经济实用的原则，设计时需综合考虑，运输方式、浮吊起重能力、下沉工艺等均应满足施工要求。各施工阶段均应考虑最高水位、最低水位不利工况，钢吊箱的强度、刚度和稳定性均应符合规范要求。
钢吊箱设计
工况条件
根据《铁路桥涵施工规范》,确定钢吊箱结构尺寸时考虑以下工况条件:
(1) 拼装下放阶段;
(2) 封底混凝土施工阶段;
(3) 抽水和承台施工阶段。
结构设计条件
综合各工况和潮位条件确定钢吊箱结构参数:围堰平面内净尺寸为16.4 m ×16.4 m ;侧板顶面设计标高+ 5 m ;底板顶面设计标高0 m ;侧板高5 m ;设计抽水潮位+ 5 m。
结构设计依据
由《铁路桥涵设计基本规范》荷载组合Ⅴ考虑钢吊箱围堰设计荷载组合。
水平荷载: ∑Hj = 静水压力+ 流水压力+ 风力+ 其他;
竖直荷载: ∑Gj = 吊箱自重+ 封底混凝土重+浮力+ 其他。
计算分析
结合设计工况,钢吊箱各部分取最不利受力工况进行分析计算。
(1) 底板最不利受力工况为封底混凝土浇筑阶段,通过验算同时复算整体起吊下放阶段。另进行吊箱支吊系统受力验算。
(2) 侧板最不利受力工况为抽水阶段。复算吊箱整体起吊下放、吊箱混凝土封底及承台施工等阶段侧板受力情况。同时验算内支撑的稳定性、轴心受力。
(3) 抗浮计算分2 个阶段:一个阶段是吊箱内抽完水后浇筑承台混凝土前,另一个阶段是浇筑完承台混凝土后承台混凝土初凝前,使其满足如下要求:吊杆预埋件抵抗力+ 吊箱自重+ 封底混凝土重+ 粘结力(方向向下) > 浮力(高潮位浮力) ;吊箱自重+ 承台混凝土重+ 封底混凝土重< 粘结力+ 浮力(低潮位浮力) + 吊杆预埋件抵抗力。
(4) 封底混凝土强度验算阶段划分同抗浮计算,选取最不利荷载组合进行控制,验算封底混凝土的拉应力和剪应力。
钢吊箱施工
钢吊箱的施工包括加工及拼装、下沉就位、堵漏、封底混凝土浇注、承台施工等几个部分。
钢吊箱加工
2号墩钢吊箱因体积庞大，需要分成若干块进行施焊，然后在胎架上组装焊接成节段后再进行水上钢吊箱的吊装
2号墩吊箱制作工艺流程
吊箱拼装及下放
钢吊箱的块件制作完毕后，即可进行整体（或整节）拼装。拼装工作可选在水上采用拼装船改成的水上平台进行，也可在陆地拼装完后，再下水运到施工水域。（2号吨采用后种方法）
本次围堰施工考虑到经济，施工和工期方面采用了新工艺，在施工平台上整体拼装，用龙门吊直接吊装下放。
吊箱定位
为使钢吊箱准确定位,在钢吊箱围堰上设置定位系统。定位系统由导向型钢、定位孔、定位器(短型钢) 及调位千斤顶组成。在下层内圈梁安置I22a导向型钢,利用吊箱底板上靠上游的前排3 个钢护筒孔洞作为定位孔,吊箱位置通过4 个角的外壁与吊箱侧板之间设置千斤顶来实现准确定位。
灌注封底混凝土
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且水位深,混凝土随时可能被水冲刷稀释而解散,质量难以保证。针对这些问题,施工中采取了以下措施:
(1) 根据计算首盘混凝土方量,加工大型储料斗, 将吊箱围堰的喇叭口先用沙袋堵塞，按水下混凝土灌注方法进行封底施工;
(2) 为了防止封底时吊箱内水位高于箱外水位,可预先在吊箱上节侧板(箱外水位处) 开孔,封底时排出箱内封底混凝土置换出的水量。吊箱内抽水时,用钢板封焊堵孔。
灌注承台混凝土
施工工艺：
1）要确保混凝土的供应及时，混凝土采用分层连续灌注，一次成型，分层厚度宜为30cm左右，分层间隔灌注时间不得超过试验所确定的混凝土初凝时间，以防出现施工冷缝。2）.混凝土浇筑顺序采取横桥方向按1：4的坡度顺桥向断面摊铺，待30cmm厚的薄层混凝土全断面布料完毕，再重复顺沿横桥方向浇注混凝土。3）．顺桥向设置8个简易漏斗和8套串筒，沿横桥方向布置3排，各漏斗间距按照3m³混凝土灌注斗计算确定间距约为3.0。下料之后，应及时组织摊铺。4）.混凝土振捣采用Ø50mm和Ø80mm插入式振捣器，振捣深度对于大面积分层浇注混凝土，如果下层混凝土已进入初凝或即将初凝，则振捣棒振捣时不宜插入下层，以达下层表面为宜，如下层混凝土未达初凝可插入下层5cm，保证下层在初凝前再进行一次振捣，使混凝土具有良好的密实度，防止漏振，也不能过振，确保质量良好。5）.每次灌注必须按规范留足强度试件。6）.混凝土在浇筑振捣过程中产生的大量泌水，采用足够数量的潜水泵，或泥浆泵，及时排除并及时清除钢筋表面碱和混凝土。
避免裂缝产生方法:
混凝土内部和外部的温差过大会产生裂缝。温差裂缝产生的主要原因是水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差过大。特别是大体积混凝土更易发生此类裂缝。温差的产生主要有三种情况：第一种是在混凝土浇筑初期，这一阶段产生大量的水化热，形成内外温差并导致混凝土开裂，这种裂缝一般产生在混凝土浇筑后的第3天(升温阶段)。另一种是在拆模前后，这时混凝土表面温度下降很快，从而导致裂缝产生。第三种情况是当混凝土内部温度高达峰值后，热量逐渐散发而达到使用温度或最低温度，它们与最高温度的差值即内部温差。这三种温差都会产生裂缝，但最严重的是水化热引起的内外温差。在混凝土浇筑过程中避免水化热过大引起裂缝的产生，所以技术人员采取了 混凝土结构内部埋设冷却水管和测温点的方法，通过冷却水循环，降低混凝土内部温度，减小内表温差，控制混凝土内外温差小于25℃，通过测温点测量，掌握内部各测点温度变化，以便及时调整冷却水的流量，控制温差。
注重现浇后混凝土养护
大体积混凝土的养护，不仅要满足强度增长的需要，还应通过人工的温度控制，防止因温度引起结构物的开裂。
温度控制的目的，就是要对混凝土的初始温度（浇筑温度）和混凝土内部的最高温度进行人为的控制。
具体控制方法，可分为降温法和保温法两类。降温法:是在混凝土内部预理水管，通人冷却水，降低混凝土内部最高温度。冷却在混凝土刚浇筑完时就开始进行，可以有效地控制因混凝土内外温差而引起的结构物开裂。冷却水管可采用直径25mm或19mm的钢管或铝管，按蛇形排列，水平管距为1.5～3.0m，垂直管距亦为1.5～3.0m，并通过立管相连接。通水流量一般为14～20L／min，为了保证水管降温效果，可将进、出水管的直径加大到50mm。保温法:是在结构物外露的混凝土表面以及模板外侧覆盖保温材料（如草袋、锯末、湿砂等），利用混凝土的初始温度加上水泥水化热的温升，在缓慢的散热过程中，使混凝土获得必要的强度，以控制混凝土的内外温差小于20℃除了上述采用降温法和保温法控制混凝土温度外，还可以采用蓄水法和水浴法。蓄水法:是在混凝土终凝后，在其表面蓄以一定高度的水，水有一定的隔热保温效果，可以推迟混凝土内部水化热温度的迅速失散，这样可望在指定的日期内，控制混凝土表面温度与内部中心温度之间的差值，使混凝土具有较高的抵抗温度变形的能力。水浴法:是利用构筑物的滑升平台的内外吊架，安装二圈环形喷水管，用高压水泵将冷水送到环形喷水管，喷淋到顶部混凝土的内外壁表面，水流自上而下，水流除了湿润混凝土表面外，还带走了大量热量，使得被太阳晒热了的混凝土表面温度下降；当喷淋水暂停时，附在混凝土表面的残余水，又因水分蒸发带走了一部分热量。由于环形喷水管喷淋水基本上是均匀的，这就达到了既养护混凝土，又降低了混凝土内外温差，以及减小各方位日照温差的目的。
结语:
鼓山大桥主桥墩深水高桩承台采取单壁钢吊箱围堰施工,设计时充分考虑了吊箱受力特点和施工工序,依据受力分析进行有效的结构设计,较同类吊箱节约数十吨钢材;在考虑倒用时巧妙设置了侧板与底板连接系统,事实证明,在拆除侧板时很方便直接倒用至结构相类似承台施工,大大提高了利用率,又不耽误工期;合理运用预埋件抗浮和抗沉,明显的增加经济和社会效益,为其他的深水承台经济施工提供了参考。
参考文献:
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