深水高樁承臺(tái)雙壁鋼吊箱圍堰設(shè)計(jì)與施工

摘 要：隨著高速公路、鐵路建設(shè)的飛速發(fā)展，大跨徑深水橋梁基礎(chǔ)多采用群樁基礎(chǔ)，大體積混凝土承臺(tái)，水中承臺(tái)與鋼吊箱圍堰的設(shè)計(jì)施工密不可分。雙壁鋼吊箱圍堰結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、防水性能好，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便，適用于橋梁深水高樁承臺(tái)的施工。本文根據(jù)以往施工的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合安徽省望東長(zhǎng)江大橋北主橋墩承臺(tái)鋼吊箱的施工實(shí)際，探討雙壁鋼吊箱圍堰的設(shè)計(jì)和施工，為同類工程提供參考。

關(guān)鍵詞：高樁承臺(tái)；鋼吊箱；圍堰；設(shè)計(jì)；施工

中圖分類號(hào)：U443.25 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1671-3362（2013）12-0209-02

1 工程概況

安徽省望東長(zhǎng)江公路大橋?yàn)閲?guó)家高速公路網(wǎng)G35（濟(jì)南至廣州高速公路）中最為便捷的過(guò)江通道，也是北京、山東、河南通往江西、福建、廣東等地的重要通道，全線長(zhǎng)38.025km。主橋?yàn)槲蹇邕B續(xù)組合梁、雙塔雙索面半漂浮斜拉橋，跨徑布置為78m﹢228m﹢638m﹢228m﹢78m=1250m。北主橋墩（44#）水位深（水深21m）、水流急，承臺(tái)為水中墩高樁鉆孔承臺(tái)，平面尺寸為47m×25m，厚8m。承臺(tái)底標(biāo)高-1.0m，頂標(biāo)高+7.0m。承臺(tái)下設(shè)32根Φ3.0m鉆孔灌注樁，按端承樁設(shè)計(jì)，樁底標(biāo)高-43.0m，樁基伸入承臺(tái)0.2m，樁長(zhǎng)為42.2m。樁基呈梅花型布置，順橋向樁距5.0m，橫橋向樁距7.0m。

2 方案確定

望東長(zhǎng)江大橋北主橋墩位于長(zhǎng)江中央，施工處水深流速大，且長(zhǎng)江航道行船密度大，對(duì)江中主墩施工干擾嚴(yán)重，承臺(tái)本身為整體式大體積高樁承臺(tái)。根據(jù)施工水位、承臺(tái)位置、承臺(tái)標(biāo)高與河床的關(guān)系、工程特點(diǎn)及工期要求等綜合考慮，確定北主橋墩承臺(tái)采用有底雙壁鋼吊箱圍堰施工。圍堰封底采用C25水下混凝土，厚度為2.6m，封底頂標(biāo)高為-1m，總方量為2190m3。承臺(tái)采用C35混凝土，分3次澆筑，澆筑厚度依次為3m、3m、2m，總方量為8914m3。

3 雙壁鋼吊箱圍堰設(shè)計(jì)

3.1 工況分析

鋼吊箱圍堰作業(yè)時(shí)段，設(shè)計(jì)受力狀態(tài)可按照以下工況條件進(jìn)行分析：

工況一：鋼吊箱起吊工況；

工況二：澆筑封底混凝土工況；

工況三：抽水工況；

工況四：澆筑第一層承臺(tái)混凝土工況。

3.2 受力體系介紹

在底板上焊接設(shè)置鉸支座，在鋼護(hù)筒上擱置固定米字型支架，鉸支座和米字型支架之間連接Φ40mm精軋螺紋鋼筋，每個(gè)鋼護(hù)筒處設(shè)置6根精軋螺紋鋼筋。鋼吊箱的全部重量通過(guò)精軋螺紋鋼筋最終傳遞給鋼護(hù)筒，則32根鋼護(hù)筒是整個(gè)鋼吊箱的承重載體。

3.3 鋼吊箱圍堰的結(jié)構(gòu)形式

圖1所示，雙壁鋼吊箱內(nèi)輪廓尺寸為47.03m×25.03m，外輪廓尺寸為50.03m×28.03m，壁體厚度1.5m，壁體總高度20.1m，內(nèi)設(shè)四道鋼管撐，重量約1400t。鋼吊箱由壁體、底板、內(nèi)支撐系統(tǒng)、拉桿裝置等組成。

3.3.1 底板結(jié)構(gòu)

鋼吊箱底板結(jié)構(gòu)由面板、次梁、主梁、加強(qiáng)梁、封邊槽鋼組成。主梁及加強(qiáng)梁采用HN350×175mm型鋼，次梁采用HN150×75mm型鋼，面板為8mm鋼板，封邊槽鋼采用[36槽鋼。

3.3.2 壁體結(jié)構(gòu)

鋼吊箱壁體結(jié)構(gòu)由外壁板、內(nèi)壁板、縱向次梁、水平環(huán)板、水平橫撐、組合梁、隔艙板等部分組成。外、內(nèi)壁板采用6mm鋼板；縱向次梁采用L80×50×6mm角鋼；水平環(huán)板14mm鋼板；水平橫撐采用L100×8mm角鋼與L90×8mm角鋼；組合梁翼緣板采用16mm鋼板，腹板采用14mm鋼板；隔艙板采用8mm鋼板與14mm鋼板。

3.3.3 內(nèi)支撐系統(tǒng)

內(nèi)支撐共設(shè)置4道，水平撐采用Φ800×12mm鋼管，豎向撐采用Φ600×8mm鋼管。

3.3.4 吊掛系統(tǒng)

拉桿采用Φ40mm精軋螺紋鋼筋，下端與底板設(shè)置的鉸支座連接，上端錨固在米字型支架上（見(jiàn)圖2）。

4 鋼吊箱加工

底板、壁體、內(nèi)支撐全部集中在指定廠家分塊制作：底板總重約150t，分成4塊，單塊最大重量約37.5t。底板在樁基位置要預(yù)先開(kāi)孔，以利于鋼吊箱整體順利沉放，開(kāi)孔位置為按照樁基完成后現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的Φ3.3m鋼護(hù)筒位置準(zhǔn)確定位，開(kāi)孔尺寸為鋼護(hù)筒直徑每側(cè)加大200mm的預(yù)留量。同時(shí)事先在底板的各個(gè)鋼護(hù)筒區(qū)周圍焊接設(shè)置連接精軋螺紋鋼筋的鉸支座。

鋼吊箱壁體總高度20.1m，雙臂高度18.7m，單壁高度1.4m。雙臂部分成3層，分別為6.4m、6.0m、6.3m，第一、二層分層8塊，第三層分成12塊，共計(jì)28塊。壁體總重量約820t，單塊最大重量約50t。所有的壁體單元均做好編號(hào)，并標(biāo)明上下游和南北方向，以免現(xiàn)場(chǎng)拼裝混亂。

鋼管內(nèi)支撐分4組，高度方向分1組，平面分4組，總重量約243t。內(nèi)支撐做成4個(gè)整體單元，到現(xiàn)場(chǎng)安裝，只需將4個(gè)整體單元相連即可。

5 鋼吊箱拼裝

鉆孔樁施工結(jié)束后，拆除護(hù)筒區(qū)平臺(tái)，從上游往下游方向拆除。平臺(tái)拆除按照搭設(shè)的相反方向進(jìn)行，拆除同時(shí)進(jìn)行鋼吊箱拼裝平臺(tái)施工，然后開(kāi)始拼裝鋼吊箱。

5.1 底板組拼

底板按照從上游往下游方向的順序進(jìn)行拼裝。具體拼裝步驟為：

（1）拼裝平臺(tái)施工完畢后，在平臺(tái)頂面放樣底板軸線位置，并拉出軸線。

（2）起吊鋼吊箱底板，將其套入鋼護(hù)筒內(nèi)，根據(jù)軸線初步定位。

（3）用手拉葫蘆和機(jī)械千斤頂精確調(diào)整平面位置和標(biāo)高（平整度），合格后，焊接固定。

（4）按照上述方法逐塊安裝其它底板，檢查其整體平整度。

（5）主梁拼裝和焊接。

（6）縱、橫面板安裝。

5.2 壁體組拼

鋼吊箱壁體組拼順序?yàn)椋簭闹虚g往兩側(cè)對(duì)稱逐塊拼裝，在兩端合龍。壁體上下層接縫錯(cuò)開(kāi)，鋼吊箱壁體組拼施工步驟如下：

（1）底板組拼完后，根據(jù)底板中心線放樣出壁體內(nèi)外輪廓線，并做好標(biāo)示。

（2）在底板上設(shè)置限位塊，起吊壁體置于限位塊內(nèi)，檢查底部位置是否滿足要求。用手拉葫蘆（或機(jī)械千斤頂）調(diào)整垂直度，吊垂線檢查。

（3）在壁體兩端的內(nèi)外側(cè)同時(shí)將壁體與底板焊接固定。

（4）繼續(xù)吊裝第二塊壁體，調(diào)整垂直度及端部焊縫寬度之后與底板焊接固定，同時(shí)在壁體頂部焊接相鄰壁體之間的環(huán)板。

（5）從兩側(cè)依次拼裝第一層壁體至合龍段，安裝合龍段時(shí)根據(jù)實(shí)際合龍口寬度配切合龍段。

（6）第一層壁體焊接的同時(shí)，在其頂部?jī)?nèi)外側(cè)安裝施工平臺(tái)，便于第二層壁體安裝。

（7）按照第一層壁體的拼裝方法，組拼第二、三層壁體。

（8）在鋼吊箱頂面焊接護(hù)欄，安裝頂層單壁體。

5.3 內(nèi)支撐組拼

內(nèi)支撐分4組，高度方向每4層1組，平面分4組。先安裝整體構(gòu)件，后安裝連接單件。整體構(gòu)件安裝前在壁體上焊接臨時(shí)牛腿，便于構(gòu)件擱置，鋼管一端與壁板直接焊接，另一端與壁板采用哈夫接頭連接。

5.4 拉桿安裝

拉桿為Φ40mm精軋螺紋鋼筋，長(zhǎng)約20m，分2根用連接器相連。拉桿下端與鉸支座連接，上端掛在臨時(shí)平臺(tái)上。

5.5 其他附屬設(shè)施安裝

在鋼吊箱頂面焊接欄桿，便于人員行走。在鋼吊箱北側(cè)壁體的內(nèi)、外側(cè)設(shè)置爬梯，便于施工人員翻越壁體，進(jìn)出鋼吊箱。

5.6 壁體水密性試驗(yàn)

對(duì)于內(nèi)外壁板的所有對(duì)接焊縫、底板對(duì)接焊縫、隔艙板對(duì)接焊縫、內(nèi)外壁板與底板的角焊縫及內(nèi)外壁板與隔艙板的角焊縫均采用滲油法檢驗(yàn)焊縫的水密性。

6 鋼吊箱沉放

鋼吊箱重約1400t，采用1臺(tái)1200t浮吊和1臺(tái)800t浮吊共同起吊沉放，分別承擔(dān)800t和600t的起重量。具體沉放步驟為：

（1）鋼吊箱組拼完后，提前拆除底板護(hù)筒區(qū)內(nèi)支撐梁（HN350×175mm型鋼），使底板自重傳遞至壁體下支撐梁，拆除順序?yàn)椋簭牡装逯行耐闹芊较虿鸪?，預(yù)留四周壁體位置支撐梁。

（2）浮吊在指定位置拋錨定位，提前1d栓接吊具，做好起吊準(zhǔn)備工作。

（3）起吊鋼吊箱，使其脫離平臺(tái)30cm，此時(shí)鋼吊箱底板仍然套在鋼護(hù)筒上，割除四周壁體支撐梁。

（4）鋼吊箱支撐體系割除完后，檢查鋼吊箱平面位置，浮吊緩慢下放鋼吊箱至入水自浮，鋼吊箱入水自浮狀態(tài)時(shí)，吃水深度約為6.68m。

（5）鋼吊箱入水自浮后保持浮吊起吊狀態(tài)，吊具鋼絲繩收緊但不受力，對(duì)稱均勻注水并觀測(cè)鋼吊箱頂面高程，保持平穩(wěn)下沉。通過(guò)注水精確調(diào)整頂面高程和壁體的垂直度，直至鋼吊箱下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高。同時(shí)調(diào)整鋼吊箱的頂面平面位置。

（6）鋼吊箱沉放到位后，在鋼護(hù)筒頂口安裝米字型支架，將拉桿上端錨固于支架上，用扭矩扳手將拉桿螺母擰緊，并切斷拉桿固定環(huán)。拉桿安裝前，長(zhǎng)江水位變化大于100cm時(shí)，應(yīng)及時(shí)根據(jù)水位情況增減鋼吊箱壁體內(nèi)水深度。

（7）由潛水員在水下安裝哈夫板，封堵鋼護(hù)筒與鋼吊箱底板的間隙，并在哈夫板上堆碼一層袋裝混凝土。

鋼吊箱頂面高程和平面位置調(diào)整，鋼吊箱注水下沉過(guò)程中在2#、5#、7#、13#、20#、26#、28#、31#鋼護(hù)筒上焊接牛腿，牛腿頂面標(biāo)高+13.67m，鋼吊箱內(nèi)壁設(shè)置有反向牛腿，牛腿底面標(biāo)高+13.7m。牛腿布置如圖3、圖4所示。

鋼吊箱注水下沉至距離設(shè)計(jì)高程30cm位置后，測(cè)量鋼吊箱頂面高程，通過(guò)注水精確調(diào)整頂面高差；繼續(xù)均勻注水下沉至距離設(shè)計(jì)高程5cm位置后，根據(jù)測(cè)量結(jié)果精確調(diào)整頂面高程至滿足精度要求，此時(shí)測(cè)量每組牛腿之間的實(shí)際間隙，用鋼板調(diào)整間隙差；再繼續(xù)均勻注水下沉至每組牛腿之間接觸，通過(guò)牛腿控制頂面高程。

每組牛腿之間接觸后，測(cè)量鋼吊箱頂面平面位置，在鋼護(hù)筒牛腿頂面設(shè)置30t（或50t）千斤頂，調(diào)整平面位置至滿足精度要求，并在牛腿之間焊接限位裝置以固定平面位置。上下游水流力較大，在上游位置布置2個(gè)50t千斤頂，其它位置布置15t千斤頂。平面位置調(diào)整結(jié)束后，各倉(cāng)內(nèi)繼續(xù)均勻注水30～80cm，使所有牛腿之間緊貼，并焊接固定。考慮水流力影響，下游側(cè)壁體內(nèi)注水深度大于上游側(cè)壁體，以便頂面平衡。

7 結(jié)語(yǔ)

望東長(zhǎng)江大橋北主橋墩自2013年4～6月順利完成了鉆孔平臺(tái)拆除、鋼吊箱組拼、沉放、封底和承臺(tái)混凝土澆筑等全部工作，在6月10日長(zhǎng)江最高水位來(lái)臨之前完成了承臺(tái)第一層混凝土澆筑，解除了北主橋墩整個(gè)施工過(guò)程中的最大風(fēng)險(xiǎn)。受到了業(yè)主及監(jiān)理單位的一致肯定，證明此深水高樁承臺(tái)有底雙壁鋼吊箱圍堰設(shè)計(jì)與施工技術(shù)對(duì)縮短工期、降低成本、保證承臺(tái)施工質(zhì)量起到了很好的效果，為類似工程提供了借鑒。

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