揚中三橋主墩承臺鋼吊箱設(shè)計與施工技術(shù)

王中和　魏義山

(揚中—鎮(zhèn)江直達通道建設(shè)指揮部　揚中　212200)

揚中三橋主墩承臺鋼吊箱設(shè)計與施工技術(shù)

王中和魏義山

(揚中—鎮(zhèn)江直達通道建設(shè)指揮部揚中212200)

摘要通過揚中三橋5個水中主墩承臺的施工，總結(jié)了一套深水承臺施工技術(shù)。文中簡要敘述主墩承臺鋼吊箱從下放、安裝至封底混凝土的整個施工工藝過程，并總結(jié)了水中鋼吊箱施工的關(guān)鍵、優(yōu)點和不足之處。深水高樁承臺采用有底鋼吊箱施工的方法，具有施工難度小、工期短、安全可靠、定位精確等優(yōu)點，有較好的應(yīng)用前景和經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞鋼吊箱下放封底

1工程概況

揚中三橋是鎮(zhèn)江市區(qū)至揚中市直達通道，南岸起自金港大道，與大姚線相交處，跨過長江揚中夾江，北岸順接已建迎賓大道，路線全長6.036 km。本工程按城市快速干道結(jié)合一級公路標準設(shè)計，設(shè)計速度為80 km/h，雙向6車道，通航凈空100 m×18 m。

主橋采用75 m+4×125 m+75 m變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，主橋長650 m。夾江大橋共計6跨，7個水中橋墩涉及夾江航道，設(shè)置4個通航孔，橋梁施工過程不中斷通航，不得影響船舶正常航行，不得干擾船舶安全通過橋區(qū)水域，這是本工程的施工及控制的重點與難點。

橋位處水下泥面高程-7.0~-11.0 m，流量、流速隨季節(jié)變化明顯。潮差較大，且變化頻繁。 每日兩漲兩落，平均漲潮歷時約3.7 h，落潮歷時約8.8 h。年內(nèi)最高潮位最早出現(xiàn)在6月至9月間，大部分發(fā)生在7，8，9這3個月中。

歷年最高水位為：+6.47 m；歷年最低水位為：-0.34 m。

2主墩承臺

主墩承臺設(shè)計尺寸為12.9 m(寬)×35.1 m(長)×4.0 m(厚)，近似棱形，左右幅承臺為整體，承臺設(shè)計頂標高為+3.0 m，底標高為-1.0 m。

主墩承臺處河床標高為-6.5~-10 m。據(jù)2009~2011年的有關(guān)資料統(tǒng)計，在當年11月~翌年4月長江最高水位約為4.0 m，最低水位約為±0.0 m。根據(jù)河床標高并結(jié)合現(xiàn)場實際情況，選擇當年11月~翌年4月長江低水位季節(jié)的有利時間進行施工。主要工藝采用單壁有底鋼吊箱圍堰法施工，圍堰高度7 m，底標高-2.5 m，頂標高+4.5 m，平面尺寸與承臺尺寸吻合。整個鋼吊箱圍堰重約230 t，主要由底板、側(cè)板、內(nèi)支撐、吊掛系統(tǒng)等部分組成。封底采用水下C30混凝土，分2次進行封底施工。第一次封底混凝土，澆筑標高為-2.5 ~-1.4 m，封底厚度為1.1 m；第二次封底混凝土，澆筑標高為-1.4 ~-1.0 m，封底厚度為40 cm。

3鋼吊箱設(shè)計

3.1　底板系統(tǒng)

在鋼護筒上焊接臨時牛腿，牛腿頂面標高+4.36 m，在牛腿上鋪設(shè)雙拼I32工字鋼底板橫梁，以橫梁為基礎(chǔ)焊接底板主龍骨框架，縱梁與橫梁等高連接，主龍骨框架完畢后，鋪設(shè)縱向次梁I14工字鋼,次梁與主梁搭接處滿焊,底板采用10 mm厚鋼板，鋪在次梁之上，次梁與面板采用滿焊連接，焊縫厚度不小于焊件材料的最小厚度。臨時牛腿與底板見圖1、圖2。

圖1臨時牛腿圖2底板系統(tǒng)

3.2　側(cè)板系統(tǒng)

側(cè)板系統(tǒng)包括面板、豎梁、橫梁、平聯(lián)、斜撐、豎肋、橫肋組成，各個構(gòu)件之間通過焊接連接，面板采用6 mm厚鋼板，側(cè)板分22塊制作，按寬度不同分為3種規(guī)格：①號側(cè)板(直板)16塊；②號側(cè)板(轉(zhuǎn)角弧形板)4塊；③號側(cè)板(端頭弧形板)2塊，高度均為7 m，桁架豎梁、橫梁采用角鋼制作。側(cè)板各分塊對稱安裝，使底板受力平衡，并加設(shè)臨時支撐和纜風(fēng)繩，使側(cè)板保持整體穩(wěn)定。側(cè)板安裝完成后，將限位角鋼與底板電焊連接。側(cè)板和底板采用限位角鋼連接，側(cè)板與側(cè)板連接處、限位角鋼與側(cè)板之間，均架設(shè)橡膠止水條，保證密封。側(cè)板和底板采用限位角鋼連接。

為保證在灌注封底混凝土過程中，鋼吊箱內(nèi)外水位基本一致，在鋼吊箱側(cè)板上預(yù)留6個300 mm減壓孔，用鋼管制作，焊接在側(cè)板上。側(cè)壁與底板連接見圖3。

圖3　側(cè)板底板連接

3.3　底板吊掛系統(tǒng)

底板吊掛系統(tǒng)分為提升架和提升吊桿，在鋼吊箱拼裝完畢后，將1~19號鋼護筒頂部在+6.8 m處切割平整。在護筒頂安裝懸挑承重梁，挑梁共8根，采用雙拼600×200H型鋼雙拼制作，挑梁順橋向安裝在護筒頂。為保證挑梁的穩(wěn)定，將挑梁與鋼護筒焊接。在第3排、第6排挑梁上吊點處安裝穿心千斤頂，每排安裝4個，共設(shè)8個穿心千斤頂，每排上的4個穿心千斤頂由1臺油泵控制，保證4個千斤頂同步工作。吊桿采用32精軋螺紋鋼筋，吊桿從挑梁和底板主梁間穿過，底口采用螺帽擰緊。將上下承重結(jié)構(gòu)聯(lián)系在一起。吊掛系統(tǒng)見圖4、圖5。

圖4千斤頂設(shè)置圖圖5精軋螺紋鋼吊桿

3.4　圍囹及內(nèi)支撐系統(tǒng)

圍囹采用雙拼Ⅰ32a工字鋼，利用直徑×壁厚為500 m×8 mm鋼管樁作為支撐，支撐設(shè)在+4.5 m處，鋼管樁支撐于圍囹間加墊鋼板防止應(yīng)力集中，各構(gòu)件間均為滿焊，焊縫厚度按薄板母材厚度控制。

3.5　鋼吊箱側(cè)壁結(jié)構(gòu)優(yōu)化

考察類似工程，鋼吊箱側(cè)板，一般為槽鋼+面板結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)所需鋼材多、在荷載作用下變形大。本工程側(cè)板設(shè)計進行創(chuàng)新，設(shè)計為輕型空間桁架結(jié)構(gòu)，桁架寬度70 cm，層高1 m，豎梁、橫梁為10號角鋼，水平、豎向斜撐為7.5號角鋼。結(jié)構(gòu)形式確定后，對最不利工況進行分析、驗算。

側(cè)板最不利狀態(tài)：第一次封底混凝土澆筑完成，達到設(shè)計強度后抽水，水位最高，此時鋼吊箱外水壓力作用在套箱面板上，并由鋼吊箱桁架承擔(dān)；從上向下3~6層豎梁內(nèi)力較大，最大內(nèi)力為177.69 MPa；第5，6層斜桿所受內(nèi)力較大，最大內(nèi)力為104 MPa。側(cè)壁桁架計算見圖6。第5，6層豎向斜撐采用雙拼7.5號角鋼，外側(cè)豎梁在3~6層設(shè)計為雙拼10號角鋼。通過對最不利工況的分析、驗算，對側(cè)板桁架進行優(yōu)化，進一步節(jié)約材料，減小自重。優(yōu)化后的側(cè)壁桁架見圖7。

圖6　側(cè)壁桁架計算圖

圖7　側(cè)板桁架優(yōu)化

4鋼吊箱下放

下放系統(tǒng)安裝完畢后，用8臺千斤頂將鋼吊箱整體提升10 cm，割除臨時牛腿，千斤頂緩慢回油，活塞下移，同時反轉(zhuǎn)千斤頂前端螺帽，油缸全部收回后，固定全段螺帽，松開后端螺帽，千斤頂油缸進油至最大伸長量，固定后端螺帽，松開前端螺帽，回油下放，如此往復(fù)。下放時，每10 cm左右調(diào)平1次，下放至設(shè)計高程后，復(fù)核其平面位置，如不滿足要求，可用普通千斤頂安放在4個角的護筒外壁與吊箱側(cè)板圍囹之間調(diào)整吊箱位置，待其滿足要求后，在4個角的護筒與吊箱側(cè)板之間用定位器(短型鋼)焊接定位。

5鋼吊箱封底

鋼吊箱下放封底之前，安裝鋼吊箱底部樁基抱箍，封堵護筒與底板之間縫隙。

由于鋼吊箱下沉施工時間較長，在鋼護筒外壁及套箱內(nèi)壁上會存在其他雜物，為了保證混凝土質(zhì)量以及混泥土與鋼護筒之間的握裹力，在澆筑封底混凝土前，由潛水工人下到水下將套箱內(nèi)鋼護筒外部的淤泥清理干凈。

封底采用水下C30混凝土，分2次進行。第一次封底為水下封底，混凝土灌注采用垂直導(dǎo)管法，澆筑標高-2.5 ~-1.4 m，厚度1.1 m，放量約453 m。混凝土澆筑時的擴散半徑按6 m考慮，平面布置8個灌注點，導(dǎo)管灌注半徑相互覆蓋，滿足整個承臺范圍的澆筑[1]。封底導(dǎo)管布置見圖8、圖9。

圖8　鋼吊箱封底導(dǎo)管布置圖

圖9　封底混凝土澆筑

在澆筑前準備3 kg測量錘6個，12 m測繩6根，每個澆筑點及測點處平臺標高應(yīng)提前測出，作為測量混凝土面的依據(jù)，并用油漆標示在該處。

水下混凝土配合比的合理設(shè)計是封底成功的重要因素之一，在封底前對混凝土配合比進行了必要的調(diào)整，具體為：設(shè)計強度不小于規(guī)范規(guī)定的設(shè)計強度、混凝土初始坍落度(20±2) cm、混凝土初凝時間大于8 h；水下混凝土的開灌順序，從一側(cè)向另一側(cè)進行，每次開灌順橋向2根導(dǎo)管，首罐混凝土坍落度取下限，每根導(dǎo)管澆筑前，用測深錘從導(dǎo)管內(nèi)測出導(dǎo)管下口與套箱底板的距離，使導(dǎo)管距底板15~20 cm。 第一次封底混凝土達到設(shè)計強度后，抽除吊箱內(nèi)江水。在護筒上設(shè)置剪力鍵，剪力鍵為16槽鋼，焊在鋼護筒周邊。并在鋼護筒周邊設(shè)3圈鋼筋網(wǎng)，澆筑第二層封底混凝土，澆筑標高為-1.4 ~-1.0 m，厚度40 cm。澆筑第二次封底混凝土?xí)r，在鋼吊箱內(nèi)壁上畫出-1.0 m控制線，保證混凝土平整，采用插入式振搗器振搗，保證混凝土密實。

6結(jié)語

通過揚中三橋5個水中主墩承臺的施工，結(jié)合國內(nèi)其他橋梁施工經(jīng)驗[2-4]，總結(jié)了一套深水承臺施工技術(shù)，鋼吊箱作為橋墩、臺施工的圍水設(shè)施，又是承臺施工的模板，在主橋施工中起著十分重要的作用，是深水基礎(chǔ)施工的理想工作場地。深水高樁承臺采用有底鋼吊箱施工的方法具有施工難度小，工期短，安全可靠、定位精確等優(yōu)點，有著較好的應(yīng)用前景和良好的經(jīng)濟效益，可供類似橋梁施工參考。

參考文獻

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[2]陳廣飛.灌河大橋大型深水承臺雙壁鋼吊箱圍堰施工技術(shù)[J].交通科技,2014(2):54-57.

[3]黃薛峰.南京長江第四大橋南主墩鋼吊箱施工技術(shù)[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計,2015(8):95.

[4]王建國.南京大勝關(guān)長江大橋9號墩鋼吊箱圍堰制造、安裝、下放施工技術(shù)[J].科技與企業(yè),2015(14):149.

Overall Construction Technology of Steel Boxed and Cover

Concrete of Yang-zhong Third Bridge Main Pier Platform

WangZhonghe,WeiYishang

(Construction Headquarters of direct Access of Yangzhong-Zhenjiang, YangZhong, 212200, China)

Abstract：In this paper, through the five main piers in water construction of the third bridge of Yangzhong, a set of technology of platform construction in deep water is summed up. The whole construction process is introduced, including the dropping and installation of the main pier steel hanging box, as well as the casting of bottom sealing concrete. The key and advantages and disadvantages of the water steel hanging box construction are summarized. Adopting bottomed steel hanging box construction method in construction of high pile cap in deep water has a lot of advantages, for instance, little construction difficulty, short construction period, safe and reliable and accurate positioning. It has good application prospect and good economic.

Key words:steel hanging box; dropping; bottom sealing

收稿日期：2015-10-14

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.06.010