浅谈深水基础高桩承台施工

张付林

摘要：本文结合某高速公路跨河特大桥深水基础高桩承台的施工，阐述单壁钢吊箱围堰的结构设计、加工以及钢吊箱吊装下沉、封底混凝土灌注等施工技术。

关键词：高桩承台围堰设计吊箱拼装封底混凝土

1、工程概况

某高速公路跨河特大桥全长1208米，是该高速公路全线的重点工程，也是其控制工期工程。本桥采用双向四车道，桥跨布置为15×30m预应力混凝土T梁＋（45+3×70+45）m变截面三向预应力连续单箱单室箱梁＋15×30m预应力混凝土T梁，共36个墩台。

主桥墩为16#、17#、18#、19#墩，均位于河道中，为薄壁墩，基础为高桩承台群桩基础，桩径2.2m，深水基础高桩矩形承台（9.3×9.3×3.5m），左右幅分开共8个，两幅承台间净距4.9m。承台底距河床面6～8m，该河每年3～6月为洪水汛期。

承台施工采用有底单壁钢吊箱围堰，围堰内灌0.8m厚的封底砼。钢吊箱除承台施工时起防水作用外，同时作为承台模板用，考虑安装及施工误差，围堰长9.33m，宽9.33m，高6.12m。

2、钢吊箱围堰设计

2.1设计依据

2.1.1施工水位：设计提供的设计常水位15.7m，施工时水位约为12.0m。施工最高水位拟采用15.0m，最低水位12.0m，钢吊箱顶面标高15.32m（若施工时水位高于此标高，吊箱根据施工情况加高，加高部分内侧加设支撑）。

2.1.2设计承台顶面标高13.5m，承台高3.5m，承台底面标高10.0m，承台平面尺寸为9.30×9.30。

2.1.3钻孔桩直径2.2m，钢护筒直径2.5m，护筒壁厚10mm。

2.1.4钢吊箱尺度：钢吊箱壁板做承台模板，吊箱侧板肋骨设在壁板外面。钢吊箱平面尺寸为9.33m×9.33m，高6.12m。钢吊箱材质为A3。

2.1.5封底砼厚度0.8m，混凝土标号C20，[σ]＝5.5Mpa，[σ]＝0.4Mpa，[σ]＝0.53Mpa， [c]＝0.67Mpa

2.2总体结构

吊箱围堰主要由底板、侧板、吊（抗浮）杆、支撑（抗拉）杆等组成。

底板由面板、次梁、角钢、主梁等组成。面板采用6mm钢板，次梁采用厚为6mm的63扁钢， ∟63×63×6角钢加劲肋，主梁采用Ⅰ28a工字钢，围边采用[16a槽钢。

侧板由面板、横筋、竖筋、主梁等组成。面板采用6mm钢板，竖筋采用厚6mm的100扁钢，横筋采用[10槽钢，主梁采用2[20a槽钢，围边采用∟75×75×8角钢。

为了加强结构的整体性，并充分发挥各杆件的作用，侧板、底板的面板与骨架之间不采用传统的层状连接，而是采用交叉焊接方式，即所有加劲板及肋骨架均与面板焊接，在计算加劲肋与骨架截面模量时，将面板也考虑进去，从而增加了其截面模量值。当然面板内的应力就应该是组合应力。

每个吊箱设16根吊（抗浮）杆，由2根[20槽钢组焊而成，下端与底板肋骨焊接，上端与钢护筒侧面焊接。围堰下沉、灌注封底砼和承台砼时，它起吊杆作用；围堰内抽水时，它起抗围堰浮起作用。

围堰上口四周共设4根I36工字钢横置作为加固主梁并与侧板的竖向肋骨焊接牢固，同时于四角由2根[ 28槽钢组成为方钢做斜撑，斜撑与加固主梁I36工字钢焊接牢固。围堰内抽水时，加固主梁同斜撑起抗水压作用；灌注承台砼时，起围堰模板拉杆作用。

2.3杆件受力计算

杆件计算时按2种最不利工况下考虑，第一：在最高水位时进行围堰内抽水；第二：在最低水位时进行承台砼灌注。第一种工况下，侧板受水的向内压力、围堰受的浮力、底板受水的向上压力、封底砼顶部的拉应力、拉压杆和抗浮杆受压力都是最大值。第二种工况下，侧板受砼向外的压力、底板受封底砼和承台砼的向下压力、拉压杆和抗浮杆受拉力都达到最大值。按上述两种最不利情况下吊箱的面板局部弯曲应力、面板刚度、水平及竖向加劲肋弯曲应力、水平及竖向肋骨中的应力、面板中的组合应力等分析计算。

3、钢吊箱围堰加工

为便于钢吊箱拼装及运输，钢吊箱加工成大块，其中底板加工成4块，每个吊箱侧板加工成4块∟形和4块平板。

首先在平整的场上将面板铺在地面，在面板上依次焊接水平加劲肋、竖向加劲肋，水平肋骨、竖向肋骨。由于钢吊箱侧板光面向内，水压是作用在面板上，通过焊缝传至加劲肋再传至肋骨上的，同时设计计算时，亦是按组合截面计算，所以面板与加劲肋及肋骨之间的焊缝长度与高度必须符合设计要求，这是不同于一般模板加工的关键之处。

底板上位于钢护筒处的预留洞，可在制作台座上根据设计尺寸及现场测量数据扩大5cm切割；也可在工厂内不切割，运到工地后根据护筒和钢管桩的实际位置再行切割。因本桥钢护筒定位精确，所以采用第一种方法进行底板加工。

4、钢吊箱围堰拼装、就位

吊箱大块板制作好后用吊车转运到驳船上，再用驳船运至墩旁，利用50t浮吊进行安装。先拼装底板，在底板上共设4个吊点，为保证每根钢丝绳均匀受力，起吊钢丝绳下端用夹子连接，以便调整其长度。

起吊钢丝绳调整好后，浮吊将其整体吊起，以护筒作导向，按设计位置下放，第一块下放到水面附近时，在底板上安装4个10t倒链，倒链上方挂在钢护筒上口，所有倒链都拉紧后，可取掉起吊钢丝绳；逐步同样方法安装另三块钢吊箱底板并现场焊成整体，调平后利用50T浮吊分块进行侧板安装，侧板之间为螺栓连接，接缝中加橡胶止水带以防水；同时进行吊杆安装。

吊箱拼装（吊杆安装）示意图吊箱整体吊装下沉示意图

钢吊箱现场拼装完毕并按设计定位后，下放钢围堰时采用倒链滑车进行，16个10t倒链滑车，吊着围堰底板，由一人指挥同时下放，直至设计标高后，再对吊箱进行精确定位。下放过程中为避免水流冲击使围堰偏位，可先将围堰底板与钢护筒之间的缝隙用砂袋填满并用钢筋等物压住。下放到位后，将吊杆与护筒焊接，安装顶部支撑梁，同时检查并将底板与护筒之间的缝隙堵塞完好。然后准备封底砼的灌注。

吊箱内支撑加固示意图箱内钢筋及冷却管施工示意图

5、灌注封底混凝土

封底混凝土的作用一是作平衡重的主体；二是防水渗漏；三是抵抗水浮力在吊箱底部形成的弯曲应力；四是作为承台的承重底模。封底混凝土灌注是吊箱围堰施工成败的一大关键。

5.1混凝土生产与运输

砼由岸上拌合站供应，由输送泵直接泵入围堰内。

按C20配制水下砼，坍落度要求：初始≥22cm，入导管口≥20cm，缓凝时间不小于4小时，砼要求和易性好，满足泵送和流动半径不小于4.5m的要求。

5.2封底砼厚度

封底砼的主要作用是阻水，其厚度的计算，主要考虑两个因素，一是砼抗水压强度；二是封底与围堰形成的一个浮体，其自重要大于浮力。砼强度计算主要考虑两种情况，一是围堰内抽水后，封底砼底部承受的水压；二是承台砼灌注后承受砼重量及底部水压。强度计算时，可将封底砼简化为简支梁或双向板计算，简支梁梁高即封底厚度，梁跨按最大桩距或围堰之间距离，计算出的砼最大拉应力小于容许拉应力值。按浮力计算时，可考虑一部分封底与桩护筒之间的摩擦力，但不能过多，要做为安全储备。

根据本桥的实际情况封底砼厚度定为0.8m。

5.3封底砼导管布置

根据施工规范要求，水下砼流动半径按4.5m计算，围堰内共布置4根导管。导管上连接1m3灌注漏斗，灌注漏斗接在8m3集料斗下面。导管采用Φ273mm，壁厚10mm的无缝钢管，各管节之间采用法兰盘连接。

5.4灌注顺序

由于围堰面积不大，导管又对称布置，可从任意一根导管开始灌注。为保证第一斗混凝土灌注后导管埋入其中，导管至底板距离不大于20cm，第一斗砼量在10m3左右。随着砼面的提高再依次往其它导管内灌注砼，基本保持砼面水平。

5.5水下砼浇筑

每根导管第一次灌注时，先将混凝土泵入8m3集料斗中，用浮吊吊起集料斗进行首次封底，封底成功后，砼可直接泵入1m3漏斗中，进行水下砼灌注。

5.6水下砼灌注过程中注意事项

用测深锤每隔一段时间，测出砼表面标高，将原始资料记录下来，随时告诉现场值班技术员，用以指导各导管提升及下料，要求砼均匀上升，以免造成砼面高低偏差过大，同时，也避免导管埋置过浅而使导管悬空，砼浇筑终结时，尽量调平砼表面平整度。

6、箱内作业

封底砼浇筑完毕七天后，抽吊箱内积水，观察钢吊箱的变形及渗漏水情况，确认钢吊箱受力稳定且无漏水后开始进行箱内作业，箱内作业内容包括：

（1）封底砼表面凿毛，并将吊杆承台底设计标高以下部分与钢护筒焊接牢固；

（2）切割钢护筒，将多余的钢护筒切割至基桩顶砼设计标高位置；

（3）凿除桩头，清洗箱内；

（4）在侧模表面涂刷脱模剂；

（5）砂浆垫层找平，绑扎承台钢筋，埋设冷却管。

7、浇筑承台砼

砼由岸上搅拌站集中拌制，用砼输送泵直接泵入承台浇筑，插入式振捣棒振捣。承台施工严格按大体积砼施工工艺施工。

8、结束语

本桥吊箱围堰设计时采用组合截面计算杆件内力，充分考虑所有构件的综合受力，既减少了材料用量，又保证了围堰的安全。

围堰在工地加工制造，运输方便，现场拼装，整体下放，加快了施工进度。