水中墩吊箱围堰设计与施工

张冠男

摘要 结合向莆铁路站前5C标闽江特大桥水中墩钢吊箱围堰的施工实例，介绍水中钢吊箱设计与施工要点，通过改进侧板与底板的连接系统，既方便侧板拆除，又提高了模板利用率；在不能运用大型水上吊装设备的情况下为进行整体式钢吊箱围堰的施工提供相对简洁的方法和技术。

关键词闽江特大桥 水中墩 钢吊箱围堰 设计施工

1工程概况

闽江特大桥位于福州市闽侯县上街镇和荆溪镇境内，主要在FDK528+577处跨越福银高速公路，在FDK528+720处跨越316国道，然后跨越闽江，在FDK530+730处跨越规划滨江大道，在FDK533+716处跨越荆溪，在FDK533+844.5处跨越115县道，在FDK534+162.84处跨越外福铁路疏解线后与外福铁路并行，最后在FDK535+126处跨越桐溪后而止。桥梁全长：7637.325m。

本文重点介绍跨越闽江43#墩整体式承台钢吊箱围堰的设计与施工。

2气象、水文、地质条件

闽江地表水发育，河水流量，水位受潮汛大气降水影响很大，地下水主要类型为第四系孔隙潜水，局部为承压水。施工正常水位+3m。由于43#墩右侧的施工栈桥与左侧防洪堤将43#墩包围其中，早上大型水上吊装设备无法使用。

3 吊箱围堰设计

3.1 承台施工方案的选定

考虑施工的各个因素，经多种方案比选，单壁钢吊箱围堰作为承台施工的模板围护结构和承重结构。钢吊箱围堰由底板、侧板及内部支撑桁架等结构组成，承台尺寸为27.2×14.6×4.5m承台顶面标高-5.65m，底面标高-1.15m。施工常水位：+3m。侧模的高度不仅考虑承台混凝土顶面的标高，而且还要兼顾高潮是的水位。所以确定吊箱整体尺寸:27.2×14.6×11m。

3.2 吊箱侧板的设计

作为承台施工的围护结构的吊箱侧板，施工时主要承受承台混凝土的侧压力和水流力对侧板的侧压力和波浪力对侧板的压力。侧板高度方向分为下、上两层。每层分为10块。两层共计20块。分块主要是便于拼装。吊箱下层侧板与底板及上、下层侧板之间的水平缝和竖缝均采用螺栓连接，避免产生超标变形。缝间设置10mm泡沫橡胶垫以防漏水。下层侧板的竖楞均为40a工字钢，间距为1000mm；上层侧板的竖楞为2根12工字钢，间距与下层侧板相同。侧板的水平加劲肋间跨350～600mm，随水深而变化。面板为8mm钢板。

3.3吊箱底板的设计

作用在吊箱底板上的荷载主要有：承台混凝土的压力、涨落潮水流对底板产生向上的浮力及波浪力和涌浪对底板产生向上的冲击力。吊箱底板为井字梁结构，由型钢梁和δ＝8mm钢板焊接而成。桩间设置纵、横 32a工字钢梁，纵梁（顺桥向）为主梁，为2根32a工字钢，两端各设置2根32a槽钢。横梁（顺水方向）为次梁，中梁各设置2根32a槽钢。纵、横梁之间设置的斜撑为16槽钢。纵、横梁之间设置75X50X6角钢加劲肋。

3.4 吊箱内桁架设计

内支撑由内圈梁、水平支撑柱及竖向支撑柱三部分组成：内支撑在抽水阶段时，最为不利。内圈梁：内圈梁分为上、中、下三层，设在吊箱侧板内侧，高程分别为-1.15m，+0.45m，±3.15m。只在底层设置3I40b工字钢。上、中、下三层设置水平钢管支撑柱，分别支撑在两层内圈梁上，承受圈梁传递的荷载。分别为φ219.1mm*8mm、φ244.5mm*8mm和φ426mm*10mm钢管；水平钢管支撑柱纵、横方向交叉设置，纵向（顺桥向）为通长钢管，纵、横向水平钢管支撑柱相交处用支撑连接件连接。竖向支撑柱：竖向支撑柱分为中支撑柱和边支撑柱。中支撑柱为桁架结构，立杆为4根100*100*10角钢，水平杆及斜杆均为L63*63*6角钢。边支撑柱竖杆为2根18工字钢，承重水平杆为16a槽钢（支承钢管的），非承重水平杆及斜杆均为63*63*6角钢。竖向支撑柱的作用主要是支撑水平支撑柱及内圈梁。竖向支撑柱底端焊接到底板上，上端分别与上、中、下两层水平钢管支撑柱的连接件焊接。

4吊箱围堰的施工

4. 1吊箱围堰的制作及加工

吊箱底板制造时要保证底板水平，四角处高差相差不超过5mm，不得有卷曲和凸凹情况出现，若有，应采取措施整平。侧板通过螺栓连接成整体，按照承台的结构形状进行加工。

4.2采用在墩位处分块拼装

（1）在墩位处测量放出承台的中心线；

（2）在护筒高出高潮水位以上，大致标高在+3.0m的位置处，开口并安装8根拼装

分配梁，开口的位置要便于现场分配梁的安装和抽出的原则，开口的底标高均应在同一水平面上，以保持吊箱底平面的水平，便于侧板安装对位准确和防止吊箱变形；

（3）底板在拼装分配梁上进行的预拼，先用螺栓连接上紧后，再对拼接处接缝进行焊接，使底板成为一个整体，拼装完成后调平底板；

（4）底模安装好后，安装侧模、内支撑桁架及下放吊挂系统。

4. 3底板与侧板连接系统设计

在深水作业中，侧板全部回收往往非常困难，考虑到水中多个承台侧板大小相同，侧板如果能完全回收就可以直接进行再次利用。底板与侧板连接主要是承受竖向和水平力，所以在设计时除了上、下侧板之间的水平缝和竖缝采用常规的螺栓连接之外，底板和侧板连接设计时较前人做了一些改进。底板边梁开椭圆槽，吊箱侧板与底板之间用拉杆连接承受竖向力，水平限位通过各竖肋旁设置牛腿板以固定插销、活动角钢来实现。如下图

4.4吊箱围堰的下放

吊箱围堰的下放采用φ32预应力钢筋配合液压千斤顶下放的施工方法。该方法的优点在于：

（1）利用千斤顶的行程一致，偏差小，达到下放过程中同步的目的；

（2）利用液压千斤顶操作简单、油压稳定、易于控制等特点，达到下放吊箱围堰平稳、高差小，保持底板水平的目的；

（3）实现了在无法使用大型起重设备情况下吊箱下放的方法：（43#墩吊箱为例）

整体式吊箱围堰模板含下放系统共重115.4t，单根预应力粗钢筋可承受50t的轴向拉力，但为了保证吊箱下放的平衡，故在承台钢护筒上对称布置6套下放系统，每套下放系统采用2根预应力粗钢筋对称与护筒中心布置在护筒两侧。

吊箱的下放原理是利用千斤顶的顶升、回落和上层分配梁的上下位移及螺母的相对位移，下放吊箱。

每套下放系统包括：位于护筒顶口上的两层分配梁，下层分配梁上布置的2台YSD100-200的液压千斤顶、底板上钢凳、φ32预应力粗钢筋、配套螺母。在底板的锚固钢凳处，用螺母将粗钢筋的尾端固定在与底板焊接牢固的钢凳上，并采取措施防止螺母松动、转动。上部在两层横梁顶面也用螺母旋在粗钢筋上，两螺母距各自分配梁间距同千斤顶顶程，下放吊箱示意图见下图。

施工时，布置3台液压油泵，分别控制三组千斤顶，每组4台，下放时，应注意以下事项：

（1）为保持液压千斤顶的同步，三组控制台应同步；

（2）螺母之间的相对位移距离应小于千斤顶的最大行程。

（3）下放过程中，应始终保持吊箱平面处于水平位置，防止吊箱倾斜。底板的高差最大不超过1cm。

4.5 体系转换

下放就位后，应立即将体系转换角钢用连接板与钢护筒进行焊接牢固，使钢吊箱由悬浮吊挂状态转换为固定状态，吊箱重量由护筒承受，并传递至桩基上。体系转换后立即拆除下放系统。

4.6喇叭口堵漏

吊箱围堰下沉到位后，转挂于钢护筒上，调整后，由潜水工清除护筒与底板间杂物，采用弧形板封堵。下放过程中，板向上暂时固定，下放完成后，解除锁定，用φ20cm的布袋内装水泥制成水泥肠袋，绕护筒一周，其内径与钢护筒外径相同，将肠袋放入喇叭口处堵漏。

4.7吊箱封底

①吊箱下沉前，清除封底混凝土高度范围护筒表面氧化层及附着物，确保封底混凝土与钢护筒间粘结力；

②提高封底混凝土坍落度及强度级别，另外掺加粉煤灰和高效缓凝型减水剂，提高混凝土的流动性和延长混凝土的初凝时间；

③封底采用泵送混凝土法多点快速灌注，整个封底利用3排（每排4根）12根导管，根据计算首盘混凝土方量，加工大型储料斗，按水下混凝土灌注方法进行封底施工。

④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。

5结语

闽江特大桥水上现浇承台吊箱围堰施工中， 通过侧板与底板的巧妙设置连接，既方便侧板拆除，又提高了模板利用率；其次，利用液压千斤顶系统同步、油压稳定的特点下放大型钢吊箱围堰，确保了吊箱围堰下放过程中平稳，且操作快捷、简便。该方法解决了在不能运用大型水上吊装设备的情况下进行整体式钢吊箱围堰的施工方法和技术。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。