洪塘大桥主墩承台钢吊箱围堰设计及施工技术探讨

■蔡晓恋

(福州海峡建设发展有限责任公司，福州 350001)

1 工程概况

福州洪塘大桥拓宽改建工程路线总长约2.2078km。分主桥、东引桥、西引桥及三环立交，桥梁通航等级为内河Ⅳ级航道。主桥采用独塔双索面自锚式悬索桥，跨径布置为(50+150+150+50)m=400m，基础采用钻孔灌注桩，主梁结构为钢箱梁，桥面宽52m。其中9#～15#墩根据其水深及通航设计采用设圆弧整体式六边形承台方案施工，承台共计14个，拟采用有底钢吊箱作为模板施工。其中13#主墩承台 2个，平面尺寸为26.4m(横桥向)×14.4m(顺桥向)，承台高度5m，封底砼高2m，设R2000圆弧倒角。

2 水文地质条件

本地区属亚热带海洋性季风气候区，一般每年4月～7月上旬为梅雨季，7月～10月为台风雨季也是洪水期，每年的10月至次年的4月为非汛期，有利于进行水中桩基、承台施工。河道最大涨潮流速1.01m/s，最大落潮流速1.05m/s。桥位附近流场平顺，无漩涡和强大稳流区，水流条件较好，洪水期间最大流速1.7m/s。本项目为强潮陆相河口，潮型属正规半日潮，一天两涨两落。平均高潮位为4.98m，平均低潮位为2.36m，平均潮差为2.62m。桥址区覆盖层主要由杂填土、中砂及卵砾石层组成，下伏基岩为花岗岩岩，局部分布有凝灰岩。

3 钢吊箱设计

根据钢吊箱施工流程主要计算钢吊箱起吊下放、钢吊箱浇筑封底混凝土、钢吊箱抽水以及钢吊箱浇筑承台砼等不利工况条件下钢板、挑梁和吊杆结构的强度和刚度。

根据承台尺寸壁板设计为圆弧六边形吊箱，根据承台底、顶标高和设计高、低水位，拟定钢吊箱的平面尺寸为：长 27.592m，宽 15.592m，高 9m，壁体单个重约 139.8t。底板为承台封底和承台混凝土施工底模板，长27.344m，宽15.344m，由面板和型钢骨架组成，总重约43.4t，如图1所示。

图1 吊箱结构图(单位：mm)

钢吊箱底板面板采用6mm钢板，型钢骨架采用HN350×175、200×100 焊接而成。底板不进行防腐设计，施工时仅做简单防锈处理。底板采用分块制作成形施工工艺，根据横桥向均分成3块，每块最重不超过15t。

吊箱壁体竖向为单层，呈带圆倒角六边型，外口长27.592m，外口宽15.592m，厚度根据不同截面0.358m～0.588m不等，高度9.0m。由钢板和型钢焊接组成，总重约139.84t。钢板采用 8mm壁厚，肋板为 HM588×300、HN350×175、HN400×200、［32a、I14 型钢组成。

壁体分块制作，划分断面要避开在浇筑承台混凝土最不利工况下的应力集中区域，避免应力过大导致吊箱变形出现渗漏，综合考虑壁体水平方向分为8块加工，竖向不做分块，共3种型号尺寸，单块重量最大为20.9t。最后分片运输、螺栓连接成型。

为便于壁体周转使用时拆卸，且连接稳定可靠，各侧壁板之间用M20螺栓连接。侧壁与底板之间采用Φ18对拉钢筋固结，张拉10kN预应力，同时为避免接触面出现渗漏，接触面连接缝处夹塞厚5mm的膨胀型止水条止水。

4 钢吊箱施工

4.1 钢吊箱制作

钢吊箱加工钢结构在加工区进行，钢吊箱采用分块加工，加工完成后倒运至现场拼装。

壁体分块制作应首先在制作胎架上将壁板和型钢骨架组装成整体。考虑到分块壁体需在现场进行组拼，壁板之间需填塞止水橡胶条，因此分块壁体尺寸略小于理论尺寸(单个拼缝10mm，每块每边5mm)。每个分块壁体按照壁体分块按顺序进行编号，并用油漆标记。

4.2 钢吊箱拼装

4.2.1 底板拼装

在护筒外周+6.0m标高处焊设型钢牛腿，每根钢护筒布设2个HN600×200型钢牛腿，然后将分块制作好的底板吊装到钢牛腿上，焊接成整体，为侧壁板拼装作准备。底板安装就位以后，在底板上将承台的理论纵横轴线和单块壁体的安装位置测放出来，并做明显标示，保证准确安装侧壁板。

4.2.2 壁板拼装

为了保证拼装时整个吊箱处于平衡状态，侧壁安装遵循先安装一侧吊箱倒圆角壁体三，安装对称倒圆角壁体二，安装两块直线段壁体一，安装对称倒圆角壁体二，最后安装另一侧倒圆角壁体三进行合龙(见图1)。

拼缝对好后，调整吊箱上口尺寸，拧紧侧壁螺栓，安装钢管支撑、焊接拉压杆。钢管支撑和吊杆与钢吊箱挑梁及底板主梁焊缝应饱满牢固。吊箱拼装好检查尺寸、连接螺栓、焊接焊缝，对密封不够的地方用防水材料进行密封。

4.2.3 下放系统安装

下放门架安装：13#主墩由钢吊箱外6根Φ820门架柱 1，护筒内6根Φ630门架柱2及6条2HN600×200门架梁组成(见图1)。

导向装置安装：为了保证钢护筒下放过程中的垂直度以及平面位置，在钢吊箱侧壁上设置8个由Φ426×6钢管制作的导向装置(见图1)，导向装置的长度为4.8m，其与钢护筒间距控制在5cm范围。施工时根据现场钢护筒偏位情况和垂直度精确确定，以保证导向装置与壁体钢护筒间距。

连通器安装：封底混凝土浇筑前，在钢吊箱底板上设置连通器，使用直径为245×8mm钢管，顶口设置法兰盘。减压孔高度超过封底混凝土顶标高10cm，封底混凝土浇筑完成后，保证钢吊箱内外江水可以贯通，保持内外压力平衡，防止封底混凝土在达到强度前由于钢吊箱内外压力差而被破坏。

挑梁体系及千斤顶安装：底板拼装、导向装置焊接到位后，在其对应的钢护筒上安装承重悬HN450×200挑梁，通过HW150×150的吊杆与底板焊接在一起。千斤顶安装在下放门架上，壁体挂腿和千斤顶之间采用Φ40mm(PSB1080级别)精轧螺纹粗钢筋，确保其受力，提高吊箱拼装的安全性和可靠性。

4.3 钢吊箱下放

下放时间应选择在平潮阶段进行钢吊箱的下放。吊箱拼装到位后，焊缝位置采用煤油浸透，螺栓拼缝位置人工检查的方法，检查吊箱的水密性，不满足要求的必须处理达到要求后才能下放。下放前应同时启动6只150t千斤顶，将吊箱顶升5cm左右，检查各受力部位的焊缝及连接，检查合格后，继续将吊箱顶升50cm高后，割除吊箱的拼装牛腿，完成吊箱下放准备。

钢吊箱下放过程就是操作千斤顶下放精轧螺纹的过程，即千斤顶回缩下放吊箱→拧紧下挑梁精轧螺纹螺母→提升上挑梁并拧紧上挑梁精轧螺纹螺母→千斤顶顶进受力→回拧下挑梁精轧螺纹螺母→千斤顶回缩下放吊箱，反复重复同一操作工序，直至吊箱下放至设计标高。下放过程注意同步性和连贯性，确保精轧螺纹粗钢筋受力均匀。

钢吊箱下放过程中，用全站仪随时监测钢吊箱是否存在偏位。挑梁落在护筒上后，确定钢吊箱平面位置、垂直度、错台等应满足设计及规范要求。焊接护筒和挑梁，并将导向装置和钢护筒壁体焊接锁定。精轧钢不做拆除，作为钢吊浇筑封底混凝土过程中的安全储备。

4.4 封底混凝土施工

封底砼按照水下混凝土设计，强度等级为C30，采用水下封底的形式。灌注封底混凝土前应将钢护筒和钢吊箱内壁体上的泥浆土冲洗干净。

封底施工准备工作：

钢吊箱底板加工时由于考虑到钢护筒垂直度误差，在钢护筒位置开孔时开孔直径比钢护筒直径大20cm，一周留有10cm间隙，所以钢吊箱下放到位后，需先将底板与钢护筒一周间隙封堵后才能进行封底混凝土浇筑，封孔板采用两块半圆弧板对接的形式，使用抱箍及螺栓固定。同时利用提前准备的沙袋(掺水泥)将护筒与底板间的空隙封堵。水下混凝土在底板上的流动作用半径，一般在6～8m之间。主墩承台宽14.4m，考虑护筒的遮挡作用，布料点距结构距离均不大于6m布设，单个吊箱分别设置8个布料点。

5 封底混凝土浇筑

13#承台封底砼方量为661.1m3，采用2台汽车泵泵送，左右两侧对称浇筑。混凝土浇筑前严格控制封底砼的坍落度。封底拟采用逐点浇筑进行水下封底，先选择中间1个布料点导管上设置小料斗，混凝土泵送至小料斗，在首封导管内放置泡沫隔水栓，小料斗内存料满足该布料点首封时开始放料，首封完成后连续向该布料点灌注，靠混凝土自身流动性流动至邻近的布料点，使相邻布料点导管底通过流动混凝土达到封堵底口的目的，之后使用小水泵将该导管内水抽掉，即可向该导管内灌注，同样施工工序从中间向两侧逐个布料点推进，将所有布料点导管底口封堵，最后可不受制约循环浇筑每个布料点，直到混凝土浇筑完成即可。

6 承台钢筋混凝土施工

6.1 施工准备

当封底混凝土强度达到设计强度(30MPa)时开始钢吊箱内抽水。抽水前，宜选择在低潮位封堵水下钢吊箱底板连通器，封堵时先在连通器法兰盘上覆盖定制的密封橡胶圈，然后盖上盖板，上紧盖板螺栓。

钢吊箱内抽水完成后拆除下放系统，割除钢护筒至桩基设计顶标高+0.500m，进行桩头凿除。

为了保证承台钢筋绑扎方便，需对封底混凝土表面进行必要的处理。局部表面高于承台底标高的位置进行凿除，低于承台底标高位置部分使用砂浆进行找平。

6.2 承台钢筋绑扎

承台施工的模板为安装完成的钢吊箱壁体的内侧壁，钢筋绑扎前，精确测定承台纵横向轴线位置，以便钢筋绑扎的位置准确，并对吊箱内侧壁板进行除锈、涂刷脱模剂。

承台钢筋全部在钢筋加工场完成加工制作，运至13#墩处进行绑扎。承台钢筋绑扎时需注意防雷接地预埋钢筋、主塔预埋钢筋、冷却水管预埋及后续施工用预埋件，并且位置和数量要准确。

6.3 承台混凝土浇筑

承台砼等级为C40砼，13#主墩墩承台混凝土方量为1612.6m3，分两次浇筑成型。单次最大砼量为967.5m3，浇筑时间控制在12h左右。

混凝土浇筑按照从一个方向(中间)向另外一个方向(两端)推进，并严格控制分层厚度，加强斜角部位混凝土振捣，保证振捣充分。每层浇筑厚度按照30cm控制，振捣间距按50～60cm进行控制。振捣时，振捣棒应插入混凝土内，上层混凝土振捣时应将振捣棒插入下层混凝土内5～10cm，每一处振捣应快插慢拔，必须振捣至该处混凝土不再下降，气泡不再冒出，表面出现泛浆为止。

每层砼浇筑时打开冷却水管通水，连续通水不小于12h，同时在承台内埋设2个电阻传感器，进行24h温度监控，保证砼内外温差不超过25℃。砼浇筑完毕并初凝后立即在其表面覆盖塑料薄膜或土工麻袋蓄水养护，养护水源直接利用江水，养护时间不小于7d。

7 结语

洪塘大桥主桥主墩水中承台施工在该施工环境下，采用有底钢吊箱施工相对于其他围堰方案而言，不仅施工灵活、成本低、效率高，且能满足环境保护的要求，同时它工序简单、易操作，大大降低了水下施工难度，能有效加快桥梁下部结构施工进度，是值得大力推广的施工工艺。