罗屿大桥承台钢吊箱围堰设计及施工研究

余金水

(福建省交建集团工程有限公司 福建厦门 361021)

0 引言

中国桥梁技术，在世界有一定的影响力。在桥梁施工技术逐步深入发展的今天，深水区高桩承台在桥梁建设中发挥着不可小视的作用。

深水区高桩承台，常常运用钢吊箱围堰工艺来进行施工，与在深水区中用低桩承台施工不同，该工艺主要采用钢吊箱围堰工艺施工，以巧妙地解决深水中施工设备下沉困难等问题，有效降低施工难度,提高操作性,保证整个工程的经济价值，体现建造双方利益最大化，有力地促进了桥梁建设行业的发展[1]。基于此，本文主要以罗屿大桥设计及施工为工程案例，对深水区桥梁承台钢吊箱围堰施工的具体步骤及其优势与劣势进行分析。

1 工程概况

罗屿大桥位于莆田市湄洲湾海域跨越罗屿海峡，东连塔林村，西接罗屿岛。罗屿海峡，其水深为5m～20m之间，平均高潮位2.92m、浪高0.6m，平均低潮水位-2.19m。罗屿大桥桥梁长749m，修建时使用预应力混凝土组合箱梁及钻孔灌注桩。因受环境所限，桥梁设计水位为6.53m。1#～4#墩承台顶标高为0.000m、承台底标高为-2.500m，其余墩承台顶标高为-2.000m、承台底标高为-4.500m。

1#～8#、19#～20#墩承台采用钢板桩围堰进行承台施工，其中9#～18#墩因承台顶面位于低潮水位以下，承台底位于海床面以上的水中，需要采用单壁钢吊箱围堰后进行承台施工。根据实际施工情况和周转施工方便，钢吊箱尺寸为8.25m×22.7m×10m。

2 整体式钢吊箱围堰方案设计

钢吊箱结构构造：钢吊箱由底板、侧板、吊挂系统(含抗浮压杆兼抗浮牛腿、含底托梁)，水平支撑系统组成[2]。

(1) 底板具有两个作用：①阻水，其与侧板共同组成阻水结构，使承台及部分墩身可以进行陆上施工。②承重，是吊箱、承台的承重结构。底模托梁和底模共同组成吊箱底板。底板平面尺寸为24.0m×9.0m。井字梁结构构成了底模托梁，有4道由通长2I45和每道通长2I32的6道纵横梁组成。底板采用采用[12b8mm厚钢板组合。底板分块如图1所示。

图1 底板设计分块示意图

(2)侧板的作用主要为阻水，其与底板组成了阻水结构，使承台及部分墩身可以进行陆上施工。侧板高度为10m，分5层制作，每层高度2m，长度方向分3块制作。侧板采用单壁结构，采用[12槽钢8mm厚钢板组合，每层设置2到2[25围囵，次肋为[12槽钢,间距30cm。边框为∠12，采用M27高强度螺栓连接。

(3)吊箱内支撑。内圈梁和水平斜撑杆两部分共同组成内支撑。

内圈梁位于吊箱侧板的内侧，共3层。第一道内支撑设置在承台面以上50cm处，以便于承台施工；内支撑由2I25结构组成的水平四边形，焊在侧板内壁钢板上。

水平斜撑杆焊接内圈梁和杆端，使其连接成一体，成为菱形支撑结构。水平撑杆由DN320×10mm无缝钢管和2I25工字钢组成。

支撑系统的作用主要是承受侧板传递的水压力荷载，通过水平及斜撑对等，控制侧板变形。

(4)吊箱吊挂系统，由纵梁、承重横梁、吊杆和钢护筒组成了吊挂系统的上部，底托梁、横梁组成了吊挂系统的下部。吊挂系统的作用为承重，承受吊箱自身重量以及封底混凝土重量。

设置3排承重横梁，全部设在钢护筒顶，每排由3I40工字钢组成。承重横梁的作用在于支承纵梁，将全部荷载经吊杆、纵梁、承重横梁(通过护筒)传递至基桩。

纵梁(垂直于桥向)采用2组6排贝雷组成，设置在3I40工字钢承重横梁上，贝雷纵梁上设2I25横梁(6道)；横梁的作用是支撑24根吊杆，并传递吊杆荷载到承重横梁。

吊杆由φ32mm的930级高强度精扎螺纹钢及连接器和螺帽组成，在底板的托梁上固定其下端，在吊挂系统的纵梁上固定其上端。

(5)吊箱定位系统，定位孔指的是位于吊箱底板上的前排两个护筒孔。导向钢板和定位孔的主要作用就是控制下沉吊箱所在的平面位置[3]。调位千斤顶主要是用来对吊箱进行调位，而这首先需要对水下的吊箱进行定位。所谓的定位就是指当吊箱下沉到固定的位置之后，为预防水流压力和靠船力等动荷载对自由悬挂的钢吊箱进行干扰，影响封底混凝土质量，在封底混凝土凝固之前设置的固定装置。由于钢吊箱下沉入水后，涨退潮流水会让吊箱发生漂移，而在吊箱中加上导向系统，既可以让吊箱顺利下沉，同时还方便了对吊箱的位置进行调整。通常，该导向系统位于吊箱侧板内壁和钢护筒之间的上下夹层之中，上面一层主要是通过底板与护筒控制定位，下面一层主要是通过导向钢板、定位孔、定位器及调位千斤顶组成10个定位系统来进行定位。其中，导向钢板分别位于吊箱4个角的横向与纵向梁上，其端部和钢护筒的外壁之间留有一定的间隙；具体的定位操作则通过定位器和4个钢护角的整体组合实现。

(6)设置抗浮牛腿。吊箱主要由封底混凝土与钢护筒的摩阻力来承载，根据承台尺寸加工作空间，吊箱体积巨大。吊箱抽水后将产生巨大的浮力，用加厚封底混凝土的方法解决，从经济角度考虑，不太合理，故采用设置抗浮牛腿与护筒焊接连接，增加摩阻力的方法解决该项难题。根据施工水位，钢吊箱设计总高度为10m，为了便于运输，侧板共分5层制作，每层高度2m，长度方向两侧各分3块，两端要各有1块，且所有的模板之间都使用M27双排螺栓进行连接，拼缝之间垫有止水像胶板(δ=8mm)；底模和侧板之间需要用16根螺栓连接。其中，为了方便后期的拆除，底板使用了相互独立的8块模板拼接而成。吊箱的主要受力结构是顶部承重梁、底托梁和24根φ32精轧螺纹钢筋。其中，吊箱和封底混凝土的自重是利用精轧螺纹钢、承重横梁和钢护筒之间力的传递最终到达桩基。

当前钢吊箱是在平台上进行拼接，总重达265.8t，由75t履带吊分体吊装的方式进行施工。施工荷载和自重，主要由吊带和支承架传递给桩基承受。钢吊箱布置如图2所示。

图2 钢吊箱布置示意图

3 钢吊箱围堰施工

进行吊箱围堰工程施工前，进行技术交底，合理分工，配备齐全的施工机械和机具，保证围堰施工的顺利进行[4]。

3.1 拼装下放

钢吊箱围堰在加工场地提前生产完成后利用墩位钻孔平台进行现场拼装。吊箱的拼装方式，采用分段拼装和分段下沉方法，主要拼装流程如下：先将底节钢围堰进行分装，然后将其他部件进行依次拼装，最后对拼装的高度和倾斜度等指标进行检查，确保重要接缝的水密性及结构安全，验收合格后方可投入使用。

3.2 拼装要点

①第一步进行放样划线工作；②拼装从一个角向两边对称进行，直至合拢为止；③用顶、垫和支撑等方法对拼完后的第一层围堰进行校正；④先在岸上进行预拼装，然后利用吊机将其吊上工作平台进行逐段的接长合拢，以加快拼装速度。

3.3 起吊与安装

在对钢围堰进行正式起吊之前，先进行试调工作，具体操作如下：吊起钢围堰距离工作平台5cm距离后停止起吊，并仔细对钢吊箱进行全面检查，以确保其纵、横和水平方向情况良好，没有发生形变等情况；再吊起距作业平台约50cm距离后停止起吊，锁定各倒链滑车，然后拆除支撑平台。

底节拼装完毕后开始安装起吊设备。吊箱起吊下放要进行严格的检查工作，再进行正常的起吊，以消除安全隐患。先提高50cm，然后割除拼装平台，将阻碍围堰下放的结构进行清除。利用千斤顶将围堰缓慢下放至水中，下放过程中严格控制千斤顶下放的速度，保证各点按相同的下放速度入水，如图3所示。

当围堰底节开始入水后，不要让起吊设施松钩，时刻保持起吊下放状态。对吊箱的平面位置进行部分调整。当吊箱下沉至合适位置之后，将吊箱与墩位平台进行临时连接。

图3 钢吊箱起吊和安装步骤示意图

3.4 孔隙的封堵

吊箱安装到指定位置之后，指派潜水员采用胶垫和钢板抱箍对护筒和底板之间的缝隙进行封堵。

3.5 封底混凝土浇筑

钢吊箱施工的关键环节是——围堰封底，围堰施工的成功与否直接由封底质量的好坏决定。所以，在施工中采取了以下措施，以确保封底成功:①使用C30混凝土封底，厚1.5m，提高混凝土强度等级；②采用导管水下浇筑方法浇筑，避免混凝土出现“离析”现象；③考虑到封底混凝土受潮汐涨落水位变化(2m～6m)影响,为避免水压对新浇筑封底混凝土造成破坏，在吊箱-4m处各开4个φ15 cm的阀门作为平衡孔,平衡吊箱内外水压。

3.6 体系转换

封底混凝土强度达到设计要求后，将抗浮牛腿与护筒焊接牢固，使牛腿发挥加强抗浮作用。保留底横梁两端12个吊点，在兼做立柱的牛腿上架设纵梁，然后拆除中间吊杆，再将保留的吊点转移到纵梁上进行体系转换，如图4所示。

图4 吊装施工过程体系转换示意图

3.7 钢吊箱拆除

(1)先逐层拆除支撑系统， 然后逐层拆除外侧模板，再拆除底板。

(2)侧板拆除后，在底托梁两端上挂上钢丝绳，由卷扬机吊紧，再拆除吊杆，用卷扬机来承受底板的重量。

(3)放松卷扬机,让底板纵横梁下降，并从混凝土中脱离出来。下放到海床后，逐块抽出底板，然后拆除纵梁, 最后拆除底托梁。

4 结语

工程实践表明，罗屿大桥深水中承台采用钢吊箱围堰的设计及施工,大大降低了水下工程施工的难度,使施工安全得到保障的同时节省了材料，并加快了施工进度。笔者将其设计与施工付之于文，希冀能为同仁们提供他山之石。