平口资水大桥深水承台钢吊箱设计与施工

唐祥春

（保利长大工程有限公司，广东 广州 510000）

0 引言

经过交通建设高速增长期，我国高速公路网已覆盖各县市、不同地形，山岭地区、河流地区和水库地区均有桥梁横跨，高速公路为了提高与环境的和谐度、与周边交通设施的一体性，通常要在施工方便性上妥协，而平口资水大桥深水承台通过Midas软件建模验算设计双壁钢吊箱围堰，保证了深水承台施工过程中的安全性及施工质量。

1 工程概况

管庄至新化高速平口资水大桥位于安化县平口镇移民新村境内，为左右幅分离式桥型，全长839m，主跨（56+90+90+56）m，上部结构采用连续钢构+预应力混凝土T梁，墩承台采用长方形高桩承台结构，平面总尺寸为12.60m（横桥向）×8.50m（顺桥向），承台厚3.2m。承台上为分离式薄壁墩柱。基础采用6根桩径为2.0m的钻孔桩基础。承台底标高：+151.8m，承台顶标高：+155.0m，承台设计图见图1。

图1 承台设计图（单位：mm）

因横跨柘溪水库，桥下为Ⅳ级航道。由于水库需要调蓄洪峰，枯水期为每年3月～6月，水位为+149m，蓄水期水位为+166m，高差达17m。主墩承台底标高为+146.8m，河床标高为+145m，因此主墩承台需要通过深水钢吊箱围堰进行辅助施工，且施工窗口期仅为每年枯水期的3个月，需在枯水期安全、快速地将承台施工完毕。

2 工程技术特点

（1）主墩承台施工采用钢吊箱作为挡水结构。该桥位于柘溪水库，受柘溪大坝影响，大型驳船与浮吊无法进入，拟采用“先桩后围”的方式，利用桩基钢护筒作为悬吊系统，现场进行围堰焊接拼装与下放。

（2）套箱结构设计难度大，套箱深度大，受力复杂，荷载分布、大小均不明确，一旦考虑不周全，可能造成结构设计不合理，无法满足受力要求。

（3）套箱施工难度大，受现场条件限制，大型浮吊无法进入，套箱只能分层分块加工运输，现场安装，整体下放。下放重量大、时间长，对下放设备要求高，同步控制难。同时下放到位后如何固定并尽可能减少对已成桩基的影响较难把握。

3 双壁钢吊箱设计

3.1 钢吊箱结构形式

平口资水大桥双壁钢吊箱长15.4m、宽11.3m、高21.9m，下放后围堰顶标高为+166.5m，最高设防水位为+166m，围堰结构由底板面板、侧板、下放吊挂系统、封底吊挂系统和内支撑组成。

（1）钢吊箱底板面板从下至上依次为H500型钢、6mm钢面板和间距40cm布置的[12.6槽钢加劲肋，面板与底板龙骨间的焊缝为6mm一级角焊缝。

（2）侧板前后均采用6mm厚钢板，横向肋为整根L200×125×12角钢间距700～1000mm布置，竖向肋为间断的L75×50×6角钢，间距400mm布置，前后壁板通过斜撑连接，斜撑由L100×63×8角钢构成。

（3）围堰内设置5道内支撑，由H500型钢分配梁和ϕ630×10钢管组成，分别设置在+150.5m,+153.2m,+156.1m,+159.2m,+163.2m高度。围堰立面图见图2，围堰平面图见图3。

图2 围堰立面图

图3 围堰平面图

3.2 钢吊箱结构受力工况

根据施工的基本过程，钢吊箱围堰计算的荷载组合及计算内容如下：

（1）工况一（围堰下放阶段）：钢吊箱围堰下放过程中，钢吊箱自重（280t）全部由下放吊点和钢绞线承受，该工况对下放吊点、底板龙骨的强度、刚度进行受力验算及分析。

（2）工况二（围堰封底混凝土施工）：该阶段的钢吊箱应计算浮重，同时荷载应考虑封底混凝土的浮重，两组荷载加载在封底吊点和下放吊点上，此时应对吊点和底板龙骨的强度、刚度进行受力验算及分析。

（3）工况三（围堰抽水施工）：该阶段应验算围堰、封底自重和封底混凝土与钢护筒握裹力之和能否抵抗浮力作用，或者枯水期握裹力能否支撑围堰和封底自重。

以上各个工况要对钢吊箱的侧板、底板、内支撑及吊挂系统进行强度和刚度验算，外界荷载应考虑不同水位的浮力、静水压力和流水压力。

3.3 Midas建模验算钢吊箱不同工况

利用有限元受力分析软件Midas Civil对设计好的围堰进行建模并计算。图4为1/4围堰受力模型图。

图4 1/4围堰受力模型图

将不同工况的流水压力加载至模型上，可得出不同工况下的构件受力情况和变形情况（见表1）。

表1 不同工况下的围堰最大应力和变形值

4 钢吊箱施工

4.1 钢吊箱加工

钢吊箱在封闭式加工场内加工，在硬化地面上用角钢+钢板搭设水平加工平台，在加工平台上焊接侧板。焊接均采用二氧化碳保护焊。加工制作依据平板车、场地、吊车等限制，分块成纵横不超过6m的大小，侧板分为A、B、C三种标准块，便于流水化施工和标准化管理，制作完成的侧板堆放在平整、硬化后的场地上，等待安装。钢吊箱底板龙骨在施工平台上焊接，拼装成型后用吊车就地下放。

4.2 钢吊箱安装

主墩桩基施工完毕后即可拆除围堰范围内的施工平台，在护筒高于实时水位2m左右的高度焊接拼装平台牛腿，将底板龙骨吊放在拼装平台上后即可进行底板面板焊接。

底板面板及吊点安装完毕后，可进行侧板吊装和焊接，侧板通过平板车、运输驳船运往施工平台，通过履带吊吊装至底板外侧进行安装。

安装侧板时，在底板上测量放出侧边界线，并用红漆标记根据位置预先焊接限钢，后续侧壁接高时同样在下节体焊限位钢。

侧板吊装时采用两台履带吊分别在两侧平台按编号顺序交叉对称拼装，确保安装过程中受力均衡。侧板全部拼装完毕后按图纸要求进行对应位置的内支撑安装。

4.3 钢吊箱下放

钢吊箱围堰采用4组连续千斤顶+钢绞线的下放组合，下放的受力系统包括持力钢护筒、吊挂分配梁、提升千斤顶、吊杆等部件。围堰下放前，在钢护筒顶部安装吊挂分配梁、连续千斤顶和钢绞线。

根据围堰重量及各吊点的荷载值，在围堰四角护筒各设置1台额定提升力为150t的连续千斤顶，每台千斤顶配置1组9×ϕ15.2钢绞线，钢绞线依次穿过上夹持锚具、千斤顶、下夹持锚具、承重支架、侧壁板加强结构，然后在侧壁板下方通过连接器与侧壁板销接。钢吊箱下放现场见图5。

图5 钢绞线下放钢围堰

4台连续千斤顶配置2个泵站1个控制站，控制站的原理为通过在千斤顶上安装位移传感器，计算机采集传感器型号使液压泵站同步控制各千斤顶的动作，保证各点下放时位移偏差在允许范围内，使得钢围堰下放时保持平衡和精确定位。

连续千斤顶的锚具具有逆向运动自锁性，能确保提升过程的安全性，并且构件可在提升过程中任意位置长期可靠地锁定。

吊箱下放至设计高程后，复核其平面位置和水平位置，如不满足要求，可通过调节千斤顶调整水平位置。将螺旋千斤顶安装在四角的四个护筒外壁与吊箱侧板之间的位置，通过千斤顶的缩放来调整围堰的平面位置。

4.4 锁定钢围堰

钢围堰下放确定好标高和平面位置符合设计要求后，可锁定封底吊杆和下放钢绞线。封底吊杆为提前安装好的ϕ32精轧螺纹钢，锁定过程可通过控制螺栓的松紧平均分配每根吊杆的拉力。下放钢绞线则通过在锚具中安装工作夹片进行锁定。

5 封底施工

5.1 底板堵漏

潜水员在水下用沙袋填堵钢护筒与围堰底板间的缝隙，要求控制堵漏后的缝隙不大于1cm。

5.2 封底混凝土浇筑

完成堵漏后需进行封底混凝土的灌注，采用导管进行水下混凝土的灌注。封底混凝土具有防渗漏、抵抗浮力在吊箱底板形成的弯曲应力和作为承台的承重模板作用。主墩封底混凝土标号为C25水下混凝土，厚度为2.2m，不分仓一次性浇筑。

封底混凝土采用“剪球法”施工，在导管内放置泡沫隔水塞，小料斗底部用盖板封堵关口，小料斗由吊车主钩吊挂，盖板通过钢丝绳悬挂于吊车副钩，利用汽车泵向料斗注入混凝土，料满后提升副钩将封堵盖板拉出，泵车继续灌满料斗。

灌注过程中及时用吊锤测量导管周围混凝土面标高，计算导管埋深，首封混凝土灌注后，导管埋深在0.6～0.9m之间。

单点浇筑至设计标高后利用吊车转移料斗至下一个浇筑点，根据实测结果重新调整导管底口高度，应距混凝土面30cm左右。若导管底口已被埋入，也要将导管底口提至距混凝土面30cm，才能进行首封。

封底混凝土灌注过程中，应根据灌注量每隔一定时间测一次标高，用以指导导管下料，使混凝土均匀上升。

5.3 围堰抽水

当封底混凝土同条件养护时间强度到达设计要求后，即可割除吊杆和钢护筒。割除的同时派潜水员将连通器堵上后从围堰内往外部抽水。抽水过程中应对围堰侧板和内支撑进行形变观测，如有不稳定、较大的变形应立即停止，处理后方能继续抽水。

6 结语

平口资水大桥深水承台双壁钢吊箱围堰全部由型钢和钢板加工而成，结构设计标准化程度高，受力分析成体系，同时考虑了库区大水位变化的环境因素，因此对于库区深水高桩的桥梁承台施工具有参考意义。