馬鞍山長江公路大橋中塔吊箱圍堰法修筑深水高樁承臺

張小軍

安徽省合肥工大建設監理有限責任公司，安徽合肥 230009

吊箱圍堰法修筑深水中橋梁高樁承臺，是在水中懸吊鋼箱，固定于鋼護筒或定位樁上，樁基施工時用作定位導向工作平臺，樁基施工完后作為圍堰，下到設計標高，封底抽水，修筑鋼筋砼承臺。馬鞍山長江公路大橋中塔樁基礎施工采用此方案取得了良好效果。本文結合本人在馬鞍山長江公路大橋項目全過程參與此方案的評審、實施、取得預期效果，對鋼吊箱圍堰的設計和施工進行研究總結，希望能對大橋施工技術有所裨益。

1 樁基承臺施工方案的確定

馬鞍山長江公路大橋工程控制工期在于下部工程，而難度在于基礎。長江中央施工條件比較差，要保證工程質量和工程進度，必須采取切實可行的施工技術，一次性作業成功。

在水中修筑鋼筋砼承臺，必須有圍堰。施工時將圍堰內的水抽干，在無水的情況下，修筑鋼筋砼承臺。根據施工現場的實際情況，一般有兩種修筑承臺的方案進行比較，即吊箱圍堰法和套箱圍堰法。通過從施工難易、工程質量、使用設備機具量、材料用量等方面比較，我們認為，吊箱圍堰法施工深水中承臺優點比較突出，砼質量有保證，投入的材料和設備比套箱圍堰少，尤其是對水文影響小，可維持通航。

2 吊箱圍堰設計和施工

馬鞍山長江公路大橋根據工程本身的情況，認真制定施工程序，即先圍堰后平臺法施工：

1）吊箱圍堰尺寸的擬定

鋼吊箱圍堰的尺寸，應根據承臺所處河段的水文以及其功能來確定。馬鞍山長江公路大橋工程吊箱圍堰尺寸是按下擬定的：

（1）平面尺寸：同承臺平面尺寸加10cm襟邊寬度，以保證承臺中心位置準確；

（2）高度：H=h1+h2+h3-h4（其中：h1—施工高水位，以調查的歷年同期高水位確定，取6.2m（高程）；h2—防浪高度，取0.5m；h3—承臺封底厚度，取1.8m；h4—承臺底標高等于0.0m（高程））。

2）吊箱圍堰結構體系分析

吊箱圍堰在施工和工作過程中，受力的作用是比較復雜的。并且，隨著施工程序的深入，結構約束體系從原先的狀態轉化為另一狀態，此時，吊箱所受的外力也隨之變化。所以設計吊箱時，應認真分析各種狀態的結構體系和受力情況。分別作設計計算，確保結構的安全。

（1）吊箱圍堰的荷載：

①水力荷載：分靜水壓力和動水壓力。靜水壓力按下式計算：

P1=rH[其中：r—水密度（T/m3）；H—水深（m）]；

靜水壓力隨水深呈下三角形分布。

動水壓力按下式計算：

P2=KHV2/2gxBxr[其中：K—平面系數，矩形K=1.33，槽形K=1.8～2.0；H—水深（m）；V—流速（m/s），取2.0 m/s；g—重力加速度（m/s2）；B—寬度；r—水的密度（t/m3）]

動水壓力可假定為作用于水面以下1/3水深處的集中力。水浮力P3按下式計算：

P3=rH （水浮力作用于H深底板）

②砼荷載：按實際體積計算

③施工荷載

施工荷載主要是考慮澆筑承臺砼時的施工荷載，按“施工技術規范”取q=2.5kPa。

④船撞力

按“橋梁通用規范”取P4=400kN。

（2）吊箱圍堰結構體系分析

吊箱圍堰在制作、運輸、安裝和工作中，結構受力是比較復雜的。但最不利的是當吊箱就位下到高程，固定在鋼護筒頂部時，另一種不利狀態是當封底后，進行承臺施工要先割除鋼護筒，鑿樁頭，此時要將固定點轉移到吊箱底板時。我們按先后狀態1、狀態2來分析。

狀態1：當吊箱圍堰下到設計高程后，吊箱固定于鋼護筒，鉆孔樁施工結束后進行封底，封底混凝土強度達設計要求后抽干箱內水。這時箱內無水，箱外水位隨長江水位變化。吊箱受水側壓力和浮力。只有出現意外的高潮水位，漫過箱頂，此時箱內外水壓平衡，退潮時，立即抽箱內水，可避免這種情況的出現。

吊箱的結構是空間體系，為了便于計算，先簡化為平面結構體系進行初步計算，確定支撐系統的設計方案，再用有限元程序建模計算，進行設計校核。計算時荷載組合為：靜水側壓力，動水壓力、浮力、封底砼及自重、施工荷載等。通過計算分析，這種狀態不利位置在吊箱各角隅。因此，吊箱制作時，構造上應加強該處的剛度，以防變形以至漏水。

因圍堰平面尺寸較大，設計為雙壁鋼圍堰，壁厚1.8m，沿周邊設置了相對獨立的小隔艙共36個，以增加壁板的剛度，轉角處另做加強。

狀態2：從封底抽水開始到承臺混凝土澆筑為止，持續的時間比較長，而且有兩種不利荷載的組合。當封底抽水后，要進行承臺施工準備，包括封底面清理、護筒與內支撐割除、鑿樁頭等，然后再進行承臺鋼筋綁扎，澆筑砼。因此要將箱頂固定點轉移到鋼護筒上，其荷載組合①同狀態1的荷載組合。荷載組合②出現在箱外水位降到最低水位，箱內澆筑砼至標高，砼未凝固仍作為荷載，施工人員和機具尚未撤走，此時荷載組合為：砼荷載、施工荷載以及自重等。這種荷載組合主要作用于吊箱底板，通過護筒與封底混凝土間的粘接力進行力的傳遞，因此，底板的設計不但要滿足強度和剛度的要求，還應有構造措施，以保證結構安全。

（3）吊箱圍堰的施工：

吊箱圍堰既作承臺施工的圍堰及模板，又兼作樁基施工工作平臺。其圍堰安裝簡單，不需要動用大的起吊設備，又可通過吊箱圍堰做鉆孔樁的施工平臺，可大大節省平臺安裝時間。其施工方法如下：

①制作鋼吊箱圍堰

本工程吊箱圍堰在工廠制造，為保證質量，除對結構加工質量、外形尺寸進行控制外，特別對焊縫提出了高要求，所有焊縫必須達到Ⅰ級焊縫。

②吊箱圍堰的運輸

圍堰制作過程中，修建下水通道，鋪設氣囊做好滑道，將圍堰通過滑道送入長江中。

③浮運就位

圍堰入水后，用事先準備好的拖輪靠上圍堰，用鋼絲繩與圍堰可靠綁定，開動拖輪將圍堰運送至墩位。為減少浮運阻力，本項目采用先將底板護筒口暫時用鋼板焊死，等浮運就位再割開鋼板的措施來減少圍堰吃水深度，減少浮運阻力。

④固定錨固

本項目采用前定位船方案進行圍堰的精確定位。

錨錠系統共設了18個錨，其中圍堰通過14個8t霍爾錨進行定位。前面4個主錨經定位船通過卷揚機與圍堰相連，圍堰側面設了8個錨，一側4個，圍堰后端設兩個尾錨，另外在定位船的兩邊設了4個5t霍爾錨，以控制定位船的位置。

圍堰進場前，拋錨船按從上到下先主錨、再側錨、后尾錨的順序將18個錨依次拋設，前面主錨與定位船相連，圍堰側錨及尾錨讓開圍堰安裝位置，通過兩艘臨時工作船固定鋼絲繩。

圍堰進場后，拖輪將圍堰送到設計位置偏上游位置，通過拋錨艇將4個主纜掛到圍堰上，此時拖輪可以與圍堰脫離，再將側錨、尾錨掛上，將錨碇系統安裝到位，通過調整纜繩長度來調整鋼圍堰的平面位置。

拋錨定位及圍堰定位過程中，均采用GPS系統利用RTK實時載波相位測量技術，準確定位。

圍堰精確定位后，進行鋼護筒插打工作，先插打4根角樁，以固定圍堰平面位置。插打鋼護筒前必須對圍堰定位精度進行復核，以防水位、流速影響使圍堰定位精度降低。

4根角樁插打完成后，再按照由下游到上游的施工順序進行其余鋼護筒的插打

鋼護筒插打過程中，將掛樁牛腿陸續焊在護筒上，為圍堰掛樁做準備。掛樁牛腿安裝時必須考慮水位變化的影響，以防水位高時，牛腿與圍堰支撐相碰，造成施工困難，本項目通過設支墊降低牛腿安裝高度這一方案，很好地解決了這個問題。

插打完成的護筒達到圍堰掛樁要求后，通過向圍堰雙壁間隔艙注水或抽水調整圍堰的豎向標高，以安裝支墊，將圍堰與護筒固定，最后，完成所有護筒與圍堰的固結，達到固定圍堰、形成鉆孔平臺的工作。

⑤封底施工：

鉆孔樁施工完成后，進行封底混凝土施工，封底前必須清理圍堰內在鉆孔樁施工期間的泥漿，混凝土等，對圍堰壁板、護筒側面等進行清洗，以保證混凝土與圍堰底板、壁板與護筒的有效連接，并對護筒與底板間的空隙進行封堵，以防混凝土從此處流出，影響封底質量。封底施工應在內外水壓平衡時進行，一般采用在圍堰壁板較低位置設連通管進行內外水自動平衡。因護筒與底板間間距小且呈倒梯開，本項目采用一條直徑約10cm的布袋腸，內裝攪拌均勻的砂和水泥，堵于護筒與底板的空隙處。封底的厚度可按下式計算：

T≥krhA/（RcA+nπd[t]）（其中：T—水下砼封底厚度（m）；Rc—砼容重（T/m3）；A—圍堰底面積（扣除樁截面積）（m2）；n—樁數；d—樁外徑（m）；[t]—樁與砼間的容許摩擦力（T/m2）；h—以最高施工水位至箱底的高度（m）；r—水的容量（T/m3）；k—系數取1.05～1.1）

本項目經計算封底厚度取為1.8m，在20年一遇洪水位（+9.333）進行正常的抽水施工，結構安全可以得到有效保證。

澆筑水下砼時，導管的作用半徑，由于樁基的影響應適當減小，一般取R=5m。

3 結論

1）鋼吊箱圍堰施工深水中承臺，適應性強，對于水流急、落差大的趕潮河段，亦能適應，其設備機具和材料投入量比套箱圍堰小。

2）對于水流速大、通航的河段，吊箱圍堰先圍堰后平臺的方法，可以通過浮運解決起吊問題，大大節省平臺建立時間，鉆孔樁施工完成后可以直接進入封底工序，雖然圍堰占用時間長，但總體施工時間可以大大縮短。

3）吊箱圍堰在制作、運輸和工作過程中，受力作用是復雜的，結構體系不僅是一種狀態，而是隨著施工工序的深入，將改變它的結構受力狀態，因此，設計計算時要考慮多種不利工況，提前準備應對措施，以保證結構安全。

[1]公路橋涵施工技術規范JTJ041—2000.北京：人民交通出版社，2000.