天生港特大橋主墩深水承臺鋼吊箱設計與施工

介紹了長江下游某跨主航道長江大橋主墩深水承臺采用鋼吊箱施工技術，鋼吊箱的設計、制作、安裝和封底，并進行了經驗總結，對類似施工具有借鑒和指導意義。

工程概況

天生港特大橋為跨越長江天生港主航道的一座特大型橋梁，全長1417m，橋寬28米，其中主橋長362m，上部結構為連續剛構箱梁，下部結構為雙肢薄壁墩，基礎為鉆孔灌注樁承臺結構；引橋長1055m，上部結構為30m預應力砼簡支轉連續T梁，下部結構為雙柱墩，鉆孔灌注樁基礎；

主橋8#～10#主墩承臺平面尺寸為18.8×10.2m，承臺底標高-0.02m，頂標高+3.98m，厚度4m，每承臺下面為8根φ200cm鉆孔灌注樁。(見圖1)

根據工程實際情況，經技術、經濟比選，承臺擬采用鋼吊箱施工工藝進行施工。

鋼吊箱及承臺施工工藝流程

鋼吊箱設計

1、鋼吊箱設計結構：見圖2

2、鋼吊箱設計參數及受力計算

鋼吊箱是承臺及第一節墩身施工的擋水結構，也是水下封底混凝土和承臺施工的底、側模板。鋼吊箱設計根據承臺施工時的水文特征、制作、運輸、吊裝方式，結合承臺結構尺寸等因素綜合考慮。主要設計條件和技術參數如下：①鋼吊箱底標高：-1.52m，鋼吊箱頂標高：+4.98m。②鋼吊箱下沉水位：+2.30m，施工（抽水）水位：+2.30m。③設計施工最低水位：－0.5m，設計施工最高水位：＋3.3m。④鋼吊箱封底砼厚1.5m (C30)。⑤最大流速：1.70m/s，波高：1.5m。⑥砼與鋼護筒間的握裹力：100Kpa。

根據鋼吊箱及承臺施工過程(分兩次澆筑成型：第一次1.5m，第二次2.5m)，按封底砼施工階段、鋼吊箱抽水階段、承臺施工階段三種工況進行受力分析，采用Midas/civil軟件建立三維實體有限元模型，分別進行抗浮計算、封底砼承載力計算、封底砼厚度確定和鋼吊箱強度及整體剛度驗算。

經計算: 鋼吊箱強度和整體剛度滿足規范要求，1.5m封底砼厚度滿足抽水抗浮需要，但在承臺澆筑第一層(1.5m)砼時，封底砼與鋼護筒間的握裹力安全儲備略有不足，需增設抗拉牛腿。

3、鋼吊箱結構設計

鋼吊箱由底板、側模、內支撐、底托梁及頂梁和鋼吊桿等組成。鋼吊箱平面內空尺寸與承臺設計尺寸相同，在澆筑承臺混凝土時作為外模板；鋼吊箱頂高程控制在＋4.98m。當水位超過3.3m或風浪大時，打開聯通器或加設內支撐以增強鋼吊箱整體剛度。

底板、底托梁。鋼吊箱底板采用格構式型鋼焊接結構，底板設計為可拆卸結構，分塊制作。底板面板為6mm厚的鋼板，根據鋼護筒的實測數據開孔，開孔范圍較鋼護筒大10～20cm。底模放置在底托梁上，底托梁共5根，采用2[32的型鋼拼焊而成，成縱向布置。

側模。鋼吊箱側壁采用單壁結構，高度6.5m，面板為δ=8mm，鋼模壁體沿高度方向設兩道橫梁；橫肋為[10槽鋼，沿面板縱向從下至上300cm范圍內每隔50cm布置一層，300cm以上間距75cm布置一層；豎肋為I25a工字鋼，沿面板橫向每間距70cm布置一根。鋼吊箱壁體由8片可拆裝的模板組成，模板間采用螺栓聯接，設橡膠墊止水。在吊箱側壁上設2個連通器，以調節水位變動時浮托力的影響。

拉壓牛腿。在每根鋼護筒上設置4個由I25型鋼和鋼板焊成的鋼牛腿。拉壓牛腿主要作用：封底后，鋼吊箱內抽水時，主要起抗浮作用；在承臺鋼筋及砼施工時，主要受拉，為主要承力結構。拉壓牛腿下端埋入封底混凝土中，上端與鋼護筒焊接。封底抽水后，將其與伸入承臺的鋼護筒(15cm)之間焊接牢固并加焊勁板，割除高出護筒部分，完成受力體系轉換。

內支撐桿。采用φ600鋼管在內口+4.48m處設置內撐（橫向三道，縱向二道），以加強鋼吊箱的強度和整體剛度。

頂梁及吊桿。鋼護筒頂設置四根頂梁，頂梁為雙肢40槽鋼，通過吊桿(φ32mm精扎螺紋鋼)與底托梁形成鋼吊箱懸吊系統，進行鋼吊箱的沉放。單墩承臺共20根鋼吊桿，鋼吊箱下放到位后，自重和封底砼荷載由吊桿承受。

鋼吊箱施工

1、鋼吊箱加工制作與運輸

鋼吊箱在后方預制場內搭設加工平臺進行制作，底模和側模按設計分塊加工，底托梁和頂梁均間隔設置加勁板進行組拼，加工質量必須滿足《鋼結構工程質量檢驗評定標準》要求。

上述構件加工完成后，在加工場試拼成整體，經檢查合格后，按順序編號拆解，通過車、船轉運至水上施工現場拼裝。

2、鋼吊箱拼裝及沉放施工

每墩鉆孔灌注樁全部結束后，拆除鉆孔平臺（平臺外圍的鋼管樁留下作為鋼吊箱穩固用）。平臺拆除完成后利用水上浮吊配合進行鋼吊箱的安裝和下放。

（1）鋼吊箱拼裝

拼焊安裝鋼牛腿。在每個鋼護筒沿橋軸線焊接2個鋼牛腿，牛腿標高在施工水位以上0.5m處，牛腿焊設的標高要一致。

底板拼裝。在牛腿上安裝5根2[32a底托梁，鋼吊箱底板按編號進行拼裝，底模之間不用螺栓連接（便于拆模）。

側模吊安。底板安裝完后，進行側板安裝，側板與底板用單排M30螺栓連接，側板之間用雙排M30螺栓連接，在連接處均加設δ＝1cm厚止水橡膠止水。側模上加強背帶2[32用Φ32精扎螺紋鋼鎖定。

吊桿安裝。鋼吊箱拼裝好后，在鋼護筒頂安裝2[40頂梁，頂梁和底板托梁之間設置20根Φ32精扎螺紋鋼吊帶，用YGM32錨具錨固，在安裝中使每根螺紋鋼筋凈長一致，同時在精扎螺紋鋼外周設5.5m長套管并做好密封措施。

安裝內撐。按鋼吊箱設計要求，在鋼吊箱內口安設一層φ600鋼管內撐。

（2）鋼吊箱沉放施工

定位導向裝置設置。為了保證鋼吊箱下放的平面位置和垂直度，在吊箱四角鋼護筒上設置上下兩層限位導向裝置。下放前對鋼護筒、鋼管樁的外圍周邊情況進行探測，確保無障礙物。

鋼吊箱下放。鋼吊箱采用4個60t千斤頂，布置在兩端鋼護筒的頂梁上。通過千斤頂行程縮放緩慢、均勻地沉放鋼吊箱。鋼吊箱沉放作業由專人負責指揮，其步驟如下：①頂升所有千斤頂，使鋼吊箱脫離鋼牛腿18cm后停止。②割除鋼牛腿及其它有礙下沉的構件。③回縮千斤頂，使鋼吊箱平穩下放，同時旋松千斤頂撐腳下面的精扎螺紋鋼螺帽，下放行程達到15cm后旋緊螺帽，再回縮千斤頂，使撐腳下部螺帽受力。④旋松千斤頂上的螺帽20cm以上，再頂升千斤頂18cm，然后旋緊上部螺帽。⑤重復步驟③和④，直到鋼吊箱下放到設計標高。⑥鋼吊箱入水到達設計標高，精確就位后調整鋼吊桿，使全部吊桿同時、均勻受力。⑦將鋼吊箱與周邊鋼管樁焊連穩固。

封底混凝土施工

本工程采用“集中供料、滿布導管、逐根開灌、及時補料”的施工工藝進行鋼吊箱的封底施工。利用下放鋼吊箱的頂梁作為主梁，其上鋪設型鋼搭設操作平臺進行封底砼施工。

封底混凝土配合比設計。鋼吊箱封底混凝土采用C30水下砼，厚度1.5m，單個主墩方量為288m3，采用生產能力100m3/h的攪拌船拌制。通過利用“雙摻技術”（即摻加粉煤灰及外加劑），來保證混凝土的和易性、流動性及穩定性。對砼配比提出如下要求：①混凝土設計強度C30，混凝土3d強度不小于設計強度的90％。②混凝土初始坍落度：20±2cm；混凝土5小時后的坍落度：≥15cm；③混凝土初凝時間：≥10小時（最大混凝土澆筑量按120m3考慮）；④混凝土滿足泵送要求，混凝土流動半徑>5m。

封底前的準備工作。鋼吊箱調整到位并固定后，對鋼護筒外壁利用高壓水槍進行沖洗，以保證封底砼與鋼護筒之間的握裹力，對鋼護筒與鋼吊箱底板間的間隙進行封堵，埋設拉壓牛腿。

導管布置。封底混凝土導管根據澆筑半徑共布設15根，導管頂口與小集料斗相接，用拔球法灌注水下封底砼。首灌量經計算為14.4m3，擬選用0.8m3小料斗和15m3中心集料斗，可以滿足首封要求。

封底混凝土澆注：①15m3大集料斗儲滿料后，開啟閥門由溜槽分配到小料斗，小料斗滿后拔塞封底，通過溜槽連續供料，使封底不間斷進行。②混凝土導管封底從下游向上游推進，逐根開灌。導管封底完成后，及時進行補料。③灌注過程中根據灌注量，流動半徑、勤測標高，以指導布料，使混凝土均勻上升。③混凝土澆筑臨近結束時，全面測出混凝土面標高，對偏低處進行補灌，直至所測結果全部滿足要求后，結束封底混凝土灌注。④封底過程中鋼吊箱側模上的連通器應打開，使內外水位差一致，保證封底砼不受水頭壓力作用而破壞。

受力體系轉換

當封底混凝土達到設計強度的90%以上后開始抽水。抽水過程中，由專人觀察鋼吊箱結構變形情況。抽水完成后，及時將預埋的拉壓牛腿與伸入承臺內的鋼護筒焊設牢固，然后割除上部多余的鋼護筒。

拉壓牛腿與鋼護筒焊好后，利用千斤頂卸載鋼吊桿，拆除吊桿及受力梁，受力體系轉為由拉壓牛腿與封底砼共同承力。

承臺施工

主墩單個承臺方量767.04 m3 (C30等級)，分兩次澆筑成型(第一次1.5m，第二次2.5m)。

混凝土由水上混凝土攪拌船生產，經拖泵泵送，通過設置在澆注平臺上的布料桿布料澆注。承臺為大體積砼施工，通過優化配比，采用低水化熱水泥，利用“雙摻技術”，降低混凝土的入倉溫度等措施，以減小混凝土的水化熱，同時采用灌水淹沒的方式進行保溫養護。經觀測，承臺砼未出現任何不良裂縫。

經驗總結

深水承臺施工處于繁忙的長江主航道上，是本工程的重點和難點，不確定因素多、水頭高、風險大，通過對鋼吊箱施工方案的嚴密科學編制和實施的嚴格控制，承臺施工幾近完美，實踐證明方案是科學、合理、經濟的。本方案需注意的一個問題是：盡管利用外圍鋼管樁對鋼吊箱進行了穩固，但封底抽水后，風浪和船行波的影響還是使鋼吊箱產生的晃動使內壁與封底砼間出現輕微滲水情況，無法完全形成干施工條件，經在周邊鑿設盲溝，埋設鋼管集水井才較好的解決這個問題。建議以后類似施工時還應增加在封底砼中預埋螺栓，將鋼吊箱側壁錨固在封底砼上的穩固措施。

（作者單位：中交第二航務工程勘察設計院有限公司）