富春江大橋主墩雙壁鋼吊箱圍堰設計

吳 俊，梁修坐

（1.杭州市城鄉建設設計院股份有限公司，浙江 杭州 310000；2.中鐵大橋勘測設計院集團有限公司華東分公司，江蘇 南京 210000）

富春江大橋主橋為（85+2×151+85）m連續剛構橋，主墩承臺采用整體式倒圓角八邊形，樁基采用梅花形布置方式，承臺施工采用雙壁鋼吊箱圍堰方案，圍堰外形與承臺保持一致。結合樁基梅花形布置方式，原位拼裝平臺中主龍骨采用折線形設計。該圍堰的設計充分考慮了加工制造、運輸和安裝等主要工況，并結合現場實時反饋的情況對圍堰結構進行修改和檢算。計算結果和工程實踐均表明，圍堰結構合理、可靠。

1 工程概況

富春江大橋位于杭州市富陽區中埠村境內，其主體位于ZK112+178.424處，橋體跨越富春江。本橋起訖樁號為ZK111+635.604～ZK112+534.424，全長898.82m。主橋上部結構為（85+2×151+85）m預應力混凝土剛構-連續箱梁。其主墩承臺采用整體式倒圓角八邊形承臺，平面尺寸為37m×13.6m，厚度為4.5m，倒圓角半徑為2.0m，承臺頂面設計標高為-0.8m，承臺底面高程為-5.3m，每個承臺下設19根直徑2.2m鉆孔灌注樁。主墩承臺基礎布置如圖1所示。主墩處300年一遇洪水位為+13.26m，5年一遇洪水位為+9.33m。洪水期水流流速1.5m/s。

2 主墩承臺施工方案

根據現場施工條件和工程結構特點，大橋主墩承臺施工采用雙壁鋼圍堰方案施工。鋼圍堰在工廠設置胎膜分片制作，利用平板車通過施工棧橋分片運至現場，利用龍門吊或桅桿吊機拼裝，利用多臺千斤頂同步控制下放。圍堰施工工藝流程為搭設拼裝拼臺→鋼圍堰分片制作→分片運至現場進行組拼→安裝導向限位系統→安裝提吊下放系統→圍堰提吊并拆除拼裝平臺→圍堰下放至設計標高→澆筑封底混凝土→拆除提吊系統。根據工期安排，承臺安排在枯水期施工。鋼吊箱施工期間的設防水位按+5.5m控制（實際計算偏保守按+6.0m考慮）。

3 雙壁鋼吊箱圍堰設計

3.1 雙壁鋼圍堰結構

主墩鋼吊箱圍堰高度方向分2節，下節圍堰（雙壁結構）高11.5m，上節圍堰（單壁結構）高2.3m。圍堰壁板水平分塊最大尺寸為3.3m，均在工廠分塊制造，在墩位處拼裝。圍堰尺寸為39.301m（橫橋向）×16.4m（順橋向）×13.8m（高），壁厚1.4m。鋼吊箱底板由主龍骨、次龍骨和底模板組成，底模板最大分塊尺寸為7m×5m，底模板在護筒位置開孔直徑2.7m。吊箱內部設置5道內支撐，內支撐與吊箱內壁焊接連接，內支撐之間連接桿采用螺栓連接。

主墩圍堰布置如圖2所示。

主墩圍堰構件參數如表1所示。

3.2 圍堰計算工況

根據鋼吊箱圍堰施工的全過程，將圍堰的計算分為以下五個工況。

（1）工況1：鋼吊箱提吊下放。鋼吊箱圍堰在拼裝平臺上拼裝完成，提吊系統安裝到位后，圍堰跟隨龍骨下放。此工況主要分析底板龍骨和提吊系統的受力情況。

（2）工況2：澆筑封底混凝土。圍堰下放到設計標高后，向圍堰內澆筑封底混凝土。在封底混凝土硬化前，混凝土自重及鋼吊箱、龍骨等配件重量全部通過龍骨傳遞至吊桿，并最終由置于鋼護筒上方的挑梁承臺。因此本工況主要計算底板龍骨和提吊系統的受力情況。

（3）工況3：高水位（+6.0m）吊箱內抽水。封底混凝土強度達到設計要求后，需抽出圍堰內的水，以提供澆筑承臺混凝土的施工作業面。抽水的整個工況根據計算可細分為三個步驟：①雙壁間水位保持+4.1m，吊箱內抽至水位+2.5m時，安裝上層剩余3根內支撐；②吊箱雙壁間與箱內同步抽水，雙壁間水位抽至+3.0m，吊箱內抽至水位-1.0m時，安裝下層剩余3根內支撐；③吊箱雙壁間與箱內同步抽水，雙壁間水位抽至-0.5m，吊箱內抽至水位-5.5m，吊箱抽水完成。此工況主要分析吊箱側板及其加勁、內支撐的受力情況以及分析封底混凝土自身強度，以及其與鋼護筒間黏結力是否滿足抗浮要求。

（4）工況4：低水位澆筑承臺第一層2m厚混凝土。澆筑承臺混凝土前原提吊系統將全部撤除，因此承臺混凝土質量以及前期整個圍堰、封底混凝土的自重都將由封底混凝土與鋼護筒的黏結力和水浮力共同承擔。因此本工況主要分析封底混凝土自身強度，以及其與鋼護筒間黏結力是否滿足要求。

（5）工況5：高水位（+6.0m）拆除內支撐。承臺混凝土澆筑完成后，需拆除圍堰內所有內支撐，以提供澆筑橋墩的施工作業面。此工況主要分析承臺澆筑完成后，鋼吊箱圍堰側板及其加勁在靜水壓力和動水壓力作用下的受力情況。

3.3 有限元模型

采用極限應力法，利用Midas Civil程序對結構進行計算分析，全結構共分為4295個節點、9887個單元。全結構有限元模型如圖3所示。

表1 主墩圍堰構件參數

圖3 全結構有限元模型

3.4 計算結果

經上述各工況的計算分析得到圍堰各主要構件的應力如表2所示。計算結果表明，在整個施工過程中，各構件受力均滿足相關規范要求。

4 重難點分析

本項目施工場地不具備岸上拼裝后整體平移至橋位處的施工條件，因此只能采用原位拼裝下放的施工方案，而原位拼裝則必須事先搭設拼裝平臺。本項目承臺樁基采用梅花形布置方式，龍骨的布置方式設計難度較大。根據受力分析，短邊受力較大，因此承臺短邊方向作為主龍骨，承臺長邊方向作為次龍骨，主龍骨與次龍骨在一個平面內焊接。由于樁基采用梅花形布置方式，因此為避讓樁基，主龍骨平面線形需設計為折線形，龍骨平面布置如圖4所示。

表2 主墩圍堰主要構件應力

圖4 龍骨平面布置圖（單位：cm）

5 結束語

鋼吊箱是高樁承臺施工方案中的一種重要設施，其設計的可靠性關系到整座橋梁施工的安全性。本設計根據施工現場的實際情況采用原位拼裝的施工方案，同時結合承臺標高及水文條件，對圍堰結構進行不斷對比分析及優化，既滿足施工條件，又能節省投資。對施工全過程各工況進行計算分析，確保結構安全。經實際工程檢驗，證明該圍堰的設計是合理、可靠的，尤其本項目中主龍骨的折線形設計，可為后續同類橋墩承臺的施工提供借鑒。