大跨徑橋梁深水承臺單壁鋼吊箱圍堰設計及施工

王洪濤 楊曉東 叢鑫

（山東宇通路橋集團有限公司，山東 東營 257300）

某特大橋主橋結構形式為預應力混凝土變截面連續箱梁結構，其中10#～12#橋墩為薄壁墩，墩身設計寬度8m，壁厚3.5m；主墩采用雙排群樁基礎，每排樁數兩根，樁距7m，樁徑2.8m；主墩承臺設計尺寸為12m（長）×12m（寬）×4m（高）。本文主要分析探討了主橋10#～12#薄壁墩承臺單壁鋼吊箱設計及施工方案。

一、單壁鋼吊箱受力分析

（一）設計荷載及工況

該橋梁深水承臺單壁鋼吊箱鋼材密度為7.85×103kg/m3，鋼筋混凝土密度為26.8kN/m3，水流力為3.2kPa。根據《公路橋涵鋼結構及木結構設計規范》規定，橋涵工程所用Q235鋼材允許彎曲應力和綜合應力為189MPa，抗壓應力為185MPa，剪應力為110MPa；根據《混凝土結構設計規范》規定，預應力螺紋鋼設計抗拉強度為650MPa。在進行鋼吊箱受力分析時，主要考慮鋼吊箱下放、封底混凝土澆筑、抽水及承臺澆筑等4種工況。

（二）各工況單壁鋼吊箱受力

工況一：鋼吊箱下放。在拼裝好鋼吊箱后將下放承重架設置在護筒頂部，并在各承重架上增設吊點，通過精軋螺紋鋼將承重架和底板連接；選擇無風且河流流速較小的時間段，利用千斤頂下放鋼吊箱，此時風荷載忽略不計。該工況下鋼吊箱面板所承受最大應力為115MPa，各構件變形和應力均符合設計要求。

工況二：封底混凝土澆筑。待鋼吊箱沉放至設計位置后安裝第二層承重架，通過千斤頂及精軋螺紋鋼將承重架與底板相連，通過調試千斤頂使全部精軋螺紋鋼受力均勻，并采用封邊板和抱箍封堵護筒和底部面板之間的空隙，為封底混凝土澆筑做準備。澆筑期間開啟連通器，確保鋼吊箱結構內外水位一致。該工況下承受應力最大的構件仍為鋼吊箱面板，最大應力為150MPa，各構件承受應力均符合設計要求。

工況三：鋼吊箱抽水。等水下混凝土封底澆筑完成并達到設計強度后關閉連通器，按要求抽水，并拆除護筒頂擱置梁，在割除封底混凝土以上的鋼護筒后綁扎承臺鋼筋，為承臺混凝土澆筑做準備。在首層承臺混凝土澆筑工況下，鋼吊箱面板所承受最大應力為165MPa，其余構件的變形和承受應力均符合設計要求。

工況四：承臺澆筑。待綁扎好承臺鋼筋后按4m設計厚度澆筑首層承臺，在此工況下鋼吊箱面板所承受最大應力為155MPa，各構件變形和所承受應力均符合設計要求。

二、鋼吊箱結構布置及沉放

該橋梁10#～12#橋墩左右幅承臺均為厚度4m的獨立承臺，承臺底部封底混凝土設計厚度1.5m，鋼吊箱在承臺外輪廓基礎上每側外擴5cm；將兩道鋼管撐增設在鋼吊箱結構內部，通過對接鋼筋連接鋼吊箱底板和壁體結構，按照“鋼護筒半徑+15cm”的尺寸在鋼護筒處設置預留孔洞。鋼護筒頂部還應增設承重架，并通過精軋螺紋鋼連接承重架和底板。拼裝鋼吊箱分塊后借助千斤頂沉放到位，最后澆筑封底混凝土。

（一）鋼吊箱底板、壁板

該橋梁深水承臺單壁鋼吊箱底板由8 mm 厚鋼板、HN350×175型鋼主梁、HN175×90型鋼次肋、輕型工字鋼拼接槽鋼、加勁板、限位板等加工而成，底板長、寬均為12.85m，高0.358m，單塊底板重24.15t。在與壁體封底槽鋼開孔孔位相對應處設置底板拼接槽對拉鋼筋，待底板加強主梁焊接后，根據鋼護筒偏位情況進行孔位現場放樣，保證孔邊預留15cm余度后開孔，在底板底部增設長2cm、寬20cm、高24cm的貼板。拼接鋼吊箱的過程中，在壁體和底板之間增設膨脹止水條。

該橋梁深水承臺單壁鋼吊箱壁板共有12塊，壁板平均高度10m，厚度588mm，壁板組合結構由8mm厚面板、環向HN588×300型鋼、環向HN175×90型鋼次梁、豎向HN350×175型鋼次梁、33號工字鋼豎向槽鋼及36號工字鋼封底槽鋼等組成。

（二）圍檁內支撐

在鋼吊箱內分別在53.8m、57.6m高度設置兩層圍檁支撐結構，每層支撐均采用兩根φ630×8mm鋼管十字形布置，焊接于鋼吊箱內壁；在內撐端部壁板間設置支撐板，于壁板挖孔后與支撐板塞焊，并在內支撐鋼管端部周圍焊接加勁板。

（三）吊掛及沉放

將預制好的鋼吊箱塊板運至工地碼頭，借助駁船轉運至橋墩旁，并通過千斤頂整體下放。在護筒頂部布置支撐牛腿、承重架等，利用鋼護筒具體位置焊接導向裝置以避免鋼吊箱下放時出現偏位。連通器應始終處于開啟狀態，選擇適宜的氣候環境下放鋼吊箱。調整好起吊鋼絲繩后通過浮吊吊起鋼護筒，并根據護筒導向和設計要求下放；待首節下放至距離水面10cm左右時，在8個吊點處各配置1臺50t液壓千斤頂、1根長17m的φ32mm精軋螺紋鋼，鋼吊箱吊裝過程中以HN588×300型鋼為承重梁，并保證8臺千斤頂下放過程的同步性和受力均衡性。通過同樣方式安裝其余底板，底板完成后分塊安裝側板，并通過螺栓連接側板，在接縫處增設橡膠止水帶。

三、混凝土施工

（一）水下混凝土封底

為保證鋼吊箱主體結構平衡、防水滲漏、抵抗水浮力在鋼吊箱底部所形成的彎曲應力，必須進行水下混凝土封底施工。混凝土生產能力不小于60m3/h，強度等級為C20，水下混凝土初始塌落度不低于為22cm，入導管口塌落度不低于20cm，緩凝時間在6h以上，且具備良好的和易性，確保泵送及流動半徑不小于4.5m。為避免混凝土在深水中離散，保證封底施工效果，應在混凝土中按設計比摻加UWB-3型絮凝劑和高效減水劑；將制備好的混凝土通過輸送泵直接泵送至圍堰施工區域。

封底混凝土的阻水性能大小直接受其厚度影響，在確定封底混凝土厚度時需綜合考慮混凝土抗水壓強度及混凝土自重。混凝土強度會受到圍堰內部抽水后，封底混凝土底部承受的水壓力，以及承臺混凝土澆筑后承受混凝土重量及其底部水壓力等影響。該工程封底混凝土強度確定時，將其簡化為簡支梁結構或雙向板，封底厚度即為梁高，樁距即為梁跨[2]。該橋梁深水承臺單壁鋼吊箱圍堰水下混凝土封底層厚0.8m，結合設計要求，水下混凝土流動半徑為4.5m，并在圍堰內部設置4根導管，導管上端與容量1m3的澆筑漏斗相連，漏斗連接在容量8m3集料斗的下方；導管采用10mm壁厚的φ273mm無縫鋼管，管節之間通過法蘭連接。鋼吊箱沉放到位后從上游側向下游側依次推進灌注。

（二）承臺混凝土澆筑

鋼吊箱封底混凝土澆筑完成并達到設計強度后，在非潮水位最高時期將鋼吊箱內部積水抽出，實時監測吊箱側板變形情況。在主護筒割除、樁頭鑿除后進行小導管超聲波檢測，符合設計要求后澆筑承臺混凝土。承臺混凝土設計高度4m，按照1m、1.4m和1.6m的高度分3層逐層澆筑，完成每層澆筑后將相應的內支撐拆除。

摻加高效減水劑后的大體積混凝土其初凝時間可延長至12h，塌落度為18cm～22cm，灌注前塌落度損失量為4cm～5cm，流動性及和易性均有顯著改善，流動半徑可達到6m，保證了水封后混凝土面平整度。

四、結語

結果表明，兩個鋼吊箱圍堰從沉放到承臺混凝土澆筑完畢共耗時3個月，施工速度快；鋼吊箱圍堰結構設計合理且定位準確，封底混凝土抽水處理后未出現滲漏，且混凝土表面未出現泥沙和坑洼，封底施工質量有保證；單壁鋼吊箱結構所用鋼材數量大大節省，吊箱側板同時起到承臺施工模板的作用，施工成本可控。