钢吊箱围堰在桥梁桩基施工中的应用研究

王波

绵阳职业技术学院 四川绵阳 621000

摘要：近年来，我国经济的高速发展同时也带动了交通运输行业的发展，一大批跨越江河湖海的大跨度的深水型桥梁逐渐被建设起来。其中，深水构筑物的基础施工是深水桥梁的施工难点。钢围堰、钢吊箱在目前来说是深水构筑物的基础施工的主要形式。同普通的钢围堰比较，钢吊箱施工的工期短、水流的阻力小，通航便利、施工工艺简单、经济合理等优点，因而被广泛的采用在深水桥梁桩基施工中。笔者结合京沪高速铁路济南黄河公路大桥深水桥梁桩基施工，对钢吊箱围堰在桥梁施工中的应用进行了研究。

关键词：钢吊箱围堰；深水桥梁桩基；施工技术

1.钢吊箱围堰的结构类型比选

目前，国内桥梁的施工难度越来越大，更多类型的跨越海峡的桥梁不断出现，所以如何在深水环境下进行桥梁桩基施工，也是亟待解决的问题。承台是桩基重要的组成部分，施工的难度大、环境恶劣。对该部分的工程进行针对性的施工前期准备是保证该工程项的实施顺利的保证。首要工作是确定钢围堰的结构形式，本文通过对选用单壁围堰和双壁、有底的吊箱和无底的围堰侧包底和底包侧的结构形式。等方面对围堰常见的钢围堰的形式进行了比选。

（1）双壁钢吊箱和单壁钢吊箱比选

双壁钢吊箱围堰的优点为：隔水效果好，吊箱刚度大，由于是双壁结构，所以吊箱在水中可实现自浮、易定位、易调整，适用于水深流急处，且可以作为防撞设施。但与普通吊箱结构相比，作为双壁钢吊箱拼装工序、加工制作较为复杂，且钢材用量相对较多。

单壁钢吊箱围堰有优点也有缺点，优点为：在单壁钢吊箱的制作过程中拼装浮运方便、加工制作较简单、用钢量较少。缺点为：在水中定位调整比较困难，由于是单壁结构，刚度较小，容易漏水，在水深流急区域使用风险过大。

从国内外一些桥梁桩基的施工经验来看，一般小型承台的施工多使用单壁钢吊箱。另外，通过对现场的水文、地质环境进行调查分析可得出，现场河流流速过快的钢吊箱需具有刚度大且易于定位的要求。最终选用双壁结构。

（2）无底钢围堰与有底钢吊箱比选

无底钢围堰的优点是：钢材用量相对较小，围堰在下沉时受干扰较小，施工中不受桩基影响，整个围堰承受荷载较小且围堰结构简单。而缺点就在于由于无底，故在施工过程中封底混凝土容易流失。且为了保证施工环境的干燥，围堰的刃角需入河床，对地质要求比较高，同时围堰下沉施工定位难度比较大。

有底钢吊箱的优点是：在围堰施工过程中，利用钢护筒定位，所以围堰的定位精度比较高。在吊箱下沉的时候，由于是密封的箱体结构，所以底部的封底混凝土不会出现流失现象，同时受地质情况影响较小。缺点就在于有底钢吊箱用钢量大，吊箱承受荷载较大，构造较为复杂。同时吊箱在下放过程中会受到桥梁下部桩基的影响，施工难度较高[8]。

济南的黄河大桥的桥梁基础，该桥址位置水深流速较快，水底分布大量的石块，从地质条件来看，河床位置为松软的土层，影响钢围堰的施工。综合两种结构类型的优缺点的具体因素和现场实际地质情况，最后采用有底围堰结构。

（3）侧包底的结构形式和底包侧的结构形式的比选

侧包底的结构形式的优点：底板与侧板进行交叉作业，工期缩短，现场的焊接量减少，保障了焊接的质量。底包侧的结构形式施工的工期较长，现场的焊接量增大，不能保障焊接的质量。根据对工程实际情况进行分析，侧包底结构形式明显缩短了施工工期。为保障施工现场的焊接的质量，要求专业的焊工对壁板和底板进行焊接。钢吊箱因此采用侧包底的结构形式。

2.钢吊箱围堰施工工艺比选

由于施工现场所处环境较为复杂，如何确保钢吊箱能够按照要求运送到指定的桥址位置是较关键的问题，这就需要进行钢吊箱施工工艺的比选。钢吊箱施工工艺比选的内容包括钢吊箱整体吊装吊箱的施工工序主要包括加工拼装、下沉就位、堵漏、封底混凝土浇筑、承台施工等。

（1）加工拼装形式比选

目前，对于大型的钢吊箱围堰的加工拼装常采用整体吊装和现场拼装两种形式。

所谓整体吊装，是将整个承台分为三个整体依次进行吊装而成。整体吊装的优点在于与其他分项工程交叉施工、可以较好的节省工期，由于将承台分为三部分分块进行吊装，分块下放风险较小，同时可以有效的减少现场的焊接工作量。但是这类加工形式对现场的浮吊设备要求较高，由于2号主墩面积较大，故吊箱所需的加工场地较大。

现场拼装是指将整个承台分为较多的小块进行拼装，同时对吊装设备的要求较低，加工形成的钢围堰整体性和防水性相对较好，围堰结构简单，钢材用量相对较少。但由于在现场进行散拼，现场的焊接量较大，这就对焊接质量有较高的要求。

通过实际勘察发现，桥址附近有较大的场地进行钢吊箱整体的加工。根据现场的实际情况，可聘用专业的焊工进行现场焊接以确保钢吊箱的焊接质量。考虑上面的因素，选择整体吊装工艺。

（2）下沉就位方式比选

国内外对于钢吊箱围堰下沉就位的方式主要有分节下放和整体下放两种形式。

钢吊箱分两节，下放拼装完成后的第一节钢吊箱能入水自浮，加水下沉第二节完成拼装的钢吊箱到规定位置是钢吊箱的分节下放。这类形式的工艺较成熟，施工极为方便，对下放设备的要求相对较小，而且由于分节进行，所以每次下放的重量较小，风险也相对较小。但由于分节进行吊箱的下放，整个吊箱施工的周期会较长，现场的拼装质量较差。

钢吊箱的各结构在水面以上被拼装成整体后下放到规定的位置是钢吊箱的整体下放。用这类方式进行下沉就位，围堰的整体刚度较好，拼装速度较快，有利于缩短工期。但对千斤顶设备要求较高，单次下放重量大，下放风险较高，目前我国这类大型钢吊箱围堰整体下放的技术经验相对较少。

由于分节下放的工艺成熟，施工方便，并且对下放的起吊设备要求不高，下放的风险较小。结合上述原因，本工程采用分节下放的下放工艺。

3.双壁钢吊箱围堰结构设计

与传统的围堰结构相比，钢吊箱的围堰结构具有施工的工期短、受水流影响较小、不影响通航、材料的用量少、经济合理等优点，近几年在桥梁的承台施工中广泛采用。例如三门江大桥21、22号主墩基础施工、浅海涌特大桥7、8号桥墩基础施工、重庆绕城高速长江大桥主墩基础施工、荆沙大桥3号主塔墩基础施工、湖北鄂黄大桥主桥6号墩基础施工都采用了钢吊箱围堰结构。济南黄河大桥2号主墩钢吊箱平面尺寸50m×36m。本章将主要结合济南黄河大桥2号主墩的工程背景对本工程所采用双壁钢吊箱的结构进行设计。

（1）底板结构

底板是区分钢吊箱围堰和普通钢围堰最主要的特征，在围堰中主要承受竖向荷载。济南黄河大桥2号主墩，其钢吊箱采用分配梁底板结构，其主要结构组成：面板15mm，主梁HN500×200、HN400×180，上层底板次梁∟l20×75×20，下层底板次梁∟120×75×20，底板桁架上弦杆2[20b、竖杆[18b、斜杆2[14a、上平连∟75×6。

（2）壁板结构

壁板在钢吊箱中主要承受静水压力、水流及波浪的冲刷作用。济南黄河大桥基础施工为了便于钢吊箱的就位下沉，均采用双壁钢吊箱结构施工。2号主墩钢吊箱壁板，由3节组成，首节高度为5.0m，次节高度为4.4m，第三节高度为6.6m。其结构组成为：内壁板6mm，外壁板8mm，组合箱梁翼缘板20mm、腹板16mm，縱向次梁∟75×50×6，隔舱板12mm，隔舱板加强角钢∟75×50×6，环板厚20mm，内外壁板横撑∟80×8、∟90×10、∟100×10、∟125×10。

（3）内支撑结构

本工程的内支撑主要由内圈梁、水平撑杆及竖向支架三部分。内支撑主要承受围堰侧板传递来的荷载，同时传递到水平撑杆。水平撑杆作用是减小侧板位移。竖向支架焊接在底板的底端，其上端与水平撑杆相连。内撑杆采用1200×l4钢管，竖向支架采用空间桁架结构，由∟85×10和∟