扬中三桥主墩承台钢吊箱设计与施工技术

王中和　魏义山

(扬中—镇江直达通道建设指挥部　扬中　212200)

扬中三桥主墩承台钢吊箱设计与施工技术

王中和魏义山

(扬中—镇江直达通道建设指挥部扬中212200)

摘要通过扬中三桥5个水中主墩承台的施工，总结了一套深水承台施工技术。文中简要叙述主墩承台钢吊箱从下放、安装至封底混凝土的整个施工工艺过程，并总结了水中钢吊箱施工的关键、优点和不足之处。深水高桩承台采用有底钢吊箱施工的方法，具有施工难度小、工期短、安全可靠、定位精确等优点，有较好的应用前景和经济效益。

关键词钢吊箱下放封底

1工程概况

扬中三桥是镇江市区至扬中市直达通道，南岸起自金港大道，与大姚线相交处，跨过长江扬中夹江，北岸顺接已建迎宾大道，路线全长6.036 km。本工程按城市快速干道结合一级公路标准设计，设计速度为80 km/h，双向6车道，通航净空100 m×18 m。

主桥采用75 m+4×125 m+75 m变截面预应力混凝土连续箱梁，主桥长650 m。夹江大桥共计6跨，7个水中桥墩涉及夹江航道，设置4个通航孔，桥梁施工过程不中断通航，不得影响船舶正常航行，不得干扰船舶安全通过桥区水域，这是本工程的施工及控制的重点与难点。

桥位处水下泥面高程-7.0~-11.0 m，流量、流速随季节变化明显。潮差较大，且变化频繁。 每日两涨两落，平均涨潮历时约3.7 h，落潮历时约8.8 h。年内最高潮位最早出现在6月至9月间，大部分发生在7，8，9这3个月中。

历年最高水位为：+6.47 m；历年最低水位为：-0.34 m。

2主墩承台

主墩承台设计尺寸为12.9 m(宽)×35.1 m(长)×4.0 m(厚)，近似棱形，左右幅承台为整体，承台设计顶标高为+3.0 m，底标高为-1.0 m。

主墩承台处河床标高为-6.5~-10 m。据2009~2011年的有关资料统计，在当年11月~翌年4月长江最高水位约为4.0 m，最低水位约为±0.0 m。根据河床标高并结合现场实际情况，选择当年11月~翌年4月长江低水位季节的有利时间进行施工。主要工艺采用单壁有底钢吊箱围堰法施工，围堰高度7 m，底标高-2.5 m，顶标高+4.5 m，平面尺寸与承台尺寸吻合。整个钢吊箱围堰重约230 t，主要由底板、侧板、内支撑、吊挂系统等部分组成。封底采用水下C30混凝土，分2次进行封底施工。第一次封底混凝土，浇筑标高为-2.5 ~-1.4 m，封底厚度为1.1 m；第二次封底混凝土，浇筑标高为-1.4 ~-1.0 m，封底厚度为40 cm。

3钢吊箱设计

3.1　底板系统

在钢护筒上焊接临时牛腿，牛腿顶面标高+4.36 m，在牛腿上铺设双拼I32工字钢底板横梁，以横梁为基础焊接底板主龙骨框架，纵梁与横梁等高连接，主龙骨框架完毕后，铺设纵向次梁I14工字钢,次梁与主梁搭接处满焊,底板采用10 mm厚钢板，铺在次梁之上，次梁与面板采用满焊连接，焊缝厚度不小于焊件材料的最小厚度。临时牛腿与底板见图1、图2。

图1临时牛腿图2底板系统

3.2　侧板系统

侧板系统包括面板、竖梁、横梁、平联、斜撑、竖肋、横肋组成，各个构件之间通过焊接连接，面板采用6 mm厚钢板，侧板分22块制作，按宽度不同分为3种规格：①号侧板(直板)16块；②号侧板(转角弧形板)4块；③号侧板(端头弧形板)2块，高度均为7 m，桁架竖梁、横梁采用角钢制作。侧板各分块对称安装，使底板受力平衡，并加设临时支撑和缆风绳，使侧板保持整体稳定。侧板安装完成后，将限位角钢与底板电焊连接。侧板和底板采用限位角钢连接，侧板与侧板连接处、限位角钢与侧板之间，均架设橡胶止水条，保证密封。侧板和底板采用限位角钢连接。

为保证在灌注封底混凝土过程中，钢吊箱内外水位基本一致，在钢吊箱侧板上预留6个300 mm减压孔，用钢管制作，焊接在侧板上。侧壁与底板连接见图3。

图3　侧板底板连接

3.3　底板吊挂系统

底板吊挂系统分为提升架和提升吊杆，在钢吊箱拼装完毕后，将1~19号钢护筒顶部在+6.8 m处切割平整。在护筒顶安装悬挑承重梁，挑梁共8根，采用双拼600×200H型钢双拼制作，挑梁顺桥向安装在护筒顶。为保证挑梁的稳定，将挑梁与钢护筒焊接。在第3排、第6排挑梁上吊点处安装穿心千斤顶，每排安装4个，共设8个穿心千斤顶，每排上的4个穿心千斤顶由1台油泵控制，保证4个千斤顶同步工作。吊杆采用32精轧螺纹钢筋，吊杆从挑梁和底板主梁间穿过，底口采用螺帽拧紧。将上下承重结构联系在一起。吊挂系统见图4、图5。

图4千斤顶设置图图5精轧螺纹钢吊杆

3.4　围囹及内支撑系统

围囹采用双拼Ⅰ32a工字钢，利用直径×壁厚为500 m×8 mm钢管桩作为支撑，支撑设在+4.5 m处，钢管桩支撑于围囹间加垫钢板防止应力集中，各构件间均为满焊，焊缝厚度按薄板母材厚度控制。

3.5　钢吊箱侧壁结构优化

考察类似工程，钢吊箱侧板，一般为槽钢+面板结构，这种结构所需钢材多、在荷载作用下变形大。本工程侧板设计进行创新，设计为轻型空间桁架结构，桁架宽度70 cm，层高1 m，竖梁、横梁为10号角钢，水平、竖向斜撑为7.5号角钢。结构形式确定后，对最不利工况进行分析、验算。

侧板最不利状态：第一次封底混凝土浇筑完成，达到设计强度后抽水，水位最高，此时钢吊箱外水压力作用在套箱面板上，并由钢吊箱桁架承担；从上向下3~6层竖梁内力较大，最大内力为177.69 MPa；第5，6层斜杆所受内力较大，最大内力为104 MPa。侧壁桁架计算见图6。第5，6层竖向斜撑采用双拼7.5号角钢，外侧竖梁在3~6层设计为双拼10号角钢。通过对最不利工况的分析、验算，对侧板桁架进行优化，进一步节约材料，减小自重。优化后的侧壁桁架见图7。

图6　侧壁桁架计算图

图7　侧板桁架优化

4钢吊箱下放

下放系统安装完毕后，用8台千斤顶将钢吊箱整体提升10 cm，割除临时牛腿，千斤顶缓慢回油，活塞下移，同时反转千斤顶前端螺帽，油缸全部收回后，固定全段螺帽，松开后端螺帽，千斤顶油缸进油至最大伸长量，固定后端螺帽，松开前端螺帽，回油下放，如此往复。下放时，每10 cm左右调平1次，下放至设计高程后，复核其平面位置，如不满足要求，可用普通千斤顶安放在4个角的护筒外壁与吊箱侧板围囹之间调整吊箱位置，待其满足要求后，在4个角的护筒与吊箱侧板之间用定位器(短型钢)焊接定位。

5钢吊箱封底

钢吊箱下放封底之前，安装钢吊箱底部桩基抱箍，封堵护筒与底板之间缝隙。

由于钢吊箱下沉施工时间较长，在钢护筒外壁及套箱内壁上会存在其他杂物，为了保证混凝土质量以及混泥土与钢护筒之间的握裹力，在浇筑封底混凝土前，由潜水工人下到水下将套箱内钢护筒外部的淤泥清理干净。

封底采用水下C30混凝土，分2次进行。第一次封底为水下封底，混凝土灌注采用垂直导管法，浇筑标高-2.5 ~-1.4 m，厚度1.1 m，放量约453 m。混凝土浇筑时的扩散半径按6 m考虑，平面布置8个灌注点，导管灌注半径相互覆盖，满足整个承台范围的浇筑[1]。封底导管布置见图8、图9。

图8　钢吊箱封底导管布置图

图9　封底混凝土浇筑

在浇筑前准备3 kg测量锤6个，12 m测绳6根，每个浇筑点及测点处平台标高应提前测出，作为测量混凝土面的依据，并用油漆标示在该处。

水下混凝土配合比的合理设计是封底成功的重要因素之一，在封底前对混凝土配合比进行了必要的调整，具体为：设计强度不小于规范规定的设计强度、混凝土初始坍落度(20±2) cm、混凝土初凝时间大于8 h；水下混凝土的开灌顺序，从一侧向另一侧进行，每次开灌顺桥向2根导管，首罐混凝土坍落度取下限，每根导管浇筑前，用测深锤从导管内测出导管下口与套箱底板的距离，使导管距底板15~20 cm。 第一次封底混凝土达到设计强度后，抽除吊箱内江水。在护筒上设置剪力键，剪力键为16槽钢，焊在钢护筒周边。并在钢护筒周边设3圈钢筋网，浇筑第二层封底混凝土，浇筑标高为-1.4 ~-1.0 m，厚度40 cm。浇筑第二次封底混凝土时，在钢吊箱内壁上画出-1.0 m控制线，保证混凝土平整，采用插入式振捣器振捣，保证混凝土密实。

6结语

通过扬中三桥5个水中主墩承台的施工，结合国内其他桥梁施工经验[2-4]，总结了一套深水承台施工技术，钢吊箱作为桥墩、台施工的围水设施，又是承台施工的模板，在主桥施工中起着十分重要的作用，是深水基础施工的理想工作场地。深水高桩承台采用有底钢吊箱施工的方法具有施工难度小，工期短，安全可靠、定位精确等优点，有着较好的应用前景和良好的经济效益，可供类似桥梁施工参考。

参考文献

[1]师荣伟.钢吊箱围堰封底施工技术[J].科技与企业，2015(7):112.

[2]陈广飞.灌河大桥大型深水承台双壁钢吊箱围堰施工技术[J].交通科技,2014(2):54-57.

[3]黄薛峰.南京长江第四大桥南主墩钢吊箱施工技术[J].建筑工程技术与设计,2015(8):95.

[4]王建国.南京大胜关长江大桥9号墩钢吊箱围堰制造、安装、下放施工技术[J].科技与企业,2015(14):149.

Overall Construction Technology of Steel Boxed and Cover

Concrete of Yang-zhong Third Bridge Main Pier Platform

WangZhonghe,WeiYishang

(Construction Headquarters of direct Access of Yangzhong-Zhenjiang, YangZhong, 212200, China)

Abstract：In this paper, through the five main piers in water construction of the third bridge of Yangzhong, a set of technology of platform construction in deep water is summed up. The whole construction process is introduced, including the dropping and installation of the main pier steel hanging box, as well as the casting of bottom sealing concrete. The key and advantages and disadvantages of the water steel hanging box construction are summarized. Adopting bottomed steel hanging box construction method in construction of high pile cap in deep water has a lot of advantages, for instance, little construction difficulty, short construction period, safe and reliable and accurate positioning. It has good application prospect and good economic.

Key words:steel hanging box; dropping; bottom sealing

收稿日期：2015-10-14

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.06.010