嘉鱼长江大桥钢吊箱设计与施工

刘国鹏，周 彬，杜俊波

（中交第二公路工程局有限公司，陕西 西安 710043）

嘉鱼长江大桥钢吊箱设计与施工

刘国鹏，周 彬，杜俊波

（中交第二公路工程局有限公司，陕西 西安 710043）

本文主要介绍了嘉鱼长江大桥11#墩深水承台钢围堰设计计算要点及施工关键技术，通过本钢吊箱设计与施工系统阐述为同类承台施工提供参考经验。

钢吊箱设计与施工；钢吊箱拼装下放；钢吊箱定位

钢吊箱已成江海深水承台施工的常见施工形式，但对于低桩承台、深水位、高流速及内支撑同钢护筒冲突等不利因素综合影响的钢吊箱设计与施工缺乏相应的经验，嘉鱼长江公路大桥11#墩承台钢吊箱围堰设计与施工通过一定创新解决了内支撑与钢护筒布置冲突、利用超高偏位钢护筒下放及定位钢吊箱及超宽吊箱同步下放等难题。

1 工程概况

嘉鱼长江公路大桥方案为为主桥主跨920米非对称单侧混合梁、半漂浮体系斜拉桥，全桥桥跨布置为：5×30m预应力砼连续小箱梁+[（70+85+72+73）+920+（330+100）]m双塔非对称单侧混合梁斜拉桥 +[8×（6×50）m+（5×50）m+(55+100+55)m]预应力砼连续箱梁桥。

11#索塔承台采用“矩形＋圆端”整体式承台，承台顶面标高为14.470m，底面标高为6.470m。尺寸为50m×33.0m×8m，圆端半径R=21.013m，其下桩基布置为42根，按梅花型布置，桩长87m，桩径为2.5m。

图1 11#索塔承台构造图（单位：cm）

2 刚吊箱的设计

2.1 吊箱设计概况

钢吊箱壁厚1.6m，平面尺寸比承台轮廓线大5cm。钢吊箱尺寸为53.3×36.3×21.8m，竖向分为3节，分节高度为9.6+10+2.2m，顶端的2.2m为单壁围堰。钢吊箱水平向分为24块，总重量约为1300t，钢吊箱总体布置见图2、图3。

吊箱内外壁板均采用6mm厚钢板，首节钢吊箱纵肋采用L90×10角钢，其余纵肋采用L75×50×6角钢，间距均为45cm。环板桁架采用2L75×6及2L90×12角钢（钢箱附近的环板桁架进行了加强），桁架腹杆节点间距最大1.78m，桁架层间距为1.0～1.5m，水平环板采用10mm或12mm钢板。钢吊箱壁板材料均采用Q345B。钢吊箱竖向共布置三道内支撑，平面顺桥向布置三道∅1020×10mm钢管(部分为∅1020×16mm钢管)，横桥向布置两道∅820×10mm的钢管，竖向支撑采用2C40a型钢。与内支撑冲突的钢护筒事先进行水下切割，内支撑材料均采用Q235A。

吊箱封底厚度为3.5m(3.2m封底混凝土+0.3m调平层)，采用C25水下混凝土。钢吊箱底板采用格构式底板，底板各型钢之间焊接为整体结构。底板主、次梁均采用2HN350×175，分配梁为工20a，底面板采用钻孔平台面板，厚度为10mm的钢板；

吊箱施工采用现场散拼施工，首节在拼装平台上拼装成整体，利用千斤顶进行整体下放。首节钢吊箱重约1000t，下放系统设置12个吊点，利用24台150t千斤顶结合168根Ф15.2钢绞线进行下放。

吊箱底板悬吊系统采用2[14a拉杆，拉杆上端与护筒四周销接，下端与底板销接。割护筒处吊杆悬挂在相邻护筒顶贝雷梁上。

吊箱下放导向系统，采用内、外共同导向，内导向设置于吊箱壁板内侧，上下共设置两层，每层共设置6个点。外导向利用钻孔平台与吊箱相邻的钢管桩，在横桥向下游侧设置3个外导向，仅设置一层。

吊箱水平定位系统布置在钢吊箱内侧壁板上，高度方向设置3层，平面位置与内导向系统一致，在高度方向上与内导向系统避开布置。

浇筑封底混凝土时，为保证钢吊箱内外水头一致，在钢吊箱壁板上设置了8个φ426mm的连通管。

表1 钢吊箱主要杆件型号及材质

图2 钢吊箱总体布置平面图（单位：cm）

图3 钢吊箱总体布置立面图（单位：cm）

2.2 钢吊箱计算工况及计算结果

钢吊箱计算分为拼装平台计算、吊箱首节下放计算、刚吊箱封底计算、刚吊箱抽水工况计算、拆除第一层支撑计算、拆除第二层支撑计算及塔身起始段工况计算。

根据工期安排，钢吊箱在枯水期施工。钢吊箱拼装阶段考虑水位+22.5m（10月上半月份），抽水阶段考虑水位+22.0m（10月下半月份），下塔柱施工阶段考虑水位+24.5m（5月份下半月份）。钢吊箱设计水流流速取2.0ms/。计算风力取20年一遇的基本风速23.9m/s。

表2 桥位各月最高水位表

经计算钢吊箱各个工况计算，钢吊箱在各个工况下壁板及环板应力、环板桁架及内支撑稳定性、封底混凝土抗浮及抗沉均满足规范及安全要求。

图4 钢吊箱计算模型

图5 钢吊箱壁板应力（MPa）

图6 钢吊箱变形（mm）

图7 封底抗浮主应力图（MPa）

3 钢吊箱施工

3.1 钢吊箱加工及运输

钢吊箱由专业钢结构厂家加工，每个壁板块段加工完成后均单独进行检验，其加工精度要求如表3。钢吊箱壁板和底板分块加工并在工厂进行预拼装。钢吊箱及底板分开加工完成后用驳船运至现场。

表3 钢吊箱加工精度要求

3.2 钢吊箱底板及壁板拼装

吊箱施工采用分块吊装，整节下放方式进行，施工中可采用100吨履带吊配合龙门吊吊装施工。拼装施工应按照对称原则进行，使壁板块件之间的误差积累降至最低，拼装施工过程中应用全站仪进行实时监测。在拼装平台上的拼装顺序为先拼曲线段块段，再拼直线段块段。拼装完成后利用煤油渗透试验检查钢吊箱是否漏水。

图8 钢吊箱底板安装

图9 钢吊箱壁板安装

3.3 钢吊箱下放及定位

吊箱下放时沿壁板共布置12个吊点，单个吊点最大受力为93.6t，施工采用千斤顶和钢绞线配合下放。吊箱在下放前首先应进行试吊，检查吊点、壁板、钢绞线、千斤顶均无故障后方可正式下放。钢吊箱在下放时应统一部署、统一指挥，保持各吊点下放的同步性。下放过程应缓慢进行。各吊点处均应设专人观察，以便及时发现问题及时解决。下沉过程中向钢吊箱隔舱内加水，均应按照各隔仓均匀对称的原则进行，避免吊箱各方向受力不均。开放连通管，保持内外水压平衡。

钢吊箱下放到位后利用设在吊箱上的调整千斤顶进行精确定位。从检测结果看,安装到位后的平面位置及高程均满足要求。

表4 钢吊箱调位精度要求

图10 拉杆及下放系统安装

图11 首节钢吊箱下放

3.4 钢吊箱封底及抽水

钢吊箱下放精确调位后及时地进行封底混凝土浇筑工作，封底之前潜水员下水进行钢护筒周围底板封底，并用钢刷对封底范围内钢护筒周围泥皮进行清除。布设封底导管并将导管编号，导管悬空为20～25cm。为了使每批混凝土浇注后，水下混凝土面形成一定的坡率，埋住导管底口，保证混凝土质量，首批混凝土采用坍落度(16cm)，其他部分为16～20cm。在水下封底混凝土浇筑过程中，严格控制混凝土浇筑过程，随时利用侧绳测量出混凝土面的高程。

封底混凝土强度达到80%强度后进行吊箱内抽水，抽水速度不应过快。当发现封底混凝土有漏水现象时，立即停止抽水，检查封底漏水位置，然后向吊箱内灌水，使内外水头一致，再采取水下注浆或其他措施封堵封底裂缝。

4 设计及施工创新点

图12 承台封底混凝土浇筑

本工程水位深，流速大，钢护筒超高及施工偏位大，本钢吊箱设计及施工克服一系列难点，形成以下创新点：

（1）本钢吊箱通过割除一定数量钢护筒布置内支撑，内支撑与钢吊箱壁板相接处设置钢箱，钢箱间距达12m多，远超同类钢吊箱设计。本工程通过采取Q345B钢材及加强吊箱环板桁架来解决超大距钢箱间壁板应力及变形过大问题。

（2）环板桁架为吊箱壁板内受压杆件，其受力稳定性对于钢吊箱安全至关重要，本工程相比于传统钢吊箱环板桁架设置了双角钢填板，变传统的单角钢受力成为双角钢协同受力，大大提高了吊箱安全性及经济性。

（3） 由于与内支撑布置冲突，割除了一定数量的钢护筒，为了避免割除钢护筒位置处吊箱底板在浇筑封底混凝土工况下应力及变形过大，在相邻的护筒上搭设贝雷梁，在其上设置扁担梁吊杆兜拉底板，这在经济上优于传统设置底板桁架的做法。

（4）钢护筒悬臂高度较大且存在偏位现象，钢吊箱在下放过程中通过设置在吊箱上的弹簧可变导向顺应偏位护筒，避免了钢围堰下放过程中卡壳及位置偏移过大难题。

（5）采用液压千斤顶同步系统下放钢吊箱，吊箱底板吊杆下销点与底板提前相连，其与吊箱同步下放，避免了水下安装吊杆作业。在钢护筒四周吊杆上设置环形钢筋套箍，防止单根超高吊杆下放过程中失稳。

5 结论

随着大跨径桥梁技术的不断发展，在河床大冲刷及深水条件下承台施工钢吊箱将会得到广泛应用，本文通过分析嘉鱼长江大桥11#墩深水承台的各种不利因素，阐述了吊箱设计计算方法及施工工艺方案，通过一系列创新方案解决设计及施工问题，为同类桥梁承台施工提供经验。

[1]JTG D60-2015，公路桥涵设计通用规范[S]．

[2]GB50017-2003，钢结构设计规范[S]．

[3]张雄文，任回兴．苏通大桥5800t钢吊箱整体沉放技术[J]．中国工程科学，2010(2)．

U443

A

1006—7973（2017）12-0068-03

10.13646/j.cnki.42-1395/u.2017.12.027