大跨径桥梁深水承台单壁钢吊箱围堰设计及施工

王洪涛 杨晓东 丛鑫

（山东宇通路桥集团有限公司，山东 东营 257300）

某特大桥主桥结构形式为预应力混凝土变截面连续箱梁结构，其中10#～12#桥墩为薄壁墩，墩身设计宽度8m，壁厚3.5m；主墩采用双排群桩基础，每排桩数两根，桩距7m，桩径2.8m；主墩承台设计尺寸为12m（长）×12m（宽）×4m（高）。本文主要分析探讨了主桥10#～12#薄壁墩承台单壁钢吊箱设计及施工方案。

一、单壁钢吊箱受力分析

（一）设计荷载及工况

该桥梁深水承台单壁钢吊箱钢材密度为7.85×103kg/m3，钢筋混凝土密度为26.8kN/m3，水流力为3.2kPa。根据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》规定，桥涵工程所用Q235钢材允许弯曲应力和综合应力为189MPa，抗压应力为185MPa，剪应力为110MPa；根据《混凝土结构设计规范》规定，预应力螺纹钢设计抗拉强度为650MPa。在进行钢吊箱受力分析时，主要考虑钢吊箱下放、封底混凝土浇筑、抽水及承台浇筑等4种工况。

（二）各工况单壁钢吊箱受力

工况一：钢吊箱下放。在拼装好钢吊箱后将下放承重架设置在护筒顶部，并在各承重架上增设吊点，通过精轧螺纹钢将承重架和底板连接；选择无风且河流流速较小的时间段，利用千斤顶下放钢吊箱，此时风荷载忽略不计。该工况下钢吊箱面板所承受最大应力为115MPa，各构件变形和应力均符合设计要求。

工况二：封底混凝土浇筑。待钢吊箱沉放至设计位置后安装第二层承重架，通过千斤顶及精轧螺纹钢将承重架与底板相连，通过调试千斤顶使全部精轧螺纹钢受力均匀，并采用封边板和抱箍封堵护筒和底部面板之间的空隙，为封底混凝土浇筑做准备。浇筑期间开启连通器，确保钢吊箱结构内外水位一致。该工况下承受应力最大的构件仍为钢吊箱面板，最大应力为150MPa，各构件承受应力均符合设计要求。

工况三：钢吊箱抽水。等水下混凝土封底浇筑完成并达到设计强度后关闭连通器，按要求抽水，并拆除护筒顶搁置梁，在割除封底混凝土以上的钢护筒后绑扎承台钢筋，为承台混凝土浇筑做准备。在首层承台混凝土浇筑工况下，钢吊箱面板所承受最大应力为165MPa，其余构件的变形和承受应力均符合设计要求。

工况四：承台浇筑。待绑扎好承台钢筋后按4m设计厚度浇筑首层承台，在此工况下钢吊箱面板所承受最大应力为155MPa，各构件变形和所承受应力均符合设计要求。

二、钢吊箱结构布置及沉放

该桥梁10#～12#桥墩左右幅承台均为厚度4m的独立承台，承台底部封底混凝土设计厚度1.5m，钢吊箱在承台外轮廓基础上每侧外扩5cm；将两道钢管撑增设在钢吊箱结构内部，通过对接钢筋连接钢吊箱底板和壁体结构，按照“钢护筒半径+15cm”的尺寸在钢护筒处设置预留孔洞。钢护筒顶部还应增设承重架，并通过精轧螺纹钢连接承重架和底板。拼装钢吊箱分块后借助千斤顶沉放到位，最后浇筑封底混凝土。

（一）钢吊箱底板、壁板

该桥梁深水承台单壁钢吊箱底板由8 mm 厚钢板、HN350×175型钢主梁、HN175×90型钢次肋、轻型工字钢拼接槽钢、加劲板、限位板等加工而成，底板长、宽均为12.85m，高0.358m，单块底板重24.15t。在与壁体封底槽钢开孔孔位相对应处设置底板拼接槽对拉钢筋，待底板加强主梁焊接后，根据钢护筒偏位情况进行孔位现场放样，保证孔边预留15cm余度后开孔，在底板底部增设长2cm、宽20cm、高24cm的贴板。拼接钢吊箱的过程中，在壁体和底板之间增设膨胀止水条。

该桥梁深水承台单壁钢吊箱壁板共有12块，壁板平均高度10m，厚度588mm，壁板组合结构由8mm厚面板、环向HN588×300型钢、环向HN175×90型钢次梁、竖向HN350×175型钢次梁、33号工字钢竖向槽钢及36号工字钢封底槽钢等组成。

（二）围檩内支撑

在钢吊箱内分别在53.8m、57.6m高度设置两层围檩支撑结构，每层支撑均采用两根φ630×8mm钢管十字形布置，焊接于钢吊箱内壁；在内撑端部壁板间设置支撑板，于壁板挖孔后与支撑板塞焊，并在内支撑钢管端部周围焊接加劲板。

（三）吊挂及沉放

将预制好的钢吊箱块板运至工地码头，借助驳船转运至桥墩旁，并通过千斤顶整体下放。在护筒顶部布置支撑牛腿、承重架等，利用钢护筒具体位置焊接导向装置以避免钢吊箱下放时出现偏位。连通器应始终处于开启状态，选择适宜的气候环境下放钢吊箱。调整好起吊钢丝绳后通过浮吊吊起钢护筒，并根据护筒导向和设计要求下放；待首节下放至距离水面10cm左右时，在8个吊点处各配置1台50t液压千斤顶、1根长17m的φ32mm精轧螺纹钢，钢吊箱吊装过程中以HN588×300型钢为承重梁，并保证8台千斤顶下放过程的同步性和受力均衡性。通过同样方式安装其余底板，底板完成后分块安装侧板，并通过螺栓连接侧板，在接缝处增设橡胶止水带。

三、混凝土施工

（一）水下混凝土封底

为保证钢吊箱主体结构平衡、防水渗漏、抵抗水浮力在钢吊箱底部所形成的弯曲应力，必须进行水下混凝土封底施工。混凝土生产能力不小于60m3/h，强度等级为C20，水下混凝土初始塌落度不低于为22cm，入导管口塌落度不低于20cm，缓凝时间在6h以上，且具备良好的和易性，确保泵送及流动半径不小于4.5m。为避免混凝土在深水中离散，保证封底施工效果，应在混凝土中按设计比掺加UWB-3型絮凝剂和高效减水剂；将制备好的混凝土通过输送泵直接泵送至围堰施工区域。

封底混凝土的阻水性能大小直接受其厚度影响，在确定封底混凝土厚度时需综合考虑混凝土抗水压强度及混凝土自重。混凝土强度会受到围堰内部抽水后，封底混凝土底部承受的水压力，以及承台混凝土浇筑后承受混凝土重量及其底部水压力等影响。该工程封底混凝土强度确定时，将其简化为简支梁结构或双向板，封底厚度即为梁高，桩距即为梁跨[2]。该桥梁深水承台单壁钢吊箱围堰水下混凝土封底层厚0.8m，结合设计要求，水下混凝土流动半径为4.5m，并在围堰内部设置4根导管，导管上端与容量1m3的浇筑漏斗相连，漏斗连接在容量8m3集料斗的下方；导管采用10mm壁厚的φ273mm无缝钢管，管节之间通过法兰连接。钢吊箱沉放到位后从上游侧向下游侧依次推进灌注。

（二）承台混凝土浇筑

钢吊箱封底混凝土浇筑完成并达到设计强度后，在非潮水位最高时期将钢吊箱内部积水抽出，实时监测吊箱侧板变形情况。在主护筒割除、桩头凿除后进行小导管超声波检测，符合设计要求后浇筑承台混凝土。承台混凝土设计高度4m，按照1m、1.4m和1.6m的高度分3层逐层浇筑，完成每层浇筑后将相应的内支撑拆除。

掺加高效减水剂后的大体积混凝土其初凝时间可延长至12h，塌落度为18cm～22cm，灌注前塌落度损失量为4cm～5cm，流动性及和易性均有显著改善，流动半径可达到6m，保证了水封后混凝土面平整度。

四、结语

结果表明，两个钢吊箱围堰从沉放到承台混凝土浇筑完毕共耗时3个月，施工速度快；钢吊箱围堰结构设计合理且定位准确，封底混凝土抽水处理后未出现渗漏，且混凝土表面未出现泥沙和坑洼，封底施工质量有保证；单壁钢吊箱结构所用钢材数量大大节省，吊箱侧板同时起到承台施工模板的作用，施工成本可控。