某高速公路大桥水中系梁施工方案

水中系梁施工方案
【摘要】：介绍了水中系梁采用部分预制结合分离式套箱施工方法，并对关键部位进行了验算。

关键词：水下系梁、分离式套箱、系梁预制、结构验算
1 选定方案
我公司承建的连盐高速公路桥—xx大桥位于连盐高速公路K113+627处，河道系天然港道、主航道，河道宽60m左右；2#、3#墩在河床中间，并设置横系梁，系梁顶标高为0.40，底标高-0.80。

河流通航水位1.62，系梁在水下。

本桥设计的系梁净长840cm，截面尺寸为120cm×120cm。

系梁底部与桩顶齐平，距水面高度约1.20m左右。

另外，6~7月份施工系梁时，正值水位高峰季节，更不易施工。

系梁砼方量12.1m3，适用于采用有底钢套箱施工。

但有底钢套箱是利用基础顶部做为承力点，必须先浇筑封底砼，施工难度较大，浪费较多。

因此根据本桥的结构特点，并多方考证，拟采用部分系梁预制结合分离式套箱的方案进行水中系梁施工。

2 水中系梁施工工艺
2.1 系梁预制
根据桩距及套箱外径大小，拟定预制系梁长度6m，系梁总重21.6T，吊装需采用大吨位吊车安装。

系梁离河岸较远，对吊装不利。

为此我们采用系梁直接在水上钻孔平台上预制，而后吊装的方案。

预制前，首先对水中排架进行加固，且同时对排架桩的承载力进行验算，满足要求后实施预制。

排架加固后，铺设型钢与底板使之形成平台，而后在平台上铺设系梁底模、绑扎钢筋，安装侧模并浇筑砼。

强度达到75%后，拆除模板，并对端部实行凿毛处理。

预制系梁时，纵向主筋长度按6.4m与7.4m控制。

2.2 钢套箱的结构形式
钢套箱按底标高-1.30、顶标高 2.20控制，即套箱竖向长度3.50m，内径300cm。

钢套箱采用δ=10mm的A3钢板加工而成，为保证环向刚度，在套箱内壁采用[10型钢进行环向加固，加固的位置分别在套箱底部、距顶部1.20m处。

套箱底板也采用δ=10mm的A3钢板，并根据测量的护筒位置在底板上开孔，孔洞的直径较护筒直径大10cm。

为保证底板刚度，在套箱底部用型钢加强。

套箱壁上根据计算好的系梁位置进行开孔，孔洞的大小与系梁截面尺寸相吻合。

套箱与系梁的连接是通过∏型的钢抱箍与套箱焊接而成,抱箍之间用螺栓连接，抱箍与系梁之间用橡胶垫，并同时涂上早强型玻璃胶。

对于洞口处四周用钢板及型钢进行加强。

2.3 系梁、套箱的安装与准备
吊装安装
将预埋于同一桩顶的两根竖向型钢进行加固连成整体形成支墩，横梁采用箱型钢梁，形成吊装。

套箱与系梁的加固
套箱与系梁拼装后，为保证套箱与系梁的相对稳固，将套箱的上、
下部与系梁之间用型钢做拉杆进行固定。

2.4 系梁、套箱的安装与拆除
起吊系梁及套箱：将连接好的套箱与系梁由两个20t手拉葫芦起吊悬挂于吊架上。

拆除平台：将系梁底部位于系梁的范围内的平台拆除。

系梁及套箱就位：平稳下放系梁及钢套箱至设计标高。

套箱封底：用砂袋塞封底套箱底板与护筒的缝隙，然后在套箱内的钢护筒外侧浇筑水下砼，进行套箱底部砼封底。

封底厚度由计算所得。

系梁浇筑：待封底砼达到一定的强度后，抽于套箱及护筒内的水，清理桩头，切割部分钢护筒，按照设计要求调整桩头钢筋，并按设计长度接长系梁纵向主钢筋，绑扎箍筋及桩头钢筋，支立系梁接长段模板，浇筑桩头及系梁部分砼，切割桩头以上的钢护筒。

钢套箱待立柱完成以后进行水下切割拆除。

3 验算
3.1 地基承载力的计算
搭建钻孔及系梁预制平台的木排桩如右图所示：
根据勘测的地质报告所示，2#、3#墩所在的1~2层地质参数如下：地质层：0~-0.90层为亚粘土；-0.90~-5.0层为亚粘土。

亚粘土层内摩擦角ψ=15.3°；土的容重： r1=19.9kN/m3， r2=19.3 kN/m3。

天然孔隙比：e1=0.653，e2=0.792。

亚粘层土[б0]=150 kPa。

圆木桩为落叶松,桩长按6m设计，木桩进入第一层土h1=0.9 m，
进入第二层土h2=3.1 m。

由于b>2 m，h >3 m，且h/ b<4，故修正后的地基容许承载力按下式计算：
[б]= [б0]+k1r1(b-2)+ k2r2(h-3)=169.4kPa
其中，由验算手册可知，亚粘土层的宽度修正系梁取k1=0、深度修正系数值取k2=1.5，r2=∑r i h i/∑h i=19.4 kN/m3。

3.2 排架桩承载力计算
考虑群桩作为整体基础，桩基础可视为如右图所示的ABCD范围内的假想实体：
则： a=a0+2htg(ψ/4)=10.53m
b= b0+htg(ψ/4)=3.77m
其中，a0=10m，b0=3.5m，h=4.0m，ψ=15.3°
作用在桩基础上的竖向荷载：系梁重量G1 、木桩重量G2、浇捣过程中砼倾倒荷载（4.0 kPa）及砼振捣产生的荷载（2.0 kPa），模板重量可忽略不计。

N=216+45.2+6.0x10x3.5=471.2 kN
由公式：бmax=rl+N/A=19.4x4.0+471.2/(10.53x3.77)
=89.4<[б] = 169.4kPa 合符要求
其中，系梁砼重量:G1=1.2x1.2x 6x 25=216 kN;
木桩：G2=40x(πx0.202/4x6.0x6)=45.2 kN;
3.3 系梁吊装系统的计算
竖向支撑杆件采用型号为I12.6工字钢A3钢材，查手册所
得:A=18.10cm2，i x=5.19cm，杆件长度L0=5.5m。

轴向应力[б]=140 MPa 横向杆件采用箱型钢梁，截面如右图所示：
查得W=4026cm3，构件长L=10m，型钢重G3=33.91kN（型钢每延米重3.391 kN），弯曲应力[бw]=145 MPa。

单个套箱重G4=πx1.502x3.5x78.5=25.9 kN
1）竖向支撑构件稳定性计算
由λ= L0/ i x=106，得φ=0.548。

由б=N/A=（G1 +G3 +2G4）/（4A）
=41.5MPa<0.548[б]= 76.7MPa 符合要求
2）横向构件稳定性计算
根据横梁承重形式，横梁受力如右图所示：
由N1=N2=（G1+2G4）/2=133.9 kN
Ra= Rb= （N1+N2+ G3）/2=150.85 kN
M max=ql2/8+ Rax5- N1x2.5=461.76 kN•m
由λ=αx (L/ h) x (r x/ry)=50，得φ=0.828。

其中，焊接件系数α取值为1.8，正方形截面的回转半径r x、r y相同。

由бmax= M max/W=461.76x1000/4026
=114.7 MPa <0.828[бw]=120 MPa 符合要求
3.4 封底砼厚度的计算
套箱底端的封底砼厚度必须满足：
F-（G4+W1/2）≤πD[τ]h
计算所得：封底砼厚度h≥0.41m；
F—单个套箱所受的浮力。

F=Kr w V=2.0x10xπx1.52x2.92=412.8 kN
D—内护筒直径,2.0m；
[τ] —钢护筒与封底砼之间的容许摩擦力，取100 kN/ m2；
r w—水的容重，10 kN/ m2；
V—套箱体积,1.2x1.2x6.0；
K—安全系数，取2.0；
W1—预制系梁水中的重量
W1=G1-ρg V =216-10x1.2x1.2x6=129.6 kN。

4结语
4.1系梁预制与分围堰施工节省了大量材料，同时加快了施工进度。

4.2对于桩基面三桩式的水中系梁施工，根据实际情况拟定施工方案。

如同样正在承建的运棉河大桥的水中系梁，因系梁较短，无法预制，则采用钢板围堰施工。