深水域桥梁承台施工钢吊箱设计简析

深水域桥梁承台施工钢吊箱设计简析
摘要：深水域、大跨度桥梁主墩基础体积相对庞大，且往往处于深水之中，
存在施工条件差、难度大、风险高等特点，承台施工用钢吊箱的设计是项目建设
过程中的重难点，吊箱设计的成败至关重要。

本文结合国内已建桥梁钢吊箱设计
与应用的经验，就深水域桥梁承台施工钢吊箱的设计进行简要分析。

关键词：深水域钢吊箱设计
1 概述
桥梁工程在深水环境当中进行施工必须要借助临时设施来提供干作业的环境，其中高桩承台的施工当中钢吊箱是常用的临时设施，钢吊箱一方面能提供施工作
业平台，另一方面也围挡周围水体而提供干作业环境。

钢吊箱是深水高桩承台施工的关键临时设备，其设计方案的合理与否是决定
桥梁施工的安全、进度、成本等各项目标能否实现的关键。

若设计不合理，往往
会造成费用偏高、安全风险提升、施工难度增加等。

而绝大部分钢吊箱所处水域
的环境较为复杂，普遍存在流速快、漂浮物多、水位不断变化等不利因素。

所以
钢吊箱的设计要在全面分析施工环境的基础上进行，既要考虑工程特点，也要参
考以往经验，并结合严密的分析计算。

2 钢吊箱的分类及特点
钢吊箱按照侧壁的结构形式可以分为单壁钢吊箱和双壁钢吊箱，按照底板和
侧壁的位置关系可以分为底包侧钢吊箱和侧包底钢吊箱。

钢吊箱的典型特点：可利用钢护筒进行定位，定位简单、精度较高；封底混
凝土质量有保障；吊箱悬挂在钢护筒上，不与河床直接接触，箱体对河床无影响；桩基钢护筒穿过吊箱底板，箱体的构造较为复杂，总体施工难度较大；吊箱一般
较为庞大，需要分节段加工、运输、组拼、吊装。

单壁钢吊箱的侧壁为单层，主要由钢面板、纵横向的加劲肋和内支撑组成。

该种吊箱的用钢量相对较少，加工较为简单，刚度较小，容易在接缝处发生漏水。

在水深较深的情况下需要增大加劲肋的型钢型号，导致钢材利用率降低，造成钢
材的浪费，所以主要适用于水深较浅的施工条件。

双壁钢吊箱的侧壁为双层，双层侧壁之间利用型钢进行连接，形成一个三维
空间桁架结构，整体刚度较大，材料的力学性能发挥较单壁的形式充分。

吊箱侧
壁中空，可以自浮，易于调整和定位，且因其刚度大，不易发生变形，不易发生
漏水，承载能力高，可以很好的适用于深水环境下。

但该种结构形式的钢材耗用
量较大，整个吊箱围堰的加工也更为复杂。

底包侧该的结构形式为吊箱底板位于壁板下方，壁板支撑在底板上。

主要特
点为：壁板与底板的连接更加有效，有利于吊箱结构的整体性；由于底板位于壁
板下方，所以底板的加工尺寸精度要求相对较低；通常施工过程中一般是先进行
底板的施工，再进行侧壁板的施工，总体工期略长。

侧包底的结构形式为吊箱底板位于壁板内侧。

主要特点为：底板位于壁板内侧，底板的加工尺寸精度要求相对更高；侧板和底板通常为平行施工，工期相对
更短；侧壁板与底板的连接相较底包侧的结构形式要弱。

3钢吊箱主体结构设计
钢吊箱主体结构包括底板、侧壁板、内支撑。

主体结构的设计是整个方案成
败的关键，在设计过程中需要考虑安全、经济、实用等各方面因素。

3.1钢吊箱底板设计
底板可以有多种结构形式，按照材料类型主要分为钢结构和混凝土结构两种
形式。

其中钢结构较为常见，但是该结构形式的钢材消耗量较大，同时由于部分
钢材无法取出而永久性的留在承台底，导致钢材的回收率较低。

而混凝土结构则
是一种较为经济的做法，是在型钢主梁顶部直接放置厚度约15cm的混凝土预制板，这种做法在很大程度上节约了钢材的使用量，同时混凝土板底型钢主梁的回
收也较为容易，混凝土预制板可以永久性的留在承台底，不再进行回收，然而当
吊箱需要在岸边进行加工，整体浮运至现场再按照钢护筒的实际位置进行开孔吊
装时，这种底板方案又不太可行，因为预制底板需要在预制过程中提前预留孔洞，无法做到浮运。

图3.1-1 预制混凝土底板及其支撑方式现场实施影像
底板的支撑主要有两种形式，一种是在钢护筒上设置牛腿作为支撑构件，另
一种是在钢护筒顶部设置横梁，然后设置精扎螺纹钢或钢绞线对底板主梁进行吊挂。

设置牛腿的方案较为可靠，但是在标高调整方面欠缺灵活性，吊挂方案可以
较为方便的实现底板标高的调整，但是吊挂系统的失效可能会造成严重的安全事故，安全性方面又不如牛腿支撑的方式可靠。

3.2钢吊箱侧壁板设计
侧壁板一般采用钢结构，主要有单壁和双壁两种结构形式，其中单壁结构用
钢量少，适用于浅水域，而双壁结构用钢量多，适用较深的水域。

侧壁板的设计主要根据以下原则进行：侧壁板主要根据最高水头差来计算确
定采用单壁或双壁，如果在水深较浅的情况下采用双壁结构，则会造成钢材的浪费、钢吊箱围堰加工难度的增加等，如果在水深较深的情况下采用单壁结构，则
会导致型钢主肋的规格过大，造成围堰顶部钢材的浪费、材料利用率降低、安全
风险提升等。

根据以往其他项目的设计经验来看，水头差在6-7m以内时，一般
考虑采用单壁结构形式，水头差在6-7m以上时，一般考虑采用双壁结构形式；
侧壁板的平面形状方面主要根据承台的平面形状、侧壁的受力情况、侧壁板的周
转与通用性等因素确定；侧壁板的分块主要是根据运输、起重吊装以及吊箱的平
面尺寸来综合确定。

3.3钢吊箱内支撑设计
内支撑的设计主要考虑受力和施工，受力方面应安全可靠，施工方面应处理
好永临构件的空间位置关系。

内支撑的平面布置可以采用“井”字形、菱形、三
角形+“井”字形、多边形等多种平面形式，在立面上可以单层独立布置，也可
以根据受力需求将不同层连接起来形成桁架结构。

从受力方面来看，内支撑构件为水平布置，在重力作用下构件会产生弯矩并
发生弯曲变形，进而导致由围檩或侧壁传来的轴心压力在构件中产生附加弯矩，
而且随着弯曲变形的发生，其附加弯矩会进一步增大，从而导致其弯曲变形增加，直至达到稳定（平衡），所以内支撑属于压弯构件，需要进行强度、刚度、稳定
性的计算，尤其要注意构件在压弯作用下的稳定性问题，同时应注意在不同施工
阶段之间内支撑构件受力状态的变化。

从施工方面来看，主要是需要解决内支撑的布置对围堰内各工序正常有序施
工的干扰问题，不能由于内支撑的布置不合理而导致模板安装、钢筋绑扎、混凝
土浇筑等各项工作无法有序实施，必要的时候需要利用永久性混凝土结构来设置
临时转换支撑，以满足施工与受力方面的双重需求。

图3.3-1 永久性混凝土结构转换内支撑示意图
4结论
钢吊箱设计是一项复杂的工作，设计需要全面考虑技术、装备、环境、成本
等各方面的因素，各因素之间是对立统一的关系，如何在满足基本要求的条件下
对各个因素进行合理考量与取舍至关重要。

在围堰方案比选过程中最好能够通过
可量化的指标对各因素进行评价，再根据综合评价结果进行方案的确定。

量化指
标的确定要最大限度减少人为主观臆断的干扰，这样才能确保设计的钢吊箱能满
足受力与使用两个基本要求的条件。

如何科学合理的进行方案的比选、如何对各因素进行取舍，是一个需要深入
研究的问题。

但是有一点是明确的，那就是最终设计的方案要以满足需求、安全
可靠为根本，其他的因素要根据项目的实际情况来合理考量。

参考文献
[1]徐伟, 吕凤梧. 深水区域特大型施工平台与钢吊箱结构分析方法[M]. 中国建筑工业出版社, 2009.
[2]中华人民共和国建设部. 钢结构设计规范GB(GB50017-2003)．2003-04-25发布2003-12-01实施[M]. 中国计划出版社, 2003.。