富春江大桥主墩双壁钢吊箱围堰设计

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2020年第16期作者简介：吴俊，男，硕士，工程师，研究方向：桥梁与隧道工程。

富春江大桥主墩双壁钢吊箱围堰设计
吴 俊1，梁修坐2
（1.杭州市城乡建设设计院股份有限公司，浙江 杭州 310000；2.中铁大桥勘测设计院集团有限公司华东分公司，
江苏 南京 210000）摘 要：大跨连续梁桥中墩基础规模通常较为庞大，其承台尺寸巨大，造型独特。

承台钢吊箱设计及施工是水中承台施工的关键环节，其受水文、地形、工期、设备、经济等因素制约，尤其是在水域流速大、有潮位涨落的深水域高桩承台施工所用的钢吊箱，其设计复杂、体积巨大、内部支撑结构多、施工难度大，需要投入较多的人力、材料和设备，结构安全性和稳定性问题凸显。

文章主要对富春江大桥主墩承台钢吊箱设计进行研究，以供相关施工工程进行参考。

关键词：大跨连续梁桥；钢吊箱；主墩承台中图分类号：U445 文献标志码：A 文章编号：2096-2789（2020）16-0211-03
富春江大桥主桥为（85+2×151+85）m 连续刚构桥，主墩承台采用整体式倒圆角八边形，桩基采用梅花形布置方式，承台施工采用双壁钢吊箱围堰方案，围堰外形与承台保持一致。

结合桩基梅花形布置方式，原位拼装平台中主龙骨采用折线形设计。

该围堰的设计充分考虑了加工制造、运输和安装等主要工况，并结合现场实时反馈的情况对围堰结构进行修改和检算。

计算结果和工程实践均表明，围堰结构合理、可靠。

1 工程概况
富春江大桥位于杭州市富阳区中埠村境内，其主体位于ZK112+178.424处，桥体跨越富春江。

本桥起讫桩
号为ZK111+635.604～ZK112+534.424，全长898.82m 。

主桥上部结构为（85+2×151+85）m 预应力混凝土刚构-连续箱梁。

其主墩承台采用整体式倒圆角八边形承台，平面尺寸为37m ×13.6m ，厚度为4.5m ，倒圆角半径为2.0m ，承台顶面设计标高为-0.8m ，承台底面高程为-5.3m ，每个承台下设19根直径2.2m 钻孔灌注桩。

主墩承台基础布置如图1所示。

主墩处300年一遇洪水位为+13.26m ，5年一遇洪水位为+9.33m 。

洪水期水流流速1.5m/s 。

2 主墩承台施工方案
根据现场施工条件和工程结构特点，大桥主墩承台
施工采用双壁钢围堰方案施工。

钢围堰在工厂设置胎膜分片制作，利用平板车通过施工栈桥分片运至现场，利
图 1 主墩基础布置（单位：cm）
（a）立面
（b）平面
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2020年第16期
用龙门吊或桅杆吊机拼装，利用多台千斤顶同步控制下放。

围堰施工工艺流程为搭设拼装拼台→钢围堰分片制作→分片运至现场进行组拼→安装导向限位系统→安装提吊下放系统→围堰提吊并拆除拼装平台→围堰下放至设计标高→浇筑封底混凝土→拆除提吊系统。

根据工期安排，承台安排在枯水期施工。

钢吊箱施工期间的设防水位按+5.5m 控制（实际计算偏保守按+6.0m 考虑）。

3 双壁钢吊箱围堰设计
3.1 双壁钢围堰结构
主墩钢吊箱围堰高度方向分2节，下节围堰（双壁结构）高11.5m ，上节围堰（单壁结构）高2.3m 。

围堰壁板水平分块最大尺寸为3.3m ，均在工厂分块制造，在墩位处拼装。

围堰尺寸为39.301m （横桥向）×16.4m （顺桥向）×13.8m （高），壁厚1.4m 。

钢吊箱底板由主龙骨、次龙骨和底模板组成，底模板最大分块尺寸为7m ×5m ，底模板在护筒位置开孔直径2.7m 。

吊箱内部设置5道内支撑，内支撑与吊箱内壁焊接连接，内支撑之间连接杆采用螺栓连接。

主墩围堰布置如图2所示。

主墩围堰构件参数如表1所示。

3.2 围堰计算工况
根据钢吊箱围堰施工的全过程，将围堰的计算分为以下五个工况。

（1）工况1：钢吊箱提吊下放。

钢吊箱围堰在拼装平台上拼装完成，提吊系统安装到位后，围堰跟随龙骨下放。

此工况主要分析底板龙骨和提吊系统的受力情况。

（2）工况2：浇筑封底混凝土。

围堰下放到设计标高后，向围堰内浇筑封底混凝土。

在封底混凝土硬化前，混凝土自重及钢吊箱、龙骨等配件重量全部通过龙骨传递至吊杆，并最终由置于钢护筒上方的挑梁承台。

因此本工况主要计算底板龙骨和提吊系统的受力情况。

（3）工况3：高水位（+6.0m ）吊箱内抽水。

封底混凝土强度达到设计要求后，需抽出围堰内的水，以提供浇筑承台混凝土的施工作业面。

抽水的整个工况根据计算可细分为三个步骤：①双壁间水位保持+4.1m ，吊箱内抽至水位+2.5m 时，安装上层剩余3根内支撑；②吊箱双壁间与箱内同步抽水，双壁间水位抽至+3.0m ，吊箱内抽至水位-1.0m 时，安装下层剩余3根内支撑；③吊箱双壁间与箱内同步抽水，双壁间水位抽至-0.5m ，吊箱内抽至水位-5.5m ，吊箱抽水完成。

此工况主要分析吊箱侧板及其加劲、内支撑的受力情况以及分析封底混凝土自身强度，以及其与钢护筒间黏结力是否满足抗浮要求。

（4）工况4：低水位浇筑承台第一层2m 厚混凝土。

浇筑承台混凝土前原提吊系统将全部撤除，因此承台混凝土质量以及前期整个围堰、封底混凝土的自重都将由封底混凝土与钢护筒的黏结力和水浮力共同承担。

因此本工况主要分析封底混凝土自身强度，以及其与钢护筒间黏结力是否满足要求。

（5）工况5：高水位（+6.0m ）拆除内支撑。

承台混凝土浇筑完成后，需拆除围堰内所有内支撑，以提供浇筑桥墩的施工作业面。

此工况主要分析承台浇筑完成后，钢吊箱围堰侧板及其加劲在静水压力和动水压力作用下的受力情况。

3.3 有限元模型
采用极限应力法，利用Midas Civil 程序对结构进行
计算分析，全结构共分为4295个节点、9887个单元。

全结构有限元模型如图3所示。

图2 主墩围堰布置图（单位：m）
3.4 计算结果
经上述各工况的计算分析得到围堰各主要构件的应
力如表2所示。

计算结果表明，在整个施工过程中，各
构件受力均满足相关规范要求。

4 重难点分析
本项目施工场地不具备岸上拼装后整体平移至桥位
处的施工条件，因此只能采用原位拼装下放的施工方案，
而原位拼装则必须事先搭设拼装平台。

本项目承台桩基
采用梅花形布置方式，龙骨的布置方式设计难度较大。

根据受力分析，短边受力较大，因此承台短边方向作为
主龙骨，承台长边方向作为次龙骨，主龙骨与次龙骨在
一个平面内焊接。

由于桩基采用梅花形布置方式，因此
为避让桩基，主龙骨平面线形需设计为折线形，龙骨平
面布置如图4所示。

图4 龙骨平面布置图（单位：cm）
图3 全结构有限元模型
内支撑工况2113.7 1.4侧板系统
水平斜撑L100×8角钢
竖向隔舱板1420×800×16×10 H型钢
面板加劲L75×50×8角钢
单壁水平板12mm板
单壁竖向加劲12mm板
单壁斜撑16a槽钢
内支撑系统
内支撑φ530×10mm圆管
连接杆φ530×10mm圆管
5 结束语
钢吊箱是高桩承台施工方案中的一种重要设施，其
设计的可靠性关系到整座桥梁施工的安全性。

本设计根
据施工现场的实际情况采用原位拼装的施工方案，同时
结合承台标高及水文条件，对围堰结构进行不断对比分
析及优化，既满足施工条件，又能节省投资。

对施工全
过程各工况进行计算分析，确保结构安全。

经实际工程
检验，证明该围堰的设计是合理、可靠的，尤其本项目
中主龙骨的折线形设计，可为后续同类桥墩承台的施工
提供借鉴。

参考文献：
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