高桩承台吊箱围堰的设计分析与施工综述

高桩承台吊箱围堰的设计分析与施工综述在桥梁施工中，深水基础较为常见，水中基础施工常常受到工程地质条件、水文和气候因素的严重影响，为尽量减少了这些因素对工程进度的不利影响，找到一种能较好克服以上不利条件的施工方法是我们施工中的关键，水中围堰作为挡水的临时结构物，在水中基础施工中应用非常广泛，尤其是吊箱围堰在高桩承台施工中有很多优越性，本文就高桩承台吊箱围堰的港例对一般吊箱围堰作一些综述。

1、范例简介

某海上斜拉桥桥跨为160m+400m+160m，主桥墩均臵于水中，主墩基础为42根φ2.5m钻孔桩基础，桩长100m~110m之间,基础布臵见图1。

图1 范例基础布臵图

水文情况为：通常海平面标高+0.23m，20年高潮位为+3.48m，涨落潮频繁。承台范围内海床标高为-11.0m。

地质情况为：桥位处基岩标高为-210.0m。覆盖层厚度大，从下至上分别为灰~灰黄色中砂、灰黄色粉质粘土、灰~灰黄色粉细砂、灰黄

色淤泥。一般水深达到10m左右，根据以上工程地质、水文和承台的特征情况，承台的特征，承台施工采用吊箱围堰法浇注承台基础。

2、围堰标高确定

我们确定吊箱顶标高通常是依据施工承台砼或底部墩身时的施工水位，围堰顶标高比施工水位高，围堰底标高的确定是考虑承台设计标高及围堰封底的厚度。所以为了减少用围堰材料用量及围堰起吊重量，围堰施工在满足工期安排的条件下，尽量选择在低水位时进行。

本海上斜拉桥基础施工吊箱围堰顶标高依据施工时水位标高定为+3.5m;底标高确定考虑封底厚度h及碎石找平层厚△h，确定为（-2-△h-h）。

3、吊箱围堰的设计

3.1 设计思路

吊箱围堰设计的总体思路是，在箱内无水的情况下修筑承台;吊箱侧板、底板结构及内支撑系统的设计均应以此为前提进行考虑。吊箱受到的侧板水压力分析见图2。

图2 吊箱围堰侧压力图示

3.2 封底厚度估算

箱内无水时吊箱受到的浮力为F。该荷载考虑由封底混凝土重G1、吊箱重G2，封底混凝土与钢护筒之间的摩阻力f共同承担，利用公式

F=G1+G2+f。并由此计算求出封底混凝土的厚度h。

本范例海上斜拉桥承箱底面积为1682m2，浮力F=109330KN，估算吊箱重约7600KN，封底混凝土重G1=25.8KN/m3*1682*h≈44000h （KN），封底混凝土与护筒之间的摩阻力（封底砼暂定C20，按1/2计）f=1/2τ粘结*A1*42(A1为单根护筒周围与封底砼接触面积）,可计算得h=0.6m,考虑水中施工的砼层量问题，封底厚度定为0.8m。由此可确定围堰底标高为-3m（找平碎石层厚为0.2m）。

3.3 吊箱围堰结构设计

吊箱围堰的结构设计包括侧板、底板设计、内支撑设计。

a、侧板受力检算：

侧板受力检算主要包括以下两个：

工况①侧板的面板和钢骨板在水抽空时受力检算。

工况②侧板的面板和钢骨板在浇注承台砼时受力检算。

对受力模型简化，底部与封底砼及底板间通过螺栓相连，作为侧板底部的固定铰支座，内支撑的作用点简化为活动铰支座。受力图示如图3。

图3 侧板受力图示

由上图可以求出侧板的最大弯矩及剪力，可以确定侧板面板及骨架的形式，具体计算从略。

b、底板受力检算

底板的受力检算主要包括以下两个方面：

工况①底板在水抽时的受力检算。

工况②底板在浇注承台砼的受力检算。

两工况中的作用荷载由底板和封底砼共同承担。受力图示如图4，底板与桩连接处分别视作固定铰支座或活动铰支座，如试算的结果不满足要求时，可通过改善底板结构刚度及提高砼级别来解决。

图4 底板受力图示

吊箱底板与桩连接处应力较集中，设计时应注意加强喇叭口处的结构刚度。

c、内支撑的设计

内支撑从布臵方向来分横桥向支撑及顺桥向支撑。从标高通常分为上部支撑及底部支撑。

上部支撑桁是指承台砼顶面以上所布设支撑桁架，这部分桁架（包括横桥抽及顺桥向桁架）主要承受上部侧板反力。底部桁架指的是承

台砼顶面以下部分的内支撑桁架，底部支撑有两种不同的设计思路，其一，底部支撑不臵于封底砼中，底部支撑下辅助底板受力。其二，底部支撑埋臵于封底砼中且与底板骨架相连，以辅助底板受力。

综述以上分析，内支撑主要检算三种工况：

工况①吊箱围堰下放。

工况②吊箱围堰抽水。

工况③承台砼浇注。

由于内支撑有不同的设臵方法，明确受力工况后即可建立相应的受力模型，在此不作具体公式推导。

本例中海上斜拉桥主墩承台施工吊箱围堰由于体积及重量庞大，起吊下放、抽水及浇注承台砼对围堰整体及局部刚度要求严格，通过计算设计了18片顺桥向受力桁架及两组（四片）横桥向受力桁架作为内支撑，两组横桥向支撑是主受力桁架，吊点布臵在主受力桁上。具体结构见下图5。

图5 范例吊箱结构图

4、吊箱围堰施工

4.1 吊箱围堰的施工工艺流程

4.2 吊箱加与拼装

吊箱加质量以吊围堰制造分块段制造的，钢结构加工规范及工艺为依据，制造场地应处理完善，胎模应保持足够的刚度。

吊箱围堰铸造时应保证栓接面顺直平整，能保证与夹缝橡胶条密贴，栓孔位臵准确。

吊箱正式拼装前，须进行预拼，预拼验收合格后才可进行正式拼装，吊箱拼装前，先设臵好拼装平台，拼装平台可在墩位桩顶处设臵，也可以在墩位以外的工作平台上拼装；拼装平台安设好后，先分块拼

装底板，再拼装侧板，后安装内支撑。

4.3 吊箱下沉定位

吊箱围堰下沉常用的方法有两种：

方法1：在桩顶设臵起吊扁担，安装吊杆，利用千斤顶下放吊箱围堰。

方法2：利用大型浮式起吊设备整体起吊下放吊箱围堰。

方法1中在轻型吊箱有许多优势，起吊方便，设备少，经济实用，在大型吊箱围堰起吊时有许多不便，大型吊箱自重大，要求吊点多，各吊点处结构变形不一致，另千斤顶不能保证同步开启，实际操作时各吊点受力不均，应注意采取措施。方法2中利用大型浮式起吊设备起吊，在水深满足要求的条件下，起吊下放钢吊箱比较方便。

吊箱调整定位后，将围堰固定在护筒上，松开起吊吊点。

4.4 吊箱堵漏

吊箱围堰与护筒顶固定后，用φ20cm的布袋内装水泥，制成水泥肠袋绕护筒一周，其内径与护筒外径相等，将水泥肠袋下套落于底板与钢护筒间的喇叭口内，潜水作业将其塞紧。

4.5 灌注封底砼

封底砼一是作平衡；二是防水渗漏；三是抵抗水浮力在吊箱底部形成的弯曲应力；是作为承台施工的承重底模。封底砼的灌注是吊箱施工的一大关键。主要难点是水下砼灌注面积大，灌注厚度小，水位深。在吊箱砼封底中，采用单根导管的灌注方法，无法达到翻浆的效果，而砼随时可能被水冲刷稀释而解散，质量难以保证。建议采取以下措施：

①提高封底砼的级配。