水中钢吊箱承台施工工法

水中钢吊箱承台施工工法

中铁十五局集团第四工程有限公司

前言

福州市六一路闽江大桥重建工程，主桥为46+75＋80＋75+46米5孔一联的预应力砼变截面连续箱梁，1＃～4＃墩为水中钻孔灌注桩，直径￠1.8米，每个承台4根桩基，承台8个均位于水面以下，每个承台尺寸为顺桥向6.7m，横向8.1 m，承台顶面标高+1.5 m，底面标高-1.5 m。左、右幅承台间净距7.41 m，分离式墩身，桥址位于闽江下游，水深13米左右，平常水位+3~+5.0 m，设计流速2.38m/s，百年一遇洪水最高设计水位+8.34米，每天涨落潮两次，墩位处于径流和潮流的过渡段，受径流作用，又受潮流的影响，为深水基础。工期紧，施工难度大，技术含量高，为确保工程质量，加快施工进度，为此成立了攻关小组，召开多次专题方案论证会，经过方案比选，可操作性研究，优化设计，1＃～4＃墩承台采用水中钢吊箱围堰施工，与传统的钢吊箱施工方法有所不同，采用水上封底后，利用千斤顶和精制￠32螺纹钢吊装就位，精度可达到1mm，水下用高标号混凝土封喇叭口，即提高了封底混凝土质量，有减少了封底混凝土数量，即提高了工作效率，有节约了成本，施工方法简单，可操作性强，工艺新颖、质量可靠，在施工期间多次受到了福州市委、市政府的表扬，在福州市电台、电视台进行了多次报道。经集团公司批准，《深水基础钢吊箱围堰承台、墩身施工技术》为2004年度集团公司立项科技开发项目，编号为：局科字2004B06，并于2004年12月28日通过了集团公司组织的专家评审，正在申报总公司和集团公司科技成果进步奖。经过不断完善总结施工技术、结合国家有关规范、标准，总结形成本工法。

一、工法特点

（1）具有结构设计合理，安装方便，便于施工，质量稳定，提高了工程进度，缩短了工期，节约了成本。

（2）钢吊箱围堰即是用于水下施工的临时性挡水设施，侧板、底板有兼作承台底模与侧模。

（3）与传统的钢吊箱施工方法有所不同，采用水上封底后，利用千斤顶和精制￠32螺纹钢吊装就位，精度可达到1mm。

二、适用范围

适用于铁路、公路、市政桥梁工程的深水承台、墩身施工。

三、工法原理

钢吊箱围堰是为承台施工而设计的临时阻水结构，其作用是通过吊箱围堰侧板和底板上的封底混凝土围水，为承台施工提供无水的干处施工环境。

四、施工工艺

1、工艺流程（见图2）。

2、关键技术

1）钢吊箱围堰的设计技术

钢吊箱围堰的设计，要充分利用钻孔作业平台定位桩搭设钢吊箱工作平台，宜采用钢护筒搭设扁担梁吊装钢吊箱。

钢吊箱围堰是用于水下施工的临时性挡水设施，侧板、底板是钢吊箱围堰的主要阻水结构并兼作承台底模与侧模。

根据自然水位变化及钢吊箱施工作业时段，设计施工受力结构主要按照最高水位时，吊箱内抽干水后侧板所受水压力为设计依据，最低水位时，现浇承台砼侧压力进行校核，考虑最高水位时，钢吊箱抗浮措施。

钢吊箱围堰的设计为有底单壁钢结构，采用型钢与钢板焊接成型，护筒位置在底板设喇叭口，按实测桩位偏差设计，为防止渗漏，宜采用整体焊接或分节焊接组装而成，侧模与侧模的连接采用螺杆与大楔杆的连接方法，侧模与底模采用螺杆连接，采用水上拆卸作业，减少水下作业，提高工作效率。宜在水上浇注封底混凝施工后，同吊箱吊装到设计标高，用高标号混凝土在水下封喇叭口。

（1）设计参数

①施工水位、最高水位、最低水位，设计流速，设计流量；

②承台底面标高、顶面标高、厚度及承台平面尺寸；

③钢板、钢管、型钢、拆装梁、φ32精制螺纹钢的材料质量；

④C50封底混凝土与护筒之间的摩阻力取经验值300KN/m2。

（2）结构设计

①工况条件根据钢吊箱围堰施工工作时段及设计受力状态，可按以下几个工况进行分析：下沉阶段；封底混凝土施工阶段；抽水后承台施工阶段。

②根据水文资料分析，确定钢吊箱施工水位为及钢吊箱的高度。一般钢吊箱的高度比最高水位高1.0—1.5m。

③结构设计条件综合各工况条件、水位条件确定钢吊箱结构设计条件。

④封底混凝土的厚度根据钢吊箱的自重、封底混凝土重、浮力、喇叭口混凝土与护筒的粘结力计算确定。

（3）结构型式

根据钢吊箱使用功能，将其分为侧板、底板、内支撑、吊挂系统四大部分。其中，侧板、底板是吊箱围堰的主要阻水结构，根据现场及设计情况,宜选用单壁侧板结构（见图１）。

①吊箱底板：由底模托梁和底模组成，底模为肋板式焊接结构，喇叭口位置根据

护筒位置确定（施工时根据桩位实测偏差可做适当调整），内径比护筒直径大400mm以上，喇叭口上部设计一圈与封底混凝土高度一致的钢板，作为封底混凝土喇叭口的腹板，喇叭口下部设置φ8钢筋一圈并焊接弯钩防止袋装料滑下水中。

②侧板：采用单壁结构，为肋板式焊接结构，由型钢和钢板焊接而成。侧板与侧板连接采用螺栓、拉杆及钢楔杆连接，侧板与底板采用螺栓连接，宜用加长套筒在水上拆卸。

③吊箱内支撑：内支撑由内圈梁，水平撑杆及竖向支架三部分组成。内圈梁根据侧板受力情况按不同的高程设计，在吊箱侧板的内侧形成水平环，安装在侧板内壁竖向支撑上。内圈梁的作用主要是承受侧板传递的荷载，并将其传给水平撑杆。水平撑杆一般设计为井字、十字等结构，杆端焊接钢板用螺栓与内圈梁连接成一体，水平撑杆各杆间宜焊接在一起。竖向支架底端焊接到底板上，上端与水平撑杆焊接。竖向支架的作用主要是支撑水平撑杆。

④吊箱吊挂系统：吊挂系统由扁担梁、吊杆及钢护筒组成，吊挂系统的作用是承担吊箱自重及封底混凝土的重量。

扁担梁2排，均设在钢护筒顶，由2根拆装梁或型钢加工成一排扁担梁，焊接在护筒顶部。扁担梁的作用是支承吊杆并将吊杆荷载传递给钢护筒。

吊杆：吊杆是由φ32 mm精轧螺纹粗钢及与之配套的连接器、螺帽组成,共8根吊杆，吊杆下端固定到侧板的内圈梁上，上端固定到吊挂系统的扁担梁上。吊杆的作用是将吊箱自重及封底混凝土的重量传给扁担梁。

⑤下沉起吊系统：起吊系统由吊点、吊杆、千斤顶组成，吊点分上吊点、下吊点，上吊点设在扁担梁上，下吊点设在吊箱上层内圈梁上，上、下吊点共8个。

⑥吊箱定位系统：钢吊箱下沉入水后受流水压力的作用，吊箱围堰会向下游漂移，为便于调整吊箱位置，确保顺利下沉，在吊箱侧板内壁与钢护筒之间设上下两层导向系统，每层8个导向。

（4）设计计算

①荷载取值依据由《铁路桥涵设计规范》（TBJ-96）荷载组合；

水平荷载：∑Hj＝静水压力+流水压力+风力+其他；

竖直荷载：∑Gj＝吊箱自重+封底混凝土重+浮力+其他；其中：单位面积上的静水压力按10KN/㎡计，水压随高度按线性分布；流水压力按桥址处实测流速，风速很小，