跨通航河道高桩承台无封底可周转钢吊箱施工技术研究与应用

跨通航河道高桩承台无封底可周转钢吊箱施工技术研究与应用

汪大庆，李多贵， 文志遥，郑建南 ，柯梁颖，唐芝婷

中国建筑第四工程局有限公司，广东 广州 ， 5100 00； 中建四局土木工程有限公司 ，广东 深圳 ， 518000

【摘要】：钢吊箱围堰是为承台施工的阻水结构，其作用是通过吊箱围堰侧板和底板上的封底混凝土封水，为承台施工提供无水的干燥环境，在桥梁跨河道等水上工程中使用范围较广，而钢吊箱的平面位置、侧壁位置及水平位置等的控制效果直接关系到所在项目的成本投入、使用安全及施工质量。

【关键词】通航河道；高桩承台；无封底吊箱；可周转

1工程概况

1.1设计概况

小冈大桥新建工程全长949m，位于新会区双水镇，起点位于梅冈，桩号K7+224，途中跨越潭江水道，终点至胜冈，桩号为K8+178，桥梁沿旧桥位置河流上游单侧加宽，新旧桥间隔2.0m。工程包括小冈新桥、路基、路面、引道、排水、交通工程及绿化等。小冈新桥孔数和跨径与旧桥一致，桥长949m，加宽桥面19.3m。主桥为预应力混凝土连续箱梁，引桥为30m预应力混凝土简支小箱梁、16m预应力混凝土预应力小箱梁，孔数孔径18×16+2×30+70+110+70+3×30+16×16。引桥采用双柱式桥墩，挡土式桥台，主桥单薄壁空心墩，钻孔灌注桩基础，主桥20#～23#墩、引桥19#、24#、25#墩为水中墩，水中桩一共38根。

主墩采用3.0m厚单肢空心薄壁墩，承台尺寸为720×1710×350cm的圆端形承台，下设1.0m厚的承台基础封底层，桩基础为8×D200cm钻孔灌注桩。过渡墩采用2.0m厚单肢薄壁墩，承台尺寸为750x1700x300cm的圆端形承台，下设1.0m厚的承台基础封底层，桩基础为8xD180cm钻孔灌注桩。主桥桥型布置图见图1。

1.2沿线自然地理条件

小冈大桥位于省道S271线南门公路，是新会区干线公路网规划中的纵三支线，是新会区公路网主骨架的重要组成部分，是新会双水镇通往新会会城的主要通道，也是新会区连接台山市的重要出口干线，是新会区规划的主干线公路骨架之一。

1.3水文地质

小冈大桥桥址所跨越的河流为潭江支流、又名“南坦水道”，河道宽约358m。项目区域水系发达，河流交错，易于排泄，河床纵坡平缓，冲淤变化小。水位受潮汛影响，最大水深一般为8~11m，最大潮差约2.5m。设计通航最高水位2.9m，宽度99m，高度13m。项目区域地表水、地下水对砼、钢筋腐蚀作用等级均为微腐蚀。

1.4通航孔设置

根据《广东省航道局关于广佛江快速通道新会会城至崖门段工程小冈大桥（扩建）涉及航道通航有关问题的复函》和《江门市新会区小冈大桥工程通航安全影响论证报告评审会专家组意见》，新桥与旧桥跨径相同，主桥跨径(70+110+70 ) m，设置两个通航孔。右通航净宽101m，通航净高13m，左通航净宽61m，通航净高10m。大桥设计的通航标准为Ⅲ级。

2施工技术特点

与类似项目常用施工相比，跨通航河道高桩承台无封底可周转钢吊箱施工有如下特点:

与钢吊箱底板采用预制板施工技术对比：以钢筋混凝土底板替换大体积素混凝土底板，一次性解决底板抗压及抗浮双重难题；以全现浇封底板替换装配式封底板，降低了对底板开洞的精确度要求，同时提高构件连接间的整体性，有利于抗渗。

提出多种新型的拉压及导向装置，满是钢吊箱在下放过程中及下放完成后的水平及竖直方向的位移控制；封闭底板周边预埋止推装置，用于钢吊箱侧模的拼装施工和侧模底板渗水。

该支撑体系通过设计验证；解决了搭设同步千斤顶下放平台与搭设钢吊箱内支撑平台的受力体系的转换；该转换工艺简单，速度快且安全性高。可通过逐级转换实现钢吊箱安装后承台浇筑施工。

3工艺原理

跨通航河道高桩承台无封底装配式可周转钢吊箱施工具有可靠的理论依据，其实施具有较强的可靠性:

钢吊箱结构体系受力合理且承力体系转换符合力的传输要求，共包含两次承力体系的转换，第一次为钢护筒牛腿对封底板的承载力向以千斤顶为核心的拉应力的转换，第二次为以千斤顶为核心的拉应力向以钢护筒剪力板为核心的剪应力的转换，逐级转换实现钢吊箱的就位。

4、钢吊箱构件组成

跨通航河道高桩承台无封底装配式可周转钢吊箱由封底板、侧壁、拉压杆及吊挂系统、内支撑及导向架等结构构件组成，其中内支撑纵横向各布置一道，侧壁壁板间采用双层M22螺栓连接、内撑杆与底板间采用Φ25的精轧螺纹钢连接，接缝间用δ= lcm膨胀型止水带止水，保证吊箱壁板有足够的防渗水能力；钢吊箱尺寸需根据承台施工时的水文特征、以及钢吊箱制作、运输、吊装方式，并结合承台结构尺寸等因素综合考虑；为方便说明，以小冈大桥新建工程主墩平台为依托进行说明。

4.1承台参数

小冈大桥主墩墩位处水深较深，据水文地质资料，主墩承台施工时河水可能处于最高水位+2.94m ，承台顶标高为+2.50m，考虑Φ630mm内支撑以及富余空间0.20m，主墩钢吊箱侧壁顶标高选+3.50m、底板顶面标高为-1.00m，钢吊箱侧璧高度为4.75m，低于底板0.25m，钢吊箱内空尺寸与承台设计尺寸相同，在浇筑承台混凝土时作为外模板作用。

4.2.钢侧壁

根据依托项目主副墩承台的形式、加工运输以及安装时机械设备的性能情况，将钢吊箱侧壁划分为三种类型：

1. 类型一为圆弧板，为方便拼装，圆弧段沿圆弧走向设置一块钢侧壁，整体拼装；

2. 类型二为直面板，为宽度为2m、高度为4.75m的标准板；

3. 类型三为直面板，为宽度不足2m、高度为4.75m的非标准板，用于凑齐标准板剩余部分的空隙；标准板、非标准板及圆弧形钢侧壁间通过简单的拼装，即可用于主墩和副墩的支模拼装。

4. 拉压杆由规格为18b的槽钢拼装而成，用于在钢吊箱下放完毕后对钢吊箱进行固定，并承受钢吊箱的整体重量、抽水阶段的浮力以及后期的施工荷载。拉压杆底端与钢吊箱底板间采用φ50mm插销铰接连接于钢筋混凝土封底板的预埋件上，另一端与钢护筒间采用焊接连接；在钢吊箱下放完毕后拉压杆与钢护筒进行焊接，通过将封底板与钢护筒连接，控制钢吊箱的竖向位移。

5. 拉压杆长约3m，需沿钢护筒周边均匀焊接4根拉压杆，共计32根。

4.3吊挂系统

拉杆杆与封底板预埋件、钢护筒侧壁连接并验收完成，钢护筒周边封闭混凝土浇筑且抽水完毕后，进行单根钢护筒周边8组、共16个剪力板的焊接施工，同时需与底板上的预埋件进行焊接连接，剪力板焊接完毕后拆除拉压杆，完成底板受力体系的二次转换，受力体系二次转换前需完成钢护筒牛腿上支承载体系与吊挂系统上拉体系的一次转换。

4.3.1升降系统：由一核心构件及一传力路线组成，其中：

1. 核心构件为6个200t千斤顶，搭配使用精轧螺纹钢、扁担梁、钢绞线、承重梁等；

2. 传力路线为钢吊箱下放总荷载→12根预埋φ32mm精轧螺纹钢→3条扁担梁→7束钢绞线→6台同步千斤顶→2组上承重梁→8根钢护筒，通过传力路线的连接，实现封底板恒载及活载的传递。

4.4内支撑

在钢吊箱侧壁上沿纵横向各设置一层φ630×10mm临时钢管支撑，钢管支撑在布置时避开钢护筒，端部顶在环向主梁位置，同时将与内支撑端头连接的侧板竖肋采用18mm支撑板进行加强处理。

4.5导向架

导向架主要作用是：采用18号工字钢保证钢吊箱在下放过程中按设计位置下沉，同时抵消水流对钢吊箱壁产生的水平力，防止钢吊箱水平移动或是变形，同时用于调整钢吊箱水平姿态，整个钢吊箱共布置8个导向架，布置在最外围的钢护筒上与模板连接。

4.6关键工艺操作要点

跨通航河道高桩承台无封底装配式可周转钢吊箱施工工法主要包含全现浇钢筋混凝土封底板支模施工、钢吊箱拼装定位及钢吊箱承力体系转换等关键工序。

4.7 全现浇封底板支模施工

全现浇钢筋混凝土封底板底模施工为该工法的施工重点及难点，其工序如下：

1. 在钢护筒上开孔安装规格为56a的工字钢搁置牛腿，开孔顶标高应高于常水位标高，并根据施工阶段实际水位进行调整；

2. 在与牛腿垂直方向搁置双拼28b槽钢横肋，间距约1.6m~2.3m；

3. 在横肋上均匀铺设规格为28b槽钢，间距0.5m，与横肋垂直放置；

4. 满铺15mm厚普通木模板，作为全现浇钢筋混凝土封底板模板。

4.8 钢吊箱定位装置施工

拼装前及拼装过程中应逐一检查预埋件、止推块、导向架等限位及导向装置，保证钢吊箱一次拼装到位，且拼装合格。

4.9 钢吊箱承力体系转换施工

钢吊箱结构体系共包含两次承力体系的转换过程，第一次为钢护筒牛腿对封底板的承载力向以千斤顶为核心的拉应力的转换，第二次为以千斤顶为核心的拉应力向以钢护筒剪力板为核心的剪应力的转换，最终实现传力路线不同、最终承力点相同的效果，在逐级转换的过程中实现钢吊箱的就位：

（1）钢护筒牛腿对封底板的承载力向以千斤顶为核心的拉应力的转换过程，关键在于实现底板预留精轧螺纹钢、扁担梁、钢绞线吊绳、上承重梁等传力路线的连通，将原由钢护筒牛腿承受的竖向荷载的承载路线进行转换，并最终再次传递至钢护筒；

（2）在用拉压杆定位、抽水并替换至剪力板后按照拉压杆、千斤顶、钢绞线、上承重梁、扁担梁的顺序逐步拆除上道传力体系，再次实现受力体系的转换，并最终仍传递至钢护筒。

5质量控制

跨通航河道高桩承台无封底装配式可周转钢吊箱施工工法质量控制的重点在于承力转换体系的安全及抗渗性能的稳定，其质量控制要点在于：

5.1钢吊箱加工、焊接质量控制措施

（1）所有主梁、次梁、封边槽钢必须严格按施工图纸进行下料，严格控制下料尺寸。

（2）钢吊箱底板、壁体尺寸必须符合设计及规范要求，对于不合格成品进行重新处理，如果还达不到要求，按不合格品进行处理。

（3）钢吊箱壁体内壁加工应符合相关规范中对模板的质量要求，对于质量达不到规范要求的，应进行相应得处理，使其满足要求，多次处理仍然达不到要求，按废品进行处理。

（4）焊缝质量、焊缝高度、焊缝长度必须符合设计施工图以及规范的要求；

（5）对于焊接质量达不到规范以及设计施工图要求的，铣除不合格焊缝，进行重新焊接，直到焊缝质量达到要求为止.

（6）对于受力较大的底板面板与梁系连接处的焊缝，应作为焊接质量控制的重点，应按照设计规范要求对其进行检查，发现不合焊缝，应及时进行补焊合加强处理，保证结构的使用安全。

5.2钢吊箱拼装质量控制措施

（1）钢吊箱安装应选择在天气情况较好，风浪、流速均较小的低平潮时段进行。

（2）钢吊箱安装使用大型浮吊进行安装，另外还要设置必要的导向设施，来保证其安装精度。

（3）钢吊箱的精确定位时，测量要进行反复校核，确定其平面位置、垂直度、标高满足设计及规范要求后，安装进行临时固定的反压牛腿，尽量采取多点同时施工以保证在潮位上来前完成钢吊箱的固定。

（4）钢吊箱安装完成后，还应该及时安装其侧壁的防撞护舷，确保钢吊箱在施工期间不发生较大偏位。

（5）钢吊箱临时固定搁置牛腿安装完成后应按照钢结质量检验标准的相关规定对焊缝质量进行相应的检查，并质量达到要求的进行补焊。

5.3搁置牛腿焊接质量控制措施

（1）搁置牛腿安装之前，测量先放出其安装位置以及标高，根据放样位置进行准确安装。钢吊箱安装前应对所有搁置牛腿的标高、位置进行重新测量，确定满足要求后，进行钢吊箱安装。

（2）搁置牛腿、反压牛腿安装焊接完成后，对其焊缝质量应按照相应规范要求进行检查，质量达不到要求的进行补焊和必要的加强措施，使其满足要求。

（3）牛腿焊接所使用的焊条型号、焊条质量必须满足相关钢结构施工技术规范要求，不得使用不符合要求的焊接材料。

5.4封底混凝土质量控制措施

（1）封底混凝土施工前应安装相关规范要求进行封底混凝土试配，强度、和易性满足要求后上报监理批复。

（2）严格控制封底混凝土的原材料质量，碎石、砂、水泥、外加剂的质量应符合相应检测规范的要求，不准使用不合格品。

（3）严格控制搅拌混凝土的质量，开盘混凝土坍落度应按要求进行检测，在各项指标满足要求后才允许继续生产和输送。施工过程中还应安排专人进行混凝土质量的监控发现异常及时调整，不合格的混凝土应及时进行清理掉，不容许不合格品入仓。

（4）混凝土浇筑施工中，应按照施工规范要求对混凝土进行布料和振捣，确保其密实，另外在混凝土浇筑过程中按照规范要求留取试件。

6结语

随着桥梁工程的数量及规模的迅速扩大，跨通航河道深水桥墩承台也逐渐增多，这就对此类承台施工工艺提出更高的要求。特别是钢吊箱围堰，因此通过小冈大桥承台的实践，相应的技术人员的技能得到提高，对研发新技术提高施工水平有更深刻的体会。经过实践应用无封底可周转钢吊箱施工简便，施工周期短、材料可以周转有利于环保，且节约施工成本、具有很好的推广价值。

参考文献：

1. 《公路桥涵施工技术规范》JTG F50-2011.

2. 《路桥施工计算手册》.

3. 《钢结构设计标准》( GB 50017-2017) .

4. 《两阶段施工图纸设计》.