杭州湾跨海大桥深水承台钢吊箱设计及施工.pdf

总 第 1 3 1 期 公 路 与 汽 运 h i ghwa ys aut o mo t i v e appl i c a t i o n s l 2 5 杭州湾跨海大桥深水承 台钢 吊箱设计及施工 程 允武 ( 广 东省长大公路工程有限公 司，广 东 广州 5 1 1 4 3 1 ) 摘要 ： 说明 了杭州湾跨 海大桥 北航道桥 北侧 高墩 区深 水承 台钢 吊箱 围堰 的结 构及设 计计 算， 介 绍 了该桥 钢 吊箱安装的步骤及施 工工艺。结果表 明 ， 该 钢 吊箱设计 轻巧 ， 钢底板 可拆 除重复 利用， 具有较 高经济效益 ， 可为复杂水 文环境 下深水承 台施工提 供参考。 关键 词 ： 桥梁 ；深水承台；单壁钢 吊箱 ； 施工 工艺；围堰 中图分类号 ： u4 4 3 2 5 文献标识码 ： a 文章编号 ： 1 6 7 1 2 6 6 8 ( 2 0 0 9 ) 0 2 0 1 2 5 0 3 杭州湾跨海大桥北航道桥北侧高墩区 b 1 b 7 号墩 ， 均位于深水区， 海床面平均标高为一1 2 0 m， 平均水深 1 5 m。承台采用六边形倒 圆角分离 式结 构 ， 外部 尺寸 为 1 0 2 5 mx 1 3 0 m3 0 m； 承 台顶 标高+2 0 m， 底标高一1 0 m， 单个承 台 c 3 0海工 砼 3 4 2 m。 ， c 2 0封底砼 7 1 5 m。 。承 台采用单 壁钢 吊箱围堰方法施工 本文介绍其钢 吊箱的设计与施 工技术 。 1 水文情况 杭州湾属强潮河 口湾， 高潮累积频率 1 o 的潮 位+3 5 4 m， 低潮累积频 率 9 o 的潮位 一2 7 5 m， 按重现期 2 0年 的计算条件 ， 极值 高潮位 +5 3 m； 潮 流 2 0 0 2垂 线 号 可 能最 大 流速 2 8 1 m s ； 全 年波 高平均 0 2 m， 最大波高 3 5 m( 台风所致) 。 2 钢 吊箱设计 2 1 构造 形式 构思 国内桥梁深水承台多采用沉井 、 钢围堰或钢 吊 箱方法施工 。考虑到杭州 湾水文环境具有水深、 流 急、 潮差大、 涌浪高等特点 ， 而钢 吊箱围堰工艺操作 简单、 技术上可行 、 材料用量合理并能回收再 利用 ， 因而确定采用钢 吊箱围堰施工方案。 2 2设计优 点 1 )利用潮差大特点， 选在低潮期间水位退 出底 板时进行干式封底。 2 )围堰底板系统设计为可拆 除重复利用形式 ， 突显经济效益 。 3 )吊挂系统设于封底砼 内钢护筒牛腿上 ， 方便 承 台施工 。 4 )侧模与内撑梁相结合设计 ， 简化结构。 2 3 设 计计 算 2 3 1计 算 工况 根据钢 吊箱围堰施 工工作时段及设计受力状 态 ， 按 以下两 种工 况进 行分 析 ： 封 底砼 施工 阶段 ； 封水 后 承 台施 工 阶段 。 2 3 2 水文参数取值 设计 高 水 位 十3 5 4 m； 设 计最 大 流 速 2 8 1 m s ； 工 作 状 态 波 浪 起 算 波 要 素 ： h = 1 5 m、 t一 5 5 6 s。 2 3 3荷 载组合 水平 荷 载 ： h 一静水压力+流水压力+波浪力+ 风力 竖直 荷 载 ： 一吊箱全部自 重+封底砼重+浮力+承 台砼重( 承台施工工况计人) 荷载 计 算 中， 单 位 面 积 上 的静 水 压力 按 1 o k n m。 计 ， 水压随高度 呈线性分布； 风速很小， 可忽 略 ； 封底砼容重 y =2 4 0 k n m。 ； 水 的浮力 y 一1 0 k n m。 ； 封底砼与护筒之 间的摩 阻力取 经验值 1 8 0 k n m。 。 2 3 4 计算 内容 综合工况条件分析 ， 对钢吊箱各部分取最不利 受力工况进行验算 。 1 )底板 系统 。主承重梁 最不利荷载组合为封 底及承台砼 自重+吊箱 自重一护筒粘结力 ； 二次分 配梁及底模荷载考虑封底砼 自重+吊箱 自重 。 2 )侧模 。侧模以承受为主， 最不利受力工况为 承台施工阶段 ， 侧板计算包括竖肋、 水平加劲肋 、 面 板 、 竖肋 拼接处和焊接的内力 、 变形及应力计算 。 1 2 6 公 路 与 汽 运 h i g h wa y s& au t o mo t i v e ap pl i c a t i o n s 第 2 期 2 0 0 9年 3月 3 )整体稳定验算 。验算在承台施工阶段 ， 吊箱 在水平荷载作用下， 侧模及内撑梁位移及应力 。 4 )抗浮计算分两个阶段 ： 第一个 阶段是封底砼 浇筑完成且未初凝 ， 该工况验算减压孔流量满足要 求即可； 第二个阶段是封底砼初凝后套箱 内封水进 行承台施工， 吊箱 自重+封底砼重+粘结力( 方 向向 下) 吊箱最大 浮力 。 5 )封底砼强度验算 ： 要验算承台砼浇筑完毕后 封底砼周边悬臂时的拉应力和剪应力及中间封底砼 的拉应力和剪应力。 2 4钢 吊箱 结构 钢 吊箱 围堰 分 为底 板 、 侧 板 、 内支 撑 、 吊挂 系统 四大部 分 ， 其 中侧 板 、 底 板是钢 吊箱 围堰 的主要 阻水 结构并 兼作承 台模板 。 2 4 1底板 及 吊挂 系统 为方 便将 来底 板 能全 部 拆 除再利 用 ， 底 板承 重 梁采 用叠合 梁结构 ， 底模 采用组合 钢模施 工 ， 全 套底 板 重约 2 0 t 。 底板 主承重 梁 ( 见 图 1 ) 为 双 拼 4 5 a工 字 钢 ， 沿 桥纵 向护 筒边布 置 4条 ， 单 根 主梁 长 1 1 5 m， 主梁 中 间对称 预 留 2个 3 2 mm 吊杆穿 孔 ， 穿 孑 l 间 距 为 6 2 5 m， 梁 上 孔位 贴 焊 2 5 c m2 o c m2 5 c m 钢 板 ； 主梁吊挂采用 j 5 3 2 mm精轧螺纹钢， 长度为 2 0 m； 挂 点牛腿 为双拼 4 5 a工 字钢 ， 顶面 焊接 在 护筒 标 高 一1 2 m处 。 图 1 底模承重梁平面图( 单位 ： mm) 二次 分配梁 采用 间距 为 1 m 的 2 5 a工 字 钢 ， 中 间 4 根通长 1 4 0 m， 护筒 口位置分配梁断开 ， 断开 部分与主承重梁面焊接固定 ， 并加以三角加劲板与 下部 4 5 a工字 钢承重 梁联 系 。 2 4 2 侧 模 承 台套箱侧模采用单壁结构 ， 单个套箱侧模分 为 i、 两类共 4块模板拼接。顺桥向 i类模板尺 寸： 宽 9 5 2 m高 7 0 m； 横桥 向类模板尺寸： 宽 7 4 8 高 7 0 m( 见图 2 ) 。 套箱顶+ 5 2 m p 【 撑桁架梁 、( 1 o 型 钢 ： 内 撑 顶 面 标 4 承 台 顶 标 高 、 高 + 2 5 m +2 0 m 一 嘞 模临时支撑 ( 上下两层) 2 i 4 5 6 ： 二 封底砼底 组合钢模 2 钢 ( 一 一 i 标高 一 1 8 m i 工 字 钢 - 辐l 1 1 5 0 o 1 2 8 0 0 3 4 5 0 2 8 oo ()一 6 2 5 0 ( ， 图 2套 箱 系 统 结构 示意 图( 单 位 ： ram) 侧模 面板采 用 8 6 mm 钢面 板 ， 竖 向肋 采用 1 6 工 字钢 ( 在 侧 模 顶 下 + 5 2 + 4 2 m 范 围 内采 用 1 0 槽钢代替) ， 其分布间距为 3 5 c m， 直接与面板贴 焊 。在侧 模 底部 及 底 部 以上 4 3 m 位 置处 用 双拼 2 0 槽 钢 ( 弧 形段 特殊 加 工 ) 环 向进行 包 箍 。1 6 工 字钢 竖 向肋 外 围用 2 0 槽 钢 围焊两 道 、 1 o 槽 钢 围 焊一 道 。 分块侧模间端头法兰使用 1 6 0 mm1 0 0 mm 1 4 mm 角 钢 ， 模 板连 接利 用 m 1 6普 强 螺 栓 ， 间 隙用 8 5 mm 橡胶 皮密 封 。 2 4 3套 箱 内撑与侧模 相 结合 内撑系统与侧模结合成整体 ， 侧模安装后无需 另加 内撑 ， 减少 施工 工序 。 内撑布置在标高为+2 5 m 位置， 与侧模双拼 2 0 槽钢横楞对应 。内撑设计 为桁架结构 ， 外弦利 用 侧模 双 拼 2 0 槽 钢 外 楞 ， 内弦 、 斜 杆 均 采 用 双 拼 1 0 槽钢。内撑架面上铺设钢板网， 用作砼浇筑作 业的操作平 台。 3 钢 吊箱安装 3 1 底模安装 经测量放样 ， 将 i 4 5 a 工字钢承重牛腿焊接在标 高一1 2 r f l ( 牛腿顶面标高) 的钢护筒处， 牛腿底部 加 2 0 mm三角加劲板与钢护筒联系。为保证牛腿 焊接质量 ， 钢护筒外壁 的残余物或铁锈用钢丝刷清 除并用高压水冲洗干净 ， 施焊前用气割将其上水分 烘干。牛腿开 4 5 。 5 o 。 单面坡 口与钢护筒焊接 ， 焊 缝应紧密 、 均匀和满焊， 缝高不少于 8 mm。 总第 1 3 1 期 公 路 与 汽 运 h i g h wa y s& au t o mo t i v e ap pl i c a t i o n s 1 2 7 底模双拼 4 5 a 工字钢横向主梁整体水平下放 ， 穿设 吊带后 ， 使用 2 t 手拉葫芦调整标高拧紧螺母 。 主梁安装完毕 ， 将 i 2 5 a 工字钢分配梁安装在 4 5 a工 字钢上 ， 外侧临时焊接在一起。 底模面板采用组合钢模拼装 ， 面积 约 1 2 0 m。 。 根据施工需要， 底模拼装需 两类钢模 ： 一种为标 准 模 ， 尺寸 为 3 0 0 mm 1 5 0 0 ( 1 2 0 0 、 6 0 0 )mm 5 5 mm； 另一种是特制模 ， 用 于钢护筒周边 密封 。标 准 模拼装使用 u形卡卡紧 ， 并按设定拆除方案将其 分 块划分区域联系。护筒周 围特制模 最后安装 ， 为免 受水流涨退上浮或移位 ， 模板外侧周边用螺栓 固定 在工 字钢 分布 梁上 。 为防止潮水可能透过组合钢模接缝对封底砼产 生冲刷， 方便底模拆除， 承台封底前在组合钢模上铺 设 一层 油毡 纸 。 3 2 侧模 安 装 底模下放完 ， 潮水退出后 ， 将底板上残 留物冲洗 干净 ， 准确放样侧模边线及定位卡。 侧模 吊装顺序 ， 着重 考虑选择潮水涨退适合 时 段 ， 先顺桥向后横桥向。侧模分块吊装时 ， 采用缆风 绳防 止摆 动 ， 模板 位置 及垂 直度 调好后 ， 在 内撑 梁处 与护 筒 焊接 定 位 ， 底 部 外 侧 固定 在 双 拼 4 5 a 工 字 钢 上 。同样进行邻块侧模拼装 ， 模板接缝用 5 mm橡 胶皮填塞， 合龙后模板对接缝隙处再涂高强胶 防渗 处 理 。侧模 在未封 底 施 工 前 ， 必 须 作 较 牢 固可 靠 的 临时支撑定位， 避免水流涨退 导致侧模移位。临时 支 撑上 下两层 布置 ， 上层 由内撑桁 架延 伸支 撑 ， 下 层 由钢护筒 悬臂 支撑 。 3 3砼 封底 施工 承 台套 箱 封底 采 用低 潮 位 干封 底 一 次 完 成 ， 封 底砼 方量 为 7 1 5 m 。封底 完 成后 按 常规 工 艺 进 行 承 台钢筋及 砼施 工 。 3 3 1 封 底前 的 准备 1 )为了保证砼与钢护筒之间的结合质量， 增加 砼与护筒问粘结力 ， 用打磨机将封底 8 0 c m 高护筒 壁的铁锈渣打磨清除 ， 在护筒壁环 向焊接钢筋头 。 2 )封底砼前 ， 搭设好 临时操作平 台， 及时检查 各加劲及侧模与套箱底模 的焊缝连接情况 ， 如有脱 焊 、 漏焊需及时补焊 。 3 3 2泄水 减压孔 设置 单个承台设置 2个直径 4 5 c m 钢管泄水孔 ， 泄 水孔设在钢护筒旁底板上 ， 钢管需稳妥固定 ， 封底砼 达到 强度后 即密 封 。 3 3 3封底砼施工注意事项 套箱封底砼需在潮水退 过底板面后约 6 0 mi n 内迅速完成浇筑 ， 因此在进行封底砼施工时应注意 ： 根据潮差表及实际观察潮位的数据 ， 准确掌握开 始封底时间； 采取各种措施保证砼 正常供应 ； 采用储料斗预存砼及用砼运输车直接卸料方式加快 砼浇筑速度。 4应用效果 钢吊箱施工时首先施工底板 ， 侧模在低潮位分 块安 装 ， 起 重方 便 。 由于采 用 了可 周转 利 用 的底 板 结构 系 统 ， 该 方 案直接为该桥同类承台节约底板 1 4套 ， 共计钢材节 约量 为 2 0 t x1 4 2 8 0 t 。 该 桥 承 台 施 工 中充 分 利 用 杭 州 湾 海 域 深 水 环 境、 潮差大等条 件， 选择 在低潮 位进行砼干封底施 工 ， 提高了封底砼效果 ， 改善 了封底砼外观质量 。封 底砼通过振捣后外 观密 实， 颜色均匀 ， 光洁度好， 外 观质量与承 台砼 一致。承台施工完 毕将底 板拆除 后 ， 承台底部裸露部分菱角分明， 不附带任何施工预 埋 件 ， 承 台整体 外观 质 量得 到很 大 提高 。 杭州湾跨海大桥北航道桥北侧高墩区深水承台 钢 吊箱 围堰施工设计方案 ， 无论从经济技术 的可行 性 ， 还是从现场组织施工的结果都取得了成功， 确保 了承台施工质量 ， 特别是 可重复利用 的底板设计极 大降低 了成本。该设计方案对 同类承 台施工具有较 好 的参 考作 用 。 参 考 文献 ： 1 j t j o 4 1 - 2 o o o ， 公路桥涵施 工技术规范i s 2 周水兴， 何兆益， 邹毅松 路桥施工计算手册 m 北 京 ： 人 民交通 出版社 ，