深水承台单壁钢吊箱结构设计与施工

1、PAGE 深水承台单壁钢吊箱结构设计与施工 摘要：结合富春江特大桥主桥深水承台的施工，介绍单壁钢吊箱围堰结构，叙述单壁钢吊箱的设计思路和施工要点。关键词：深深水承台台 单壁钢钢吊箱 围堰 设计 施工一、工程概概况杭州至千岛岛湖高速速公路杭杭州至桐桐庐段富富阳富春春江特大大桥位于于富阳市市东洲街街道的张张家村以以南至灵灵桥镇北北侧，全全桥长116799.5mm，全宽宽33.5m，分分上下行行两幅。主主桥为668+221200+688m三向向预应力力混凝土土刚构-连续组组合梁桥桥，主桥桥下部为为下部采采用薄壁壁空心墩墩。主桥桥61#、622#、663#墩墩每个墩墩单幅桩桩基为99根2.00m钻孔孔

2、灌注桩桩，横桥桥向3排排，每排排3根，主主桥墩位位于富春春江深水水区，最最深高程程达-112.5500mm。承台台顶面设设计标高高为+44.0000m，底底面设计计标高为为0.0000mm， 承承台平面面尺寸为为14.2014.20mm。二、单壁钢钢吊箱的的设计1 构造形形式的选选择围堰是用于于水下施施工的临临时性挡挡水设施施。深水水围堰施施工常采采用钢吊吊箱围堰堰，经过过对吊箱箱侧板的的单壁、双双壁两种种方案进进行比较较（如表表1所示示），决决定采用用单壁结结构。表1 钢钢吊箱双双壁结构构与单壁壁结构对对比形式材料用量优点缺点双壁结构侧板材料用用量1225.221吨，底底板材料料用量335.

3、114吨，内内支撑材材料用量量25.00吨吨，合计计1855.355吨。（1）吊箱箱拼装及及下沉充充分利用用水的浮浮力，下下沉不用用大型起起吊设备备；（22）侧板板刚度大大，内支支撑材料料用量少少。（1）材料料用量多多，加工工难度大大；（22）在钻钻孔平台台下拼装装侧板，难难度大，焊焊接工作作量大；（3）下下沉工艺艺复杂，工工期长。 单壁结构侧板材料用用量833.711吨，底底板材料料用量330.335吨，内内支撑材材料用量量28.76吨吨，合计计1422.822吨。（1）节省省材料，加加工方便便，加工工质量易易控制；（2）装装、拆方方便，可可兼做承承台施工工模板；（3）承承台施工工完毕，拆拆

4、除侧板板又可作作为施工工模板；（4）下下沉工艺艺简单、节节省时间间；（55）在钻钻孔平台台上拼装装侧板，焊焊接工作作量小，拼拼装容易易。（1）侧板板刚度小小，内支支撑材料料用量多多；（22）下沉沉时需用用大型起起吊设备备。2 设计条条件（1）水文文条件根据富阳市市水利局局提供的的水文资资料并结合吊吊箱施工工时间，确确定钢吊吊箱设计计抽水水水位为7.5500mm，水流流速取为为1.00m/ss。（2）工况况条件设计受力状状态主要要按以下下几个工工况进行行分析：拼装下沉沉阶段；封底混凝凝土施工工阶段；抽水后、承承台施工工阶段。（3）结构构设计条条件综合各工况况条件、水水文条件件确定钢钢吊箱结结构设

5、计计条件：围堰平面内内净尺寸寸：144.200m14.20mm (考考虑到吊吊箱围堰堰侧板兼兼做承台台模板，所所以与承承台平面面尺寸相相同)；侧板顶顶面设计计标高：7.5500mm；底板板顶面设设计标高高：-22.5000m；内支承承标高：4.5500mm和7.0000mm；设计计抽水水水位：77.5000m。3 结构简简介（如如图1、图图2）图1 钢钢吊箱整整体结构构立面图图 图2 钢吊吊箱整体体结构平平面图根据钢吊箱箱使用功功能，将将其分为为底板、侧侧板、内内支撑、吊吊挂系统统四大部部分。（1）底板板吊箱底板由由底模托托梁和底底模组成成，纵横横边梁各各设2道道，每道道由通长长2440a型型

6、钢组成成，纵横横中梁各各设4道道，每道道由通长长单根II40aa型钢组组成。纵纵、横梁梁之间的的斜撑为为2222a型型钢（吊吊杆梁处处为240aa型钢），纵纵梁之间间和横梁梁之间分分别设置置1000808角钢钢加劲肋肋。顶板板为=8mmm钢板。吊吊箱分块块的作用用：是为为了在承承台施工工完毕后后，方便便吊箱的的拆除，以以减少材材料的损损耗，降降低成本本。（2）侧板板侧板由型钢钢、角铁铁及钢板板焊接而而成。侧侧板分为为上、下下两层。分块的的原则主主要是为为了便于于加工和和运输，避避免产生生超标变变形，所所以分块块较小。轧制工字钢、槽钢的焊接拼装，采用拼接连接板，并按被拼接的工字钢、槽钢截面面积的

7、等强度条件来确定。根据螺栓的受力计算，结合螺栓的规距要求，底板与侧板及侧板与侧板的连接都采用20mm的普通螺栓1。（3）吊箱箱内支撑撑内支撑由内内圈梁、水水平斜撑撑杆二部部分组成成。设上上下两层层。 （4）吊吊箱吊挂挂系统： 吊挂系系统由纵纵、横梁梁、吊杆杆及钢护护筒组成成。横梁梁共计33排，设设在钢护护筒顶，每每排由两两片贝雷雷梁组成成。纵梁梁设置在在贝雷梁梁上，共共6排，由由2I556型钢钢组成。吊吊杆是由由32mmm精扎扎螺纹粗粗钢筋及及与之配配套的连连接器、螺螺帽组成成。4 设计计计算（1）荷载载取值由铁路桥桥涵设计计规范 2荷载组合V考虑钢吊箱围堰设计荷载组合。水平荷载Hj与与竖直荷

8、荷载Gj分分别见式式1、式式2。Hj静静水压力力+流水水压力+风力+其他（11）Gj吊吊箱自重重+封底底混凝土土重+浮浮力+其其他（22）其中：单位位面积上上的静水水压力按按10kkN/计，水水压随高高度按线线性分布布；流水压力PP=0.8Av2/(2gg) 3风速很小，在在此可忽忽略；封底混凝土土容重;=255.0kkN/mm3；水的浮力:=100kN/m3；封底混凝土土与护筒筒之间的的摩阻力力取经验验值1000KNN/m22（2）计算算内容综合工况条条件分析析和计算算内容，对对钢吊箱箱各部分分取最不不利受力力工况进进行计算算。底板受力力以竖向向荷载为为主，其其最不利利工况为为底板混混凝土封

9、封底浇注注阶段，此此时荷载载组合为为混凝土土自重+吊箱自自重+浮浮力，并并要对吊吊箱入水水时底板板受力情情况进行行复算。吊吊箱吊挂挂系统与与底板一一起进行行验算。侧板以承承受水平平荷载为为主，其其最不利利受力工工况为抽抽水阶段段（最高高水位时时），侧侧板计算算包括竖竖肋、水水平加劲劲肋、面面板、竖竖肋拼接接处及焊焊接的内内力、变变形及应应力计算算。另外外，对吊吊箱逐层层入水及及承台施施工（最最低水位位时）等等阶段侧侧板受力力情况进进行复算算。内支支撑系统统与侧板板计算相相关，在在侧板验验算的同同时完成成验算。吊箱拼装装下沉阶阶段主要要与吊箱箱自重有有关，以以两层拼拼装完成成下沉时时为最不不利进

10、行行计算控控制，并并据此计计算结果果设计吊吊点、吊吊带。抗浮计算算分两个个阶段：第一阶阶段是吊吊箱内抽抽完水后后灌筑承承台混凝凝土前，吊吊箱自重重+封底底混凝土土自重+粘结力力浮力力（最高高施工水水位时）；第二阶阶段是浇浇筑完承承台且混混凝土初初凝前。吊吊箱自重重+承台台混凝土土重+封封底混凝凝土自重重粘结结力+浮浮力（最最底施工工水位时时）封底混凝凝土计算算：一是是验算封封底混凝凝土周边边悬臂时时的拉应应力和剪剪应力，以以及中间间封底混混凝土的的拉应力力和剪应应力，二二是验算算封底混混凝土各各种工况况下要满满足施工工条件：抵抗钢钢吊箱封封底后向向上的水水压力；依靠其其自身重重力抵抗抗钢吊箱箱

11、内抽干干水后所所受到的的浮力；浇筑完完承台且且混凝土土初凝前前利用封封底混凝凝土与护护筒之间间的摩阻阻力作为为平衡重重的主体体。三、单壁钢钢吊箱的的施工1 钢吊箱箱的加工工为保证钢吊吊箱加工工质量，钢钢吊箱模模板应在在工地车车间的胎胎架上以以平卧的的形式制制造，并并且在组组装后翻翻身，尽尽量避免免立焊或或仰焊。对对于易变变形模板板制作时时，模板板上方可可予以配配重加压压及加设设定位卡卡来控制制其变形形，焊接接时采取取先断焊焊后补焊焊的施工工工艺，以以减少模模板的累累积焊接接变形。2 吊箱拼拼装及下下沉（见见图3）（1）底板板组装：吊箱试试拼合格格后，在在每个护护筒处分分别以钢钢护筒顶顶部圆心心

12、A、钢钢护筒在在钢吊箱箱底标高高处的圆圆心B、设设计中心心O为圆圆心，按按比钢护护筒半径径大出110cmm的半径径画圆，以以这三个个圆的外外包络线线切割开开挖孔洞洞。孔洞洞开好后后，将吊吊箱运输输至平台台位置，利利用800t浮吊吊就位，先先将其中中一块套套入护筒筒沉放至至水面以以上1mm左右，用用4只55t倒链链吊在护护筒上，然然后再沉沉放另一一块至同同一位置置，用44只5tt倒链吊吊在护筒筒上，再再连接成成整体，迅迅速安装装支吊系系统，吊吊杆外周周设48mmm钢管管作套管管，作用用是防止止浇混凝凝土时吊吊杆与混混凝土粘粘结成整整体，造造成钢吊吊箱底板板拆除困困难。（2）侧板板安装：钢吊箱箱侧

13、板吊吊装时为为减小起起吊高度度及防止止变形过过大，采采用扁担担梁四点点起吊。先先安装下下节侧板板，待下下节侧板板下沉到到便于上上节侧板板安装的的位置后后，安装装上节侧侧板。在在用螺栓栓将钢吊吊箱侧板板和底板板固定时时，螺栓栓要从下下往上穿穿，以利利于日后后潜水员员水下拆拆除。安安装侧板板的关键键是确保保侧板的的密封性性，底板板与侧板板及侧板板与侧板板的拼缝缝间设置置10mmm厚橡胶止止水带，止止水带长长度不够够需接长长时，应应采取生生胶接长长，以防防在止水水带接头头处渗水水。止水水带应事事先作止止水试验验，合格格后才能能使用4。（3）内支支撑：内内圈梁直直接焊在在上下层层的侧板板上，内内圈梁焊

14、焊接时要要用千斤斤顶配合合反力架架使图3 钢钢吊箱拼拼装实图图圈梁调直并并与侧板板密贴，内内圈梁四四个角要要焊接固固定。 （4）吊吊箱下沉沉：钢吊吊箱下沉沉采用四四台1000吨液液压穿心心千斤顶顶与双肢肢I566型钢组组成活动动扁担梁梁式提放放装置，用用精轧螺螺纹螺帽帽来调整整各吊点点高程，下下沉时使使各沉放放点速度度同步，以以确保套套图3 钢钢吊箱拼拼装实图图箱下沉的平平稳安全全，避免免扭曲变变形。3 吊箱定定位与堵堵漏由于在围堰堰侧板设设有导向向定位装装置（该该装置是是根据护护筒的实实际偏位位设计的的），因因此，吊吊箱下沉沉到位后后其平面面位置偏偏差均在在施工规规范允许许误差范范围以内内。

15、用钢钢楔将导导向与护护筒之间间的间隙隙抄死，用用角钢把把围堰顶顶口与钢钢护筒焊焊牢，确确保吊箱箱围堰在在后续的的水封施施工中不不得有平平面位移移。采用用上下两两层定位位固定，确确保吊箱箱围堰在在施工中中没有平平面位移移及翻转转现象。然后用两台千斤顶从上下游两端对称地逐一对36根吊杆进行调整，使其受力均匀（施工中严禁使精扎螺纹筋导电）。护筒开口封封堵板用用橡胶皮皮带，将将橡胶皮皮带分条条用螺栓栓固定在在圆形压压板上。利利用橡胶胶皮带的的刚度包包紧护筒筒以达到到封堵的的目的。封封堵板的的设置详详见图4。 图4 钢吊箱箱封板立立面图压板周围要要设限位位装置，以以使能在在平面位位置做适适当的滑滑动，以

16、以满足护护筒适量量偏位的的需要，套套箱下沉沉到位并并精确定定位后，由由潜水员员下水检检查，以以确保封封堵效果果。4 灌注封封底混凝凝土封底混凝土土灌注主主要难点点是水下下混凝土土灌注面面积大、水位深，混凝土随时可能被水冲刷稀释,水位不稳定。为了保证混凝土质量，在施工中采取了以下几点措施：（1）根据据计算的的首批混凝土土方量，加加工储料料斗，按按水下混混凝土灌灌注方法法进行封封底施工工，封底用用泵送混混凝土对对角线四四点快速速同时灌注注。首批批混凝土土浇注的的浇注量量是大体体积水下下混凝土土施工成成败的关关键，其其单管计计算见公公式35。 V=h（d2/4）+（Hcc/3）（D2/4）（33）D

17、混凝土土扩散直直径；HHc首批混混凝土工工作堆的的高度；h导管内内混凝土土顶面至至工作堆堆混凝土土顶的高高度，而而h=HHwww/c；HHw封底区区水深（底底为钢吊吊箱底板板）；ww水的容容重；c混凝土土的容重重。（2）水封封时潜水水员逐一一对每根根护筒四四周进行行检查，以以确保封封底时吊吊箱底板板不漏混混凝土。（3）吊箱箱下沉前前，用自自制的圆圆筒形钢钢丝刷清清除封底底混凝土土高度范范围护筒筒表面氧氧化层及及附着物物，确保保封底混混凝土与与钢护筒筒间粘结结力。（4）为了了防止封封底时吊吊箱内水水位高于于箱外水水位，可可预先在在吊箱上上节侧板板（箱外外水位处处）开孔孔，封底底时排出出箱内封封底

18、混凝凝土置换换出的水水量。5 承台施施工封底混凝土土达到一一定强度度后，即即可按照照常规施施工方法法进行承承台施工工。在浇浇注承台台混凝土土时，根根据公路路桥涵施施工技术术规范的的规定，当当渗入水水上升速速度较小小（参考考值小于于6mmm/miin）时时，可采采用在空空气中灌灌注混凝凝土6。钢吊吊箱进行行混凝土土封底时时，在吊吊箱底板板设置集集水井，在在浇注承承台混凝凝土时，用用自吸泵泵将水排排出，但但在开始始灌注时时，底面面水深不不宜超过过5cmm，且混混凝土初初期灌注注的速度度应尽可可能加快快，以使使混凝土土底板和和侧板的的压力尽尽快的大大于渗水水压力，从从而阻止止水渗入入。承台台施工完完后，利利用潜水水员拆除除水下连连接螺栓栓，先侧侧模后底底模，在在潜水工工配合之之下，利利用浮吊吊依次拆拆除。四、结语及及体会富春江特大大桥承台台在施工工完毕，经经检测其其成品质质量，承承台平面面偏位、平平整度、几几何尺寸寸等技术术指标均均满足设设计与规规范要求求，说明明单壁钢吊吊箱施工工是成功功的。设设计钢吊吊箱的关关键是选选取支撑撑方式，模拟各工矿受力要准确，对其各部分取最不利情况进行计算。由于此处单壁钢吊箱兼做承台施工的外模，所以单壁钢吊箱的定位至关重要。钢吊箱在护筒处的堵漏还可采取由潜水员水下围蛇形砂袋的方法。混凝土封底布料要注意以下几点：吊箱与护筒之间的夹角的布料，确保封