长江隧桥工程高桩承台混凝土底板钢吊箱施工

向 科

(中铁二十四局集团有限公司，上海 200070)

1 工程概况

长江隧桥B1标段位于长兴岛北侧，其中水中墩共28座，各墩均设左右两幅承台。承台尺寸11.7 m×7.8 m×2.5 m，承台顶高程 +4.0 m，承台底高程 +1.5 m，均为高桩承台。基础采用4根φ1.8 m钻孔灌注桩，桩长77～87 m，见图1。墩身位置处水深4～12 m，河床变化非常明显，涨潮和退潮时流水压力作用显著。工程地处长江口，为中等强度潮汐河口。长江口季节性台风主要分布在8月和9月的施工旺季。

图1 典型桩基础布置图(单位:cm)

施工中针对滩海环境下高桩承台的特点，并根据施工难度大、环境复杂、工期紧张等施工特点，在充分借鉴国内外施工经验的基础上，首次设计和应用了混凝土底板钢侧板组合吊箱围堰，在确保安全和质量的前提下，大大节约了施工成本、缩短了施工周期，在高桩承台的施工技术上取得了突破。

2 混凝土底板钢吊箱围堰特点及组成

与钢结构底板钢吊箱、双壁钢围堰和大型钢套箱等相比，混凝土底板钢吊箱具有以下特点:①混凝土底板加工简便，造价低;无需回收，无需水下作业。②现场加工方便，总重量小，易于吊装移位;结构简洁，施工周期短。③充分利用了钻孔桩的4个钢护筒，便于设置吊挂系统;④不需船舶，节省航道审批时间和船舶租赁费用。

围堰主要由混凝土底板(封底混凝土)、钢吊箱壁板及内支撑、吊挂系统(下沉系统)4部分组成，如图2所示。壁板和底板是围堰的主要阻水结构并兼作承台模板。为了浇筑混凝土底板，在其下安装预制混凝土板作为钢吊箱底篮，底篮支撑在钢护筒上的临时牛腿上。

2.1 钢吊箱壁板及内支撑

钢吊箱由壁板、面板竖向背肋、面板横向背肋、水平环向型钢、内支撑等结构物组成。

1)钢吊箱主尺寸。考虑施工10 cm的误差，钢吊箱平面尺寸取1 288.6 cm×849.2 cm，壁厚0.246 m。钢吊箱总高3.7 m，钢吊箱顶高程为 +4.5 m，钢吊箱底高程为+0.8 m。

2)钢吊箱结构布置。钢吊箱平面每节划分为6块，竖向共一节，共6块，最大块质量2.66 t，平均质量为2.62 t。壁板厚δ=6 mm的钢板。

图2 钢吊箱围堰设计图(单位:cm)

3)钢吊箱壁板。单壁结构壁板经计算确定面板采用6 mm钢板。面板竖向背肋:根据钢围堰所受荷载大小，使用型钢［8，平面数量不等，竖向背肋标准间距为40 cm。面板横向背肋根据钢围堰所受荷载大小，使用厚8 mm的钢板，平面数量不等，横向背肋标准间距为50 cm。

4)水平环向型钢。水平环向型钢是钢吊箱主要承重部位，采用［16a型钢，主要承受壁板传递的荷载，通过内支撑达到钢围堰受力平衡，水平环向型钢沿竖向布置间距为 30.0、100.0、100.0、122.5、175.0 cm。

5)内支撑。内支撑为 φ273×8 mm的钢管，按受力及施工空间要求设为1层，高程为+4.325 m，交叉形布置。内支撑对应的位置采用钢板进行受力分配。

2.2 钢吊箱底篮

钢吊箱底篮采用预制混凝土板，厚度d=30 cm。采用“底包侧”的方案，底板各边比吊箱各边大11.4 cm。底篮共分为4块，分缝处包［30a槽钢，中间预留φ2.2 m圆孔穿过钻孔桩钢护筒。拼装到位后，再将接缝处的型钢用钢板满焊使其成为整体。外边缘设置预埋铁件与钢吊箱壁板焊接。如图3所示。

2.3 吊挂系统

图3 底篮设计图(单位:cm)

考虑施工方便，钢吊箱下沉采用10 t手拉葫芦进行，要求手拉葫芦垂直受力。吊点用 φ32制作，设在底篮预制混凝土板上。吊点共16个，每块设置4个吊点，手拉葫芦安装在护筒上的型钢上。底篮带着吊箱下沉，吊箱自重(157.3 kN)+底篮自重(570 kN)=727.3 kN，每个吊点受力45.5 kN<100 kN，满足要求。孔口周边及吊点处用钢筋网片进行加强。

2.4 混凝土底板

考虑围堰内抽完水时，底板在吊箱内外水头差产生的浮托力作用下不被顶裂，以及吊箱与封底混凝土自重之和大于浮力(避免上浮)，并考虑一定安全系数，确定封底混凝土采用C20混凝土，厚度为70 cm。

3 吊箱制作与拼装

围堰施工步骤如图4所示。首先在陆上进行预制和试拼。然后钻孔桩钢护筒上焊接牛腿，搭设临时拼装平台。再利用临时拼装平台吊装和组拼预制好的混凝土底篮和钢箱，并安装内支撑及吊挂系统。系统安装完成之后，割除临时牛腿，吊箱在自重作用下下沉。下沉到位后，浇筑封底混凝土。待封底混凝土达到强度后，抽除围堰内积水，进行承台施工。承台施工完毕后，拆除钢吊箱，进行墩身施工。

3.1 钢吊箱加工与试拼

分块加工钢吊箱壁板，按有关规范、工艺要求编写钢板与钢板间、钢板与型钢间及型钢与型钢间焊接工艺和施焊原则，以防止焊接变形过大使局部或整体尺寸超出图纸允许误差要求。钢吊箱壁板上的所有焊缝使用煤油100%检查有无漏焊孔洞。钢吊箱加工完成，进行钢吊箱陆地试拼。

3.2 钢吊箱底篮加工

底篮在陆上进行整体预制，预制时将整个混凝土底模对称分成四块，根据设计尺寸先安装混凝土底模钢筋，每块根据钢护筒位置设置预留孔以及进行吊环等预埋件安装，如图5所示。模板检查合格后灌注混凝土，并及时做好各分块的标识。混凝土达到设计强度90%时，用平板车将其运至现场栈桥平台上。

图4 围堰施工步骤

图5 钢吊箱底篮整体预制

3.3 安装钢吊箱底篮

首先在常水位以上的钢护筒上焊接牛腿，作为临时支撑。临时牛腿采用δ=10 mm钢板加工成梯形，沿钢护筒圆周方向布置4组，每组由3块梯形钢板组成。为方便施工，采用倒挂牛腿的形式，安装时必须保证4组牛腿顶面在同一水平面上。

混凝土底篮运至现场后，利用50 t履带吊起吊、安装。安装时利用钢护筒作为导向系统，将其安放在钢护筒的临时支撑上，用钢筋焊接固定，然后根据桩中心位置调整每块混凝土底模的中心位置。采用同样的工艺安装另一块混凝土底模，当4块都安装完毕后，根据承台中心位置精确调整混凝土底模的中心位置，确保两者在误差允许范围内。

3.4 拼装钢吊箱壁板

首先在钢护筒上焊接支撑牛腿，牛腿顶面高程为+0.5 m，作为钢吊箱下沉到位的临时施工平台支撑。牛腿构造同临时牛腿。

将陆地试拼平台上的分块钢吊箱按编号顺序运输至栈桥上，采用50 t履带吊机进行拼接吊装，50 t履带吊机采用H30型钢作为行走轨道，随吊装顺序移动而移动。水平移位至组拼平台放样位置，下放至平台上后调整垂直度，并用型钢将该块钢吊箱固定在导向架和护筒上。各块位置固定后将各块间焊接。钢吊箱全部分块拼完合龙，重新调整位置符合设计要求后，方可进行焊接，即焊接相邻分块竖向拼接缝(挂梯焊接或用单人吊篮)，将整条竖缝焊接完毕后，再在其上贴0.6 cm×10.0 cm的钢板带并进行两条焊缝的焊接，焊缝的厚度要求必须满足设计图纸的要求。

3.5 吊挂系统和沉放系统

吊挂系统设于既有钻孔桩的钢护筒上，可充分利用永久结构，方便承台施工。钢吊箱主承重梁为双拼I25a工字钢，沿桥横向护筒上平行布置2条，单根主梁长11.5 m，主梁在钢护筒两侧对称预留2个φ40 mm吊杆穿孔，穿孔间距为2.4 m。主梁吊挂采用φ32 mm精轧螺纹钢筋，扁担梁采用双拼I25a工字钢，如图6所示。

图6 钢吊箱吊挂与沉放系统

在施工过程中采用8根6 m长的φ32精轧螺纹钢、扁担梁以及8个32 t螺旋千斤顶作为整个钢吊箱的下沉系统。钢吊箱的下沉系统采用钢护筒搭设扁担梁吊装钢吊箱。

4 吊箱沉放

4.1 利用低潮位沉放钢吊箱

由于钢吊箱结构本身比较轻，下落到位前抗浮性能和抗风浪的平衡性能较差，所以对下放时间要求较高。为最大限度降低施工难度并减小结构受力，选择在低潮位进行钢吊箱沉放。长兴岛北岸处于长江口，属于非正规半日潮，在无大风浪的情况下实际潮位比潮汐表所示潮位晚0.5 h，且其落潮比涨潮速度要慢得多。为准确掌握潮位变化情况，利用原有栈桥钢管桩对潮位进行观测，咨询了当地居民并结合《2007年上海潮汐表》确定最低潮位前1 h与后0.5 h为最佳施工时间，即 7∶00 ～8∶30 和 19∶00 ～20∶30，参见图 7。

图7 实测潮位表

4.2 钢吊箱的下沉及精度控制

由于本工程设计的钢吊箱为单壁结构，既充当下沉结构载体又作为承台施工钢模，因而钢吊箱的轴线准确性直接影响后期承台的轴线位置。沉放钢吊箱时，先利用吊挂系统均匀上提围堰10 cm，割除临时牛腿并拆除底平台，然后下沉直至钢吊箱设计高程处。在下沉过程中每2个千斤顶为一组，操作人员也每两人一组。在下沉过程中，设专人指挥，统一指令，确保同步下沉。实际施工过程中，钢吊箱的轴线偏差控制在10 mm以内。以PM22～PM25为例，轴线理论与实测数值偏差对比见表1。

表1 轴线理论与实测数值偏差对比表

5 封底混凝土浇筑控制措施

钢吊箱下沉到位后，首先用土工布封堵护筒和混凝土底板之间的缝隙，选择当日的最低潮位时浇筑混凝土，浇筑时采取了以下控制措施。

5.1 设置泄压平衡阀

根据混凝土承压不承“冲”(底板从下至上的负水压对混凝土是一个致命的冲击)的特点及箱体稳定的需要，在承台底高程上20 cm处设平衡阀。尽量安排潮位在平衡阀门以下时进行封底，如潮位增势过猛，可及时开启该平衡阀，让围堰外江水缓慢流入，平衡内外水差，保证混凝土上下压力平衡，确保封底成功。在承台混凝土浇筑前，如遇较大的风浪，可以开启平衡阀，使江水流入钢吊箱围堰内，平衡内外水压，以减轻波浪对钢吊箱的冲击力，并减小钢模板变形。

5.2 临时加固措施

在钢吊箱拼装过程中，加设临时加固钢筋。每块模板利用2根φ16钢筋与钢护筒相连接，减少拼装过程中可能引起的结构变形，保证模板与底板良好的接触。在钢吊箱下沉到位时，在钢吊箱顶部纵向中心轴线处加设双拼I20工字钢，并在封底混凝土范围内加设两对对拉钢筋，将顺桥向两块钢模板对拉，有效控制浇注混凝土过程中混凝土对侧向模板的压力，减小了模板的变形程度，增强了钢模板与封底混凝土的密接性能。

6 结语

本次高桩承台的围堰方案充分考虑了施工环境的复杂性及承台结构的特点，首次采用了混凝土底板单壁钢吊箱围堰方案，该方案具有成本低、速度快和风险低的显著特点。通过有效的控制措施、有效利用低潮位和合理的施工组织，钢吊箱的制作和施工效率高、质量好且施工精度高。该方案不仅在我标段获得成功应用，而且在全桥同类承台上普遍推广运用，为桥梁深水高桩承台施工积累了宝贵经验。

［1］刘自明.桥梁深水基础［M］.北京:人民交通出版社，2003.

［2］范立础.桥梁工程［M］.北京:人民交通出版社，1993.

［3］陈宁贤，吕贤良.大型钢吊箱围堰的带荷载提升和下放施工技术［J］.铁道建筑，2007(1):4-6.

［4］庞建军，肖建平.高桩承台钢吊箱围堰施工工艺［J］.铁道建筑，2006(5):27-30.

［5］程海琴，兰其平，邓少峰.天兴洲大桥双壁钢吊箱围堰定位精度的分析与测量控制［J］.铁道建筑，2008(10):12-15.