鼓山大桥2#墩承台钢吊箱围堰的结构设计与施工

王恩

中图分类号：TU74

摘要：就鼓山大桥2#墩深水高桩承台施工用钢吊箱围堰的结构设计与施工方法进行论述，介绍相应的施工特点。

关键词：，承台，钢吊箱围堰、结构、施工

引言

目前，深水结构物的基础施工方式主要有钢围堰、钢吊箱围堰等。其中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燥施工环境。同钢围堰比较具有施工工期短、水流阻力小、利于通航、不需要沉入河床、施工难度小、混凝土用量少等特点，因而在大跨深水大型桥梁中得到广泛的应用。

福州市鼓山大桥及接线工程位于福州市东区，为连接城市二环和三环的市内快速通道。工程主线全长4.811866km。其中鼓山大桥长1520m，跨越闽江，是全线的重要控制性工程。鼓山大桥主桥为独塔自锚式悬索结构，跨度：50+150+235+35=470m。2#墩为水中墩，承台设计为独立式，承台尺寸为16.4m×16.4m×5m，承台底标高为+0.00m,承台顶标高为+5.00m，为矩形高桩承台。吊箱围堰由带喇叭口的底板、侧板、内支撑桁架组成、拼装平台、临时吊挂结构、护筒导向等部分组成，包括四周封堵砼总重124.7t。

由于2#墩位于闽江中，受地表径流、潮汐潮流共同作用，水流速度快，潮位变化大，水文条件复杂。综合考虑经济、施工条件、通航、工期影响，决定采用钢吊箱围堰工艺施工水中承台。

一、吊箱围堰的结构设计计算

钢吊箱围堰结构组要由侧板、底板、内支撑、吊挂系统这四大部分组成，其中侧板、底板为主要阻水结构。底板主要受竖向力。本桥由于位于感潮段，最不利受力工况为在最低水位时封底混凝土浇注阶段，此时其所受荷载有：封底混凝土自重、钢吊箱围堰自重和浮力。由此可进行底板的各项计算。侧板主要承受水平荷载，荷载取值可按《公路桥涵设计通用规范》中荷载组合取用：

∑Hi=净水压力+流水压力+风力+其他

本桥2#墩承台风力可以忽略不记，只要考虑净水压力和流水压力。其中，单位面积的净水压力按10kN/m2计，水压随高度按线性分布；流水压力按基础断面设计流速取值；侧板最不利受力工况为围堰内封底后抽干水，承台施工前的阶段，取此工况受力荷载组合，以内支撑、底板为侧板的支座进行计算进而验算包括侧板面板、横向、竖向主肋、加劲肋、连接螺栓、焊缝等结构的内力、变形及应力计算。

本设计计算书为2#墩承台吊箱围堰施工提供受力模型，验算吊箱围堰在各种工况下，其底板、内支撑桁架、侧板的面板及肋强度是否符合施工使用要求，确保吊箱围堰的底板、内支撑行架、侧板有足够的刚度、和强度及稳定性，在一定经济合理的前提下，使承台施工得以顺利进行。

1、基本数据

吊箱整体尺寸:16.4×16.4×6.0m ，吊箱顶标高：+5.5m，吊箱底标高：-0.50，吊箱面板厚：δ=6mm。底模作为一个整体布设面板，面板被肋分成区格500×300。

1）底板肋：

大肋：工C45 A=140.45cm2W=157cm3 I=35300cm4

［C32 A=61.3cmW=537.7 cm I=8602.9cm

［b14 A=21.31cmW=87.06cm I=609.4cm

小肋：∠63 ×5 A=6.14cmW=5.08cm I=23.17cm

2）侧模分顺桥向和横桥向：

顺桥向的整体尺寸为16.4m×6.00m；

横桥向的整体尺寸为16.4.4m×6.00m；

侧板竖肋：∠100 ×10 A=19.26 cmW=63.29 cmI=179.51 cm

横肋：[ A=45.62cmW=365.6 cm I=5118.4cm

2、荷载计算

1）荷载分类

吊箱围堰主要受到水的浮力，水的侧压力，浇注混凝土时产生的侧压力等荷载作用。

① 砼灌注时产生的荷载

砼供应量V=75m /h，则砼浇注速度υ=75÷（16.4× 16.4）=0.28m/h

查《公路桥涵施工技术规范》

侧压力 ；

γ—砼的容重，γ=24KN/m ；

t —新浇砼的初凝时间，这里取；

—外加剂影响修正系数，掺外加剂时为1.2；

—坍落度影响修正系数，当其为110~150mm时，取1.15。

则P =0.22×24×10×1.2×1.15×0.28 =38.6Kpa

自《公路桥涵施工技术规范》P 附表D，可以查到砼对底板所产生的水平荷载值很小，且底板尺寸很大，对底板的受力没有什么影响，故由此产生的冲击荷载可以忽略。

②水压计算时偏安全考虑，水位以施工常水位计。则底板的浮力为57KN/m ，侧板的水侧压力为10hKN/m 。

③砼的自重

承台浇注后，自重P=26×5=130KN/m

2） 各工况荷载分析

①工况1，吊箱抽水后，水位为最高潮水位时，吊箱底所受的向上的浮力为P=5.7×10=57KN/m ，侧板最大水压P=57KN/m 。

②工况2，吊箱封0.5m砼后，最高水位时底板受力P=（57-0.5×24）=45KN/m

③工况3，在最低水位+2.0时浇注承台砼，底板受力（5.0×26+0.5×24-2.5×10）=117KN/m ，方向与浮力相反。侧板受水压力和砼的侧压力控制，具体计算时再做分析。

④工况4，最高水位+5.2时浇注承台砼，底板受力（5.0×26-57+0.5×24）=85KN/m方向与浮力相反。

为方便加工和运输，侧板一般可在高度上和平面上分成多块组装而成，各分块之间可由侧板的横、竖肋及面板焊连，也可由螺栓直接连接。采用焊连结构时，焊后须做煤油渗透试验以检测焊缝的漏水情况；采用螺栓连接时，则在各分块之间加填高弹海绵或橡胶垫，用螺栓连接。本桥吊箱采用螺栓连接。内支撑一般由型钢组成的框梁和支撑柱或万能杆件支撑构架组成，本桥采用前者。其主要作用是减少围堰侧板的受力计算跨度，在围堰侧板计算时可得到内支撑所受荷载，进而可计算各项验算。吊挂系统主要受竖向荷载，最不利荷载工况为最低潮水位时，其主要受力来源于吊箱的自重。

封底混凝土作用主要止水结构之一，同时又做承台底模，其与钻孔桩钢护筒之间有足够的粘结力。本桥采用干封，即先封喇叭口，然后抽干吊箱内的水，再灌注封底混凝土。封底混凝土的作用不仅在于阻水，其与钢护筒之间的粘结力还可抵消一部分浮力。在吊箱上、下游侧侧板适当位置各安装一个φ150㎜的阀门（+2.0），以便喇叭口封堵后，使吊箱内、外水位保持平衡。

2 钢吊箱围堰的施工

2.1施工前的准本工作

收集桥址水文资料，实测涨潮落潮水位变化情况，并分析比较，了解台风情况，及时收听台风预报。实测河床标高，对影响吊箱安装的局部河床或其他障碍物及时清除，实测桩基钢护筒实际位置，并准备绘图。配备起吊装置（一般使用浮吊，本桥采用龙门吊，这样大大的节约了吊装成本）、船只及起吊工具等，拆除原有工作平台。

钢吊箱围堰加工及拼装