高速公路桥梁承台施工及钢吊箱设计

何 杨

（新疆新纪元公路设计有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830000）

引言

钢吊箱适用于深水基础的高桩承台施工，应用此方法时施工单位应做好现场勘查，掌握地质条件、水文特点，然后根据桥梁建设要求，进行钢吊箱的设计。根据设计方案现场拼装钢吊箱，然后下沉、封底，并依次完成承台、墩身的施工任务[1-2]。钢吊箱设计与制作质量，以及墩身、承台施工质量，就成为路桥工程中施工单位的重点管控内容。

1 高速公路桥梁承台施工技术

1.1 主墩承台施工技术

在主墩承台施工前，先将钻孔平台拆除，然后安装吊箱底板，并进行固定，现场制作钢吊箱的悬吊装置。钢吊箱采用提前预制的方式，在制造厂完成制作后，通过汽车运输到施工现场，使用悬吊装置分别连接钢吊箱的四个顶角，吊起后移动到指定位置，在定位系统的辅助下，下沉并准确放置到相应的位置。在钢吊箱安装过程中，现场制备混凝土，保证配比合适且充分拌匀，在钢吊箱沉底后迅速浇筑混凝土，完成封底。在混凝土硬化之后，开始抽水，待内部积水全部抽干排净后，开始安装承台钢筋。钢筋相接部位一律采用焊接，同时预埋冷却循环水管，采用钢丝绑扎的方式固定在钢筋上，塔柱施工的预埋件也要在这一环节提前安装。承台钢筋工程结束后，开始浇筑承台混凝土，充分振捣后进入养护期，在前14 d 通入冷却循环水，使内部热量及时消散，养护结束后完成主墩承台施工。

1.2 薄壁钢吊箱结构布置

通过受力分析可知，钢吊箱要承受水的压力、土的压力以及混凝土的压力，为提高其抗压能力，防止出现变形问题，施工中选择矩形双层薄壁钢吊箱。其中，双壁钢板的总厚度为1.2 m，采用桁架结构见图1。

图1 矩形双层薄壁钢吊箱

钢吊箱内部，沿着与桥面平行的方向，设计有上、中、下三道支撑，均采用Φ160 mm 的钢管，提高内部支撑力。底板方面，为提高防水效果，采用“底包侧”设计方式，底板的长度和宽度均比钢吊箱的平面尺寸超过15 cm。除此之外，在顶部四个角上设计了4个用于吊装的吊点，并重点进行加固。设计临时承重吊杆，当钢吊箱完成下沉后，将由吊杆来分担一部分重力。

1.3 套箱制作

施工企业将钢吊箱的设计方案交给加工厂，采用预制的方式进行钢吊箱各个组成构件的制作，然后使用汽车将这些构件运输到施工现场。（1）构件装车前，要在汽车上放置木架或钢架，并进行固定，防止构件在运输途中因为颠簸、碰撞而出现变形等问题。（2）运输到施工现场后，检查构件有无质量缺陷，确认没有问题后分层焊接，拼装成整体。构件焊接水平将会对钢吊箱的拼装精度和使用效果产生直接影响，也是需要重点管理的内容。焊接前，参考钢吊箱的设计方案，将每一块构件进行编号，并依次进行摆放,见图2，然后按照顺序依次完成焊接。（3）检查焊接质量，如果有未焊透的地方，或者是残留焊渣等情况，要进行相应的处理，保证焊接质量。

图2 钢吊箱分块布置

1.4 薄壁钢吊箱的拼装下沉

完成分块焊接且经过检查焊接质量过关后，开始进行钢吊箱的整体拼装。（1）安装底板。测量护筒高度，要求最大高度差不超过5 mm，然后在护筒的上端焊接牛腿。使用吊升装置将准备好的底板吊起，放置到护筒上，将护筒与底板相接部位进行焊接。（2）拼装吊箱。参考施工图纸，在底板上画出定位基线，并由技术人员进行复核，确认无误后安装内支撑。钢吊箱内部支撑所用材料见表1。（3）下放钢吊箱。现场吊装系统的主要部分是一台40 t千斤顶，将吊装系统的钢索连接到钢吊箱的吊点上。检查固定牢固后，将其吊起。吊升时先低速后匀速，达到一定高度后进行平移。平移到指定位置后，开始匀速下降，在接近底板时减速。利用底板上的辅助定位装置，让钢吊箱精准度放置在底板上。

表1 向内支撑用料

1.5 套箱封底施工技术

钢吊箱封底施工时会使用到大量的混凝土。为了方便混凝土浇筑，需要提前布置导管。除了根据施工方案确定导管的直径、长度等基本参数外，还要检查导管的质量，包括有无弯曲、变形等，以及进行导管的水密试验、压力试验等。确定符合封底施工要求后，参考设计方案进行测点及导管的布置，见图3。

图3 导管及测点的布置

将现场制备好的混凝土装入泵机中，沿着导管完成封底浇筑。利用提前布置好的测点，地面施工人员可以随时掌握混凝土的浇筑情况。（1）第一次浇筑至标高后，自然静置约30 min，此时导管内的混凝土完成初凝，高度会有一定程度的下降。（2）第二次浇筑。在实际浇筑时，可以适当增加封底混凝土的厚度，超出设计值5 ～10 cm。如果因为混凝土质量问题或施工技术问题导致表面出现软弱层，可以用铁铲刮去，从而保证浇筑质量。

1.6 承台施工技术

（1）做好施工前的准备工作。封底混凝土浇筑完成后，养护一段时间后，测量其强度。通常来说实际强度达到标准值的90%以上，即可进行承台施工。使用抽水机将钢吊箱内的水抽出，抽水时还要密切观察钢吊箱是否出现变形问题、渗漏情况。如果有此类问题，说明钢吊箱安装质量不过关，需要立即停止施工，重新进行检查并排除问题之后再继续施工。（2）进行承台部分施工。包括固定承台、预埋墩身钢筋等。钢筋预埋前除了要检查是否存在生锈等质量缺陷外，还要对钢筋的规格、类型等进行逐一对照，确保与设计方案中保持一致。（3）浇筑混凝土。夏季施工时尽量选择上午及傍晚气温较低的时间进行，可以降低混凝土出现承台裂缝的概率。浇筑后利用前期预埋的冷水管，循环通入冷水，可以有效降低承台混凝土结构发生裂缝的概率。

1.7 墩身施工技术

施工前，将注浆机的注浆口与循环水冷却管的开口连接，使泥浆充满冷却管，提高混凝土结构的整体强度。然后拆除钢吊箱的临时支撑，将预埋钢筋与墩身钢筋焊接起来，并浇筑墩身馄饨。采用分层浇筑的方式，每层浇筑结束后进行养护，直到混凝土达到标高。最后进行不低于28 d 的养护，期间注意观察墩身上是否出现明显裂缝，如果有需要做相应处理，保证墩身结构稳定，为上部桥面施工创设良好条件。

2 钢吊箱设计计算

2.1 设计条件

根据前期开展的地质调查，明确设计条件，为钢吊箱的施工提供必要的参考。其中对钢吊箱施工和使用质量有重要影响的因素：（1）设计水位为+280 m；（2）设计流速为12 m/s；（3）钢吊箱顶部标高为+280 m；（4）底板标高为+255 m；（5）仓内最高水位为270 m。

2.2 荷载取值

钢吊箱下沉后会受到多种作用力的影响，包括土的压力、水的压力，以及浇筑混凝土带来的压力等。因此，在进行钢吊箱设计时要计算好荷载，才能保证钢吊箱的使用质量。根据受力方向的不同，需要考虑水平荷载与垂直荷载。前者主要包括静水压力和流水压力，后者则包括吊箱自重、混凝土重量等。

2.3 吊箱构造

双层薄壁钢吊箱的顶部标高为+280 m，底板标高为+255 m。其中，双壁厚度共1.2 mm，规格为13.4m×8.5 m×21.3 m。水平环板采用12 mm 钢板，桁架焊接在水平环板上。吊箱水平桁架层间距0.9 ～1.4 m。吊箱共设置8 个钢箱，钢箱面板采用8 mm 钢板，面板用14 mm 厚的钢板加强，面板纵肋采用L80×50 ×8 mm，间距35 cm。钢吊箱内部使用3 根内支撑，底板上布置8 个吊点，封底混凝土的平均厚度为1.6 m，使用C30 水下混凝土。

2.4 钢吊箱底板荷载计算

钢吊箱封底混凝土的厚度为1.8 m，底板所受荷载来自于浇筑封底混凝土的自重。在设计时，要想让钢吊箱正好出于自浮状态，实际注水深度为10 m。此时浇筑的封底混凝土总重量为30 kN/m3，跨径取平均值为0.3 m，背肋长度取最大值1.5 m，以0.01 m面板条按简支梁作为计算模型。在荷载均匀分布的情况下，计算可得：Q混凝土=0.36 kN/m；Q设=1.5×Q混凝土=0.54 kN/m。 底 板 所 受 最 大 荷 载Mmax=0.006 1 kN·m、最大强度Qmax=0.064 kN。由此可得，底板最大正应力：σ=Mmax/W=55.4 MPa ＜196 MPa；τ=Qmax/A=0.67 MPa ＜85 MPa，满足设计要求。

3 结语

桥梁工程是高速公路工程的重要组成部分，在深水承台施工时，选择钢吊箱围堰，可以提高防水效果，营造良好作业环境，保证桥梁墩身、承台施工的高效率、高质量进行。由于不同地区的地质条件、水文特点等存在较为明显的差异，需要做好现场调查，然后科学设计钢吊箱尺寸、型式以及选材。在保证钢吊箱安装质量的前提下，进行承台、墩身施工，切实提高高速公路桥梁的质量安全。