近海海域钢吊箱施工工艺研究

徐金刚XU Jin-gang

（中铁十五局集团第二工程有限公司，上海 200000）

0 引言

涉水桥梁承台钢吊箱施工一直是桥梁施工中的重难点，当施工区域水文气象条件较好时，钢吊箱的下放安装及拆除均处于可控状态，但当在复杂水域情况下如近海海域施工时，由于近海海域水文及气象条件复杂多变，吊箱围堰底平台的焊接搭设受潮汐等因素影响严重，钢围堰的吊装受潮汐、雨雾、台风影响较大，尤其是围堰封底混凝土的浇筑，必须选择合理的时间进行施工，时间受限，不可控制因素较多。上述海洋环境的影响对围堰的拆除也产生很大影响，水文条件的变化无常对潜水员拆除作业也存在很大的安全隐患。在新建杭甬复线宁波一期工程水中承台钢吊箱施工中，项目部通过对施工区域海洋水文环境进行调查，对钢吊箱施工方案进行优化，采用了新型的预制板钢吊箱工艺，即钢吊箱为混凝土预制底板结合钢侧壁结构。通过采用预制板钢吊箱并对其施工工艺进行优化，很好解决了在不利海洋气候环境下承台钢吊箱的施工难题，不但保证了施工的安全性，而且也减少了钢吊箱的拆除量，加快了施工进度，同时也降低了施工成本，提高了承台的施工质量。通过现场实际使用，该施工工艺在近海海域桥梁钢吊箱施工中取得很好的效果。

1 工程概况

新建杭甬立交项目工程内容为滨海互通立交、滨海高架桥，桥梁单线长度21.078 公里/16 座，具体为滨海互通主线桥2.4 双线公里/座，滨海互通金塘侧1、2 号主线桥1.32 公里/4 座，滨海互通A-H 匝道桥5.9577 公里/8 座，滨海高架桥4.5 双线公里/座。桥梁承台多采用矩形承台，少量H 型承台，主线和匝道承台均采用高桩承台，承台总量348 个，其中滨海互通区172 个。桥梁墩柱结构形式有直墩、花瓶墩、圆柱墩、圆柱花瓶墩等结构形式，主线和匝道墩柱总量810 个，其中滨海互通区631 个。

2 钢吊箱结构设计

吊箱底板采用预制钢筋混凝土结构，混凝土标号为C50，厚度为15cm，共分4 块，中间套孔直径2.3m（比钢护筒大30cm）；护筒间设有宽30cm，厚30cm 的加强肋（底板系梁），加强肋通过钢筋与底模连接成一个整体；每个钢护筒设有30cm 宽，30cm 厚的圆形加强肋（环向圈梁），四边的环向主梁宽50cm，高30cm。

侧壁采用单壁形式分块制作，总共两种形式，侧壁1共8 块，侧壁2 共4 块。分块吊箱间设有竖向连接法兰，采用M20×60mm 高强螺栓连接。吊箱侧壁由钢面板，竖向背肋，环向主梁、次梁组成，钢面板厚度δ=6mm，表面平整无凸起及凹陷，环向主梁采用2×HN350×175 H 型钢，环向次梁采用HN100×50 H 型钢，竖向背肋采用HN200×100 H型钢。侧壁与底板采用ϕ15 的精轧螺纹钢连接，ϕ15 精轧螺纹钢上端锚固于侧壁环向主梁上，下端锚固于底板环向主梁的预埋件上。

钢混组合吊箱结构的具体布置如图1、图2 所示。

图1 钢混吊箱结构立面示意图

图2 钢混吊箱结构平面示意图

3 围堰受力验算

3.1 荷载计算

3.1.1 钢混组合吊箱围堰自重

钢混组合吊箱围堰及附属结构自重计算时由有限软件ANSYS 自行加载计算，计算时其重力加速度取10m/s2考虑[2]。

3.1.2 抽水后混凝土底板浮托力

①抽后时按设计高水位+2.930m 考虑，则作用于底板浮力计算如下：

②考虑到现场实际情况有部分承台位置在低潮位时为无水环境，因此低潮位时不考虑吊箱的浮托力。

3.2 钢混组合吊箱围堰工况分析及计算

根据实际情况，低潮位无水情况下，钢吊箱内浇筑承台混凝土为最不利工况，则需对钢吊箱围堰结构受力计算。

3.2.1 有限元计算说明

钢混组合吊箱围堰有限元模型采用ANSYS 建立并计算，模型主要采用单元为Beam188 和Shell63 单元，底板梁系以及壁体梁系计算时均采用Beam188 梁单元，混凝土底板以及钢混组合吊箱围堰壁板均采用Shell63 单元，计算时，底板与壁体分开建模计算，具体计算边界条件见单个工况计算说明。

3.2.2 边界条件

壁体部分模型边界条件为壁体与底板连接的止推块位置施加铰接约束，底板部分模型的边界条件为环向圈梁于钢护筒四周联系位置施加固结约束。

3.2.3 钢混组合吊箱围堰有限元计算结果

由图3 可得，壁体面板最大等效应力为σ=80.0MPa<215MPa；满足要求！

图3 面板等效应力云图

由图4 可得，环向主梁最大等效应力σ=32.0MPa<215MPa，满足要求！

图4 环向主梁等效应力云图

4 主要施工工艺及注意事项

4.1 钢混吊箱施工步骤

①利用低潮期间，按照图纸要求位置将支撑牛腿安装在钢护筒上。②预制底板按顺序编号依次吊装到位，绑扎湿接缝钢筋，湿接缝钢筋与底板预留钢筋进行焊接，浇筑湿接缝混凝土。安装钢护筒四周封堵抱箍，浇筑底板与钢护筒之间的封堵混凝土。③在预制底板环向主梁安装橡胶垫层以增加钢吊箱的密封性。 ④测量定位后，对称吊装侧壁，每块侧壁安装后需及时固定防止侧倾，安装止推系统,安装吊杆，吊箱侧壁完全合拢之后安装内支撑。并拆除侧壁临时固定措施。⑤混凝土达到设计强度后，钢混吊箱内抽水（如有水），再在底板的梁、板间铺设垫层找平。⑥焊接底板与钢护筒间的连接剪力板。⑦割除钢护筒并凿除桩头至设计标高。

4.2 钢吊箱底板预制及安装

预制底板在厂内集中预制，底板采用C50 钢筋混凝土统一预制成型，待混凝土强度达到设计强度的90%以后，采用吊机起吊，平板车运输至施工现场。底板安装采用50T 吊机，分次将预制底板吊装到钢护筒牛腿上。吊装完成后，调整4 块底板的相对位置，控制误差应在2cm 内，然后对底板湿接缝的钢筋采用单面焊接施工（焊接长度为10d），再安装湿接缝底模及钢护筒与吊箱底板间的封堵抱箍，完成后进行混凝土浇筑。

4.3 吊箱壁板安装

吊箱壁板在模板厂加工好后运输至现场安装。安装前，先进行测量放样，控制底板的内净尺寸与承台一致，然后在吊箱壁板底部铺设止水胶条，保证底板与吊箱壁板的密闭性。壁板安装前采用清水冲洗干净，不得有油污、泥浆等杂物，晾干后涂刷脱模剂，准备好的壁板如无法及时安装需妥善保存，下垫上盖防止污染；壁板吊装后必须与底板预留卡槽连接牢固，并复核测量使得壁板内壁与承台边线重合，利用临时支撑固定壁板，松开吊车吊钩完成壁板受力转换，吊装下一块壁板，重复以上过程直至吊箱侧板组拼完毕；相邻壁板的接缝处采用橡胶皮填塞，并在拼接完成后，再涂玻璃胶防止渗水；壁板底部可采用楔块对模内尺寸做最终调整，合格后采用砂浆进行底部封堵[1]。

4.4 剪力板及底面垫层施工

钢吊箱内积水需待吊箱底板接缝混凝土达到设计强度后方可抽除，每个护筒周边设置6 个剪力板，底板与钢护筒通过剪力板焊接成为一个整体，焊接时要加强焊接质量，焊缝高度为10mm；最后在底板的梁板间铺设5cm 厚的粗砂垫层，再采用素混凝土浇筑一次垫层，垫层标高为承台底标高，使底板整体平整，底板预埋件及剪力板完全埋于垫层中，底面标高与承台底设计标高一致。

5 安全质量保证措施

①对进场的材料需严格检查，杜绝不合格材料的进场和使用[3]。②钢吊箱施工过程中必须安排专人进行实时监控，尤其是壁板和底板的吊装必须确保周边安全，任何人员均不得在吊装范围内[4]。③封底混凝土浇筑前，用止水捻、水玻璃处理底板与桩之间的缝隙；在护筒上焊接底板反压装置，抵抗过大的浮力。④施工人员上岗前必须组织统一培训，培训合格后方可进场，技术人员和安全人员需出具书面的作业指导书和安全交底，签字后留档保存。

6 结束语

通过采用预制板钢吊箱并对其施工工艺进行优化，很好解决了在不利海洋气候环境下承台钢吊箱的施工难题。由于钢吊箱底板为预制混凝土板，承台施工完毕后无需拆除，从而很大程度上减少了钢吊箱的拆除工作量，也提高了钢吊箱拆除的安全性。底板和壁板均在工厂预制，不但大大加快了施工进度，同时也降低了施工成本，提高了承台的施工质量。此方法为后续类似施工提供了借鉴和参考。