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1、水中钢吊箱承台施工工法 中铁十五局集团第四工程有限公司 前言 福州市六一路闽江大桥重建工程，主桥为46+758075+46米 5 孔一联的预应力 砼变截面连续箱梁，14墩为水中钻孔灌注桩， 直径 1.8 米， 每个承台 4 根桩基， 承台 8 个均位于水面以下， 每个承台尺寸为顺桥向6.7m， 横向 8.1 m， 承台顶面标高 +1.5 m，底面标高 -1.5 m。左、右幅承台间净距7.41 m，分离式墩身，桥址位于闽江下游， 水深 13 米左右，平常水位 +3+5.0 m，设计流速 2.38m/s，百年一遇洪水最高设计水 位+8.34 米，每天涨落潮两次，墩位处于径流和潮流的过渡段，受径流作
2、用，又受潮流 的影响，为深水基础。工期紧，施工难度大，技术含量高，为确保工程质量，加快施工 进度，为此成立了攻关小组， 召开多次专题方案论证会， 经过方案比选， 可操作性研究， 优化设计，14墩承台采用水中钢吊箱围堰施工，与传统的钢吊箱施工方法有所不 同，采用水上封底后，利用千斤顶和精制32 螺纹钢吊装就位，精度可达到1mm，水 下用高标号混凝土封喇叭口，即提高了封底混凝土质量， 有减少了封底混凝土数量，即 提高了工作效率，有节约了成本，施工方法简单，可操作性强，工艺新颖、质量可靠， 在施工期间多次受到了福州市委、市政府的表扬， 在福州市电台、电视台进行了多次报 道。经集团公司批准，深水基础钢
3、吊箱围堰承台、墩身施工技术为2004 年度集团公 司立项科技开发项目，编号为：局科字2004B06，并于 2004 年 12 月 28 日通过了集团 公司组织的专家评审， 正在申报总公司和集团公司科技成果进步奖。经过不断完善总结 施工技术、结合国家有关规范、标准，总结形成本工法。 一、工法特点 （1）具有结构设计合理，安装方便，便于施工，质量稳定，提高了工程进度，缩 短了工期，节约了成本。 （2）钢吊箱围堰即是用于水下施工的临时性挡水设施，侧板、底板有兼作承台底 模与侧模。 （3）与传统的钢吊箱施工方法有所不同，采用水上封底后，利用千斤顶和精制 32 螺纹钢吊装就位，精度可达到1mm。 二、适
4、用范围 适用于铁路、公路、市政桥梁工程的深水承台、墩身施工。 三、工法原理 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处施工环境。 四、施工工艺 1、工艺流程 （见图 2） 。 临时支撑夹固 钢吊箱加工、组装 拆除桩基施工作平台 搭设吊箱施工作业平台 钢吊箱整体吊至平常最高水 位0.5m处临时固定在护筒上 浇注钢吊箱封底混凝土 灌注墩身混凝土 接长钢护筒 灌注承台混凝土 钢吊箱就位 灌注喇叭口封底混凝土 质量检查 帮扎钢筋立模板 水泥、砂、石、外加剂检验 混 凝 土 配 合比设计 混 凝 土 拌合 立模板帮扎钢筋 拆除
5、钢吊箱 图 2 钢吊箱围堰承台、墩身施工工艺流程图 2、关键技术 1）钢吊箱围堰的设计技术 钢吊箱围堰的设计， 要充分利用钻孔作业平台定位桩搭设钢吊箱工作平台，宜采 用钢护筒搭设扁担梁吊装钢吊箱。 钢吊箱围堰是用于水下施工的临时性挡水设施，侧板、底板是钢吊箱围堰的主要 阻水结构并兼作承台底模与侧模。 根据自然水位变化及钢吊箱施工作业时段，设计施工受力结构主要按照最高水位 时，吊箱内抽干水后侧板所受水压力为设计依据，最低水位时，现浇承台砼侧压力进 行校核，考虑最高水位时，钢吊箱抗浮措施。 钢吊箱围堰的设计为有底单壁钢结构，采用型钢与钢板焊接成型， 护筒位置在底 板设喇叭口，按实测桩位偏差设计，为
6、防止渗漏，宜采用整体焊接或分节焊接组装而 成，侧模与侧模的连接采用螺杆与大楔杆的连接方法，侧模与底模采用螺杆连接，采 用水上拆卸作业，减少水下作业，提高工作效率。宜在水上浇注封底混凝施工后，同 吊箱吊装到设计标高，用高标号混凝土在水下封喇叭口。 （1） 设计参数 施工水位、最高水位、最低水位，设计流速，设计流量； 承台底面标高、顶面标高、厚度及承台平面尺寸； 钢板、钢管、型钢、拆装梁、32精制螺纹钢的材料质量； C50封底混凝土与护筒之间的摩阻力取经验值300KN/m 2。 （2）结构设计 工况条件根据钢吊箱围堰施工工作时段及设计受力状态，可按以下几个工况进 行分析：下沉阶段；封底混凝土施工阶
7、段；抽水后承台施工阶段。 根据水文资料分析，确定钢吊箱施工水位为及钢吊箱的高度。一般钢吊箱的高 度比最高水位高1.0 1.5m。 结构设计条件综合各工况条件、水位条件确定钢吊箱结构设计条件。 封底混凝土的厚度根据钢吊箱的自重、封底混凝土重、浮力、喇叭口混凝土与 护筒的粘结力计算确定。 （3）结构型式 根据钢吊箱使用功能，将其分为侧板、底板、内支撑、吊挂系统四大部分。其中， 侧板、底板是吊箱围堰的主要阻水结构，根据现场及设计情况 ,宜选用单壁侧板结构 （见 图）。 吊箱底板：由底模托梁和底模组成，底模为肋板式焊接结构，喇叭口位置根据 就位吊点 吊箱与护筒临时支撑 承台顶1.5 吊箱与护筒连接板F
8、3 封底砼顶1.50 底板 喇叭口加筋与F3对应 外2000 横桥向支撑 钢 吊 箱 中 心 线 侧板 2 2150 2000 1850 1500 400 5000 320 10 60 7755 桥 梁 中 心 线 吊箱就位扁担F1 拆装梁 接高护筒11.0 桩位护筒 承台底1.50 吊箱底板1.90 支撑中心1.85 支撑中心3.85 施工水位5.0 钢吊箱顶6.0 侧板与底板拉杆F7 1611 2550 2550 1611 侧板 2 顺桥向支撑 桥 墩 中 心 线 侧板 2 7800 32 静轧螺纹钢 2 根 封底砼顶1.50 外2000 底板 喇叭口加筋 19 1611 3700 161
9、1 就位扁担 F1 千斤顶 就位吊点 2000 1850 2150 1819 1/21/2 图 1 钢吊箱结构示意图 F7 19 护筒位置确定（施工时根据桩位实测偏差可做适当调整），内径比护筒直径大400mm 以 上， 喇叭口上部设计一圈与封底混凝土高度一致的钢板，作为封底混凝土喇叭口的腹板， 喇叭口下部设置 8 钢筋一圈并焊接弯钩防止袋装料滑下水中。 侧板：采用单壁结构，为肋板式焊接结构，由型钢和钢板焊接而成。侧板与侧 板连接采用螺栓、拉杆及钢楔杆连接，侧板与底板采用螺栓连接，宜用加长套筒在水上 拆卸。 吊箱内支撑：内支撑由内圈梁，水平撑杆及竖向支架三部分组成。内圈梁根据 侧板受力情况按不同
10、的高程设计，在吊箱侧板的内侧形成水平环，安装在侧板内壁竖向 支撑上。内圈梁的作用主要是承受侧板传递的荷载，并将其传给水平撑杆。水平撑杆一 般设计为井字、十字等结构，杆端焊接钢板用螺栓与内圈梁连接成一体，水平撑杆各杆 间宜焊接在一起。竖向支架底端焊接到底板上，上端与水平撑杆焊接。竖向支架的作用 主要是支撑水平撑杆。 吊箱吊挂系统：吊挂系统由扁担梁、吊杆及钢护筒组成，吊挂系统的作用是承 担吊箱自重及封底混凝土的重量。 扁担梁 2 排，均设在钢护筒顶，由2 根拆装梁或型钢加工成一排扁担梁，焊接在护 筒顶部。扁担梁的作用是支承吊杆并将吊杆荷载传递给钢护筒。 吊杆：吊杆是由32 mm 精轧螺纹粗钢及与之
11、配套的连接器、螺帽组成,共 8 根吊 杆，吊杆下端固定到侧板的内圈梁上，上端固定到吊挂系统的扁担梁上。吊杆的作用 是将吊箱自重及封底混凝土的重量传给扁担梁。 下沉起吊系统：起吊系统由吊点、吊杆、千斤顶组成，吊点分上吊点、下吊点， 上吊点设在扁担梁上，下吊点设在吊箱上层内圈梁上，上、下吊点共8 个。 吊箱定位系统：钢吊箱下沉入水后受流水压力的作用，吊箱围堰会向下游漂移， 为便于调整吊箱位置，确保顺利下沉，在吊箱侧板内壁与钢护筒之间设上下两层导向系 统，每层 8 个导向。 （4）设计计算 荷载取值依据由铁路桥涵设计规范（TBJ-96）荷载组合； 水平荷载： Hj静水压力 +流水压力 +风力+其他； 竖直荷载： Gj吊箱自重 +封底混凝土重 +浮力+其他；其中：单位面积上的静水 压力按 10KN/计，水压随高度按线性分布；流水压力按桥址处实测流速，风速很小，