天生港特大桥主墩深水承台钢吊箱设计与施工
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作者: 李术辉
介绍了长江下游某跨主航道长江大桥主墩深水承台采用钢吊箱施工技术，钢吊箱的设计、制作、安装和封底，并进行了经验总结，对类似施工具有借鉴和指导意义。
工程概况
天生港特大桥为跨越长江天生港主航道的一座特大型桥梁，全长1417m，桥宽28米，其中主桥长362m，上部结构为连续刚构箱梁，下部结构为双肢薄壁墩，基础为钻孔灌注桩承台结构；引桥长1055m，上部结构为30m预应力砼简支转连续T梁，下部结构为双柱墩，钻孔灌注桩基础；
主桥8#～10#主墩承台平面尺寸为18.8×10.2m，承台底标高-0.02m，顶标高+3.98m，厚度4m,每承台下面为8根φ200cm钻孔灌注桩。(见图1)
根据工程实际情况，经技术、经济比选，承台拟采用钢吊箱施工工艺进行施工。
钢吊箱及承台施工工艺流程
钢吊箱设计
1、钢吊箱设计结构：见图2
2、钢吊箱设计参数及受力计算
钢吊箱是承台及第一节墩身施工的挡水结构，也是水下封底混凝土和承台施工的底、侧模板。钢吊箱设计根据承台施工时的水文特征、制作、运输、吊装方式，结合承台结构尺寸等因素综合考虑。主要设计条件和技术参数如下：①钢吊箱底标高：-1.52m，钢吊箱顶标高：+4.98m。②钢吊箱下沉水位：+2.30m，施工（抽水）水位：+2.30m。③设计施工最低水位：－0.5m，设计施工最高水位：＋3.3m。④钢吊箱封底砼厚1.5m (C30)。⑤最大流速：1.70m/s，波高：1.5m。⑥砼与钢护筒间的握裹力：100Kpa。
根据钢吊箱及承台施工过程(分两次浇筑成型：第一次1.5m，第二次2.5m)，按封底砼施工阶段、钢吊箱抽水阶段、承台施工阶段三种工况进行受力分析，采用Midas/civil软件建立三维实体有限元模型，分别进行抗浮计算、封底砼承载力计算、封底砼厚度确定和钢吊箱强度及整体刚度验算。
经计算: 钢吊箱强度和整体刚度满足规范要求，1.5m封底砼厚度满足抽水抗浮需要，但在承台浇筑第一层(1.5m)砼时，封底砼与钢护筒间的握裹力安全储备略有不足，需增设抗拉牛腿。
3、钢吊箱结构设计
钢吊箱由底板、侧模、内支撑、底托梁及顶梁和钢吊杆等组成。钢吊箱平面内空尺寸与承台设计尺寸相同，在浇筑承台混凝土时作为外模板；钢吊箱顶高程控制在＋4.98m。当水位超过3.3m或风浪大时，打开联通器或加设内支撑以增强钢吊箱整体刚度。
底板、底托梁。钢吊箱底板采用格构式型钢焊接结构，底板设计为可拆卸结构，分块制作。底板面板为6mm厚的钢板，根据钢护筒的实测数据开孔，开孔范围较钢护筒大10～20cm。底模放置在底托梁上，底托梁共5根，采用2[32的型钢拼焊而成，成纵向布置。
侧模。钢吊箱侧壁采用单壁结构，高度6.5m，面板为δ=8mm，钢模壁体沿高度方向设两道横梁；横肋为[10槽钢，沿面板纵向从下至上300cm范围内每隔50cm布置一层，300cm以上间距75cm布置一层；竖肋为I25a工字钢，沿面板横向每间距70cm布置一根。钢吊箱壁体由8片可拆装的模板组成，模板间采用螺栓联接，设橡胶垫止水。在吊箱侧壁上设2个连通器，以调节水位变动时浮托力的影响。
拉压牛腿。在每根钢护筒上设置4个由I25型钢和钢板焊成的钢牛腿。拉压牛腿主要作用：封底后，钢吊箱内抽水时，主要起抗浮作用；在承台钢筋及砼施工时，主要受拉，为主要承力结构。拉压牛腿下端埋入封底混凝土中，上端与钢护筒焊接。封底抽水后，将其与伸入承台的钢护筒(15cm)之间焊接牢固并加焊劲板，割除高出护筒部分，完成受力体系转换。
内支撑杆。采用φ600钢管在内口+4.48m处设置内撑（横向三道，纵向二道），以加强钢吊箱的强度和整体刚度。
顶梁及吊杆。钢护筒顶设置四根顶梁，顶梁为双肢40槽钢，通过吊杆(φ32mm精扎螺纹钢)与底托梁形成钢吊箱悬吊系统，进行钢吊箱的沉放。单墩承台共20根钢吊杆，钢吊箱下放到位后，自重和封底砼荷载由吊杆承受。
钢吊箱施工
1、钢吊箱加工制作与运输
钢吊箱在后方预制场内搭设加工平台进行制作，底模和侧模按设计分块加工，底托梁和顶梁均间隔设置加劲板进行组拼，加工质量必须满足《钢结构工程质量检验评定标准》要求。
上述构件加工完成后，在加工场试拼成整体，经检查合格后，按顺序编号拆解，通过车、船转运至水上施工现场拼装。
2、钢吊箱拼装及沉放施工
每墩钻孔灌注桩全部结束后，拆除钻孔平台（平台外围的钢管桩留下作为钢吊箱稳固用）。平台拆除完成后利用水上浮吊配合进行钢吊箱的安装和下放。
（1）钢吊箱拼装
拼焊安装钢牛腿。在每个钢护筒沿桥轴线焊接2个钢牛腿，牛腿标高在施工水位以上0.5m处，牛腿焊设的标高要一致。
底板拼装。在牛腿上安装5根2[32a底托梁，钢吊箱底板按编号进行拼装，底模之间不用螺栓连接（便于拆模）。
侧模吊安。底板安装完后，进行侧板安装，侧板与底板用单排M30螺栓连接，侧板之间用双排M30螺栓连接，在连接处均加设δ＝1cm厚止水橡胶止水。侧模上加强背带2[32用Φ32精扎螺纹钢锁定。
吊杆安装。钢吊箱拼装好后，在钢护筒顶安装2[40顶梁，顶梁和底板托梁之间设置20根Φ32精扎螺纹钢吊带，用YGM32锚具锚固，在安装中使每根螺纹钢筋净长一致，同时在精扎螺纹钢外周设5.5m长套管并做好密封措施。
安装内撑。按钢吊箱设计要求，在钢吊箱内口安设一层φ600钢管内撑。
（2）钢吊箱沉放施工
定位导向装置设置。为了保证钢吊箱下放的平面位置和垂直度，在吊箱四角钢护筒上设置上下两层限位导向装置。下放前对钢护筒、钢管桩的外围周边情况进行探测，确保无障碍物。
钢吊箱下放。钢吊箱采用4个60t千斤顶，布置在两端钢护筒的顶梁上。通过千斤顶行程缩放缓慢、均匀地沉放钢吊箱。钢吊箱沉放作业由专人负责指挥，其步骤如下：①顶升所有千斤顶，使钢吊箱脱离钢牛腿18cm后停止。②割除钢牛腿及其它有碍下沉的构件。③回缩千斤顶，使钢吊箱平稳下放，同时旋松千斤顶撑脚下面的精扎螺纹钢螺帽，下放行程达到15cm后旋紧螺帽，再回缩千斤顶，使撑脚下部螺帽受力。④旋松千斤顶上的螺帽20cm以上，再顶升千斤顶18cm，然后旋紧上部螺帽。⑤重复步骤③和④，直到钢吊箱下放到设计标高。⑥钢吊箱入水到达设计标高，精确就位后调整钢吊杆，使全部吊杆同时、均匀受力。⑦将钢吊箱与周边钢管桩焊连稳固。
封底混凝土施工
本工程采用“集中供料、满布导管、逐根开灌、及时补料”的施工工艺进行钢吊箱的封底施工。利用下放钢吊箱的顶梁作为主梁，其上铺设型钢搭设操作平台进行封底砼施工。
封底混凝土配合比设计。钢吊箱封底混凝土采用C30水下砼，厚度1.5m，单个主墩方量为288m3，采用生产能力100m3/h的搅拌船拌制。通过利用“双掺技术”（即掺加粉煤灰及外加剂），来保证混凝土的和易性、流动性及稳定性。对砼配比提出如下要求：①混凝土设计强度C30，混凝土3d强度不小于设计强度的90％。②混凝土初始坍落度：20±2cm；混凝土5小时后的坍落度：≥15cm；③混凝土初凝时间：≥10小时（最大混凝土浇筑量按120m3考虑）；④混凝土满足泵送要求，混凝土流动半径>5m。
封底前的准备工作。钢吊箱调整到位并固定后，对钢护筒外壁利用高压水枪进行冲洗，以保证封底砼与钢护筒之间的握裹力，对钢护筒与钢吊箱底板间的间隙进行封堵，埋设拉压牛腿。
导管布置。封底混凝土导管根据浇筑半径共布设15根，导管顶口与小集料斗相接，用拔球法灌注水下封底砼。首灌量经计算为14.4m3，拟选用0.8m3小料斗和15m3中心集料斗，可以满足首封要求。
封底混凝土浇注：①15m3大集料斗储满料后，开启阀门由溜槽分配到小料斗，小料斗满后拔塞封底，通过溜槽连续供料，使封底不间断进行。②混凝土导管封底从下游向上游推进，逐根开灌。导管封底完成后，及时进行补料。③灌注过程中根据灌注量，流动半径、勤测标高，以指导布料，使混凝土均匀上升。③混凝土浇筑临近结束时，全面测出混凝土面标高，对偏低处进行补灌，直至所测结果全部满足要求后，结束封底混凝土灌注。④封底过程中钢吊箱侧模上的连通器应打开，使内外水位差一致，保证封底砼不受水头压力作用而破坏。
受力体系转换
当封底混凝土达到设计强度的90%以上后开始抽水。抽水过程中，由专人观察钢吊箱结构变形情况。抽水完成后，及时将预埋的拉压牛腿与伸入承台内的钢护筒焊设牢固，然后割除上部多余的钢护筒。
拉压牛腿与钢护筒焊好后，利用千斤顶卸载钢吊杆，拆除吊杆及受力梁，受力体系转为由拉压牛腿与封底砼共同承力。
承台施工
主墩单个承台方量767.04 m3 (C30等级),分两次浇筑成型(第一次1.5m，第二次2.5m)。
混凝土由水上混凝土搅拌船生产，经拖泵泵送，通过设置在浇注平台上的布料杆布料浇注。承台为大体积砼施工，通过优化配比，采用低水化热水泥，利用“双掺技术”，降低混凝土的入仓温度等措施，以减小混凝土的水化热，同时采用灌水淹没的方式进行保温养护。经观测，承台砼未出现任何不良裂缝。
经验总结
深水承台施工处于繁忙的长江主航道上，是本工程的重点和难点，不确定因素多、水头高、风险大，通过对钢吊箱施工方案的严密科学编制和实施的严格控制，承台施工几近完美，实践证明方案是科学、合理、经济的。本方案需注意的一个问题是：尽管利用外围钢管桩对钢吊箱进行了稳固，但封底抽水后，风浪和船行波的影响还是使钢吊箱产生的晃动使内壁与封底砼间出现轻微渗水情况，无法完全形成干施工条件，经在周边凿设盲沟，埋设钢管集水井才较好的解决这个问题。建议以后类似施工时还应增加在封底砼中预埋螺栓，将钢吊箱侧壁锚固在封底砼上的稳固措施。
（作者单位：中交第二航务工程勘察设计院有限公司）
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