對大橋水下承臺有底套箱施工技術的探討

摘 要 本文介紹了珠江西橋水中承臺的設計與施工等方面的情況，為同類結構的設計和施工提供參考。

關鍵詞 水下承臺 有底套箱 施工技術 探討

中圖分類號:U445文獻標識碼:A

近年來，隨著我國經(jīng)濟建設的不斷發(fā)展，跨越大江大河的橋梁也越來越多。大型過江橋梁下部結構的施工都要面對水上施工的難題，本文結合珠江西橋橋梁工程對水中承臺施工進行分析。

一、工程及水文地質情況

珠江為中國第二大水系，珠江大橋東橋為前航道，前航道上百年一遇潮汐水位為珠江系標高107.40m，受潮汐影響，每日有兩漲兩退，年平均潮差為1.5m左右，低潮位103.36m，且廣州市氣候屬亞熱帶季風氣候，降雨量最大時，日最大降雨量為284.9mm，1小時最大降雨量為83.9mm，最長連續(xù)降雨日為33天，年平均降雨量為1720mm。珠江西橋主橋分為A線和B線，共有12個水中承臺，承臺頂標高均為3.3m，承臺底標高為0.8m。水面標高平均為6.8米，天文大潮時為8.5米。

橋梁經(jīng)過河段，河床底標高為-0.5-1.6米之間，平均標高為-1米。河床底淤泥層主要為粉砂和軟土，地基土承載力極低，屬珠江河流沖積平原地貌單元，后由于修筑廣茂鐵路的需要，經(jīng)人工堆積成為現(xiàn)有地形。勘察查明，在鉆探所達深度范圍內，場地上部土層為人工堆積層(以雜填土和素填土為主)，其下分別為沖積層(以淤泥、淤泥質砂土為主)、坡積層(以粉質砂土和粘土為主)、下伏基巖較深以白堊紀的泥巖、泥質細粉砂巖及灰?guī)r、輝綠巖為主。

二、水下承臺有底套箱施工方案的設計

(一)圍堰施工工藝。

此為傳統(tǒng)施工方法，優(yōu)點是廣大施工人員都明白，過程簡單。缺點是需要投入大量的材料和機械、人力費用高、安全性差、工期長和需要特定的拉森鋼板，并且圍堰施工在水面以下施工的時間過長，施工位置在珠江西航道，航運繁忙，危險性是不言而喻的。

如果用圍堰做承臺外模板的方法，可以減少50%的拉森鋼板樁使用量，但存在著圍堰下沉標高難以控制的問題，下沉過大則無法做承臺外模板，圍堰上部的鋼板樁要接長，如被河床淤泥中的礁石頂卡而下沉不足，更是麻煩。因此圍堰還是使用特長的拉森鋼板樁打入河床底的做法保險，而且對水上工作船舶的使用時間過長。考慮人員、材料和租賃機械費用，每個有底套箱造價約為25萬元。

(二)預制混凝土有底套箱施工工藝。

此方法的優(yōu)點是混凝土有底套箱在岸上施工，安全性和整體穩(wěn)定性好，而且下放標高能精確控制，采用浮吊吊運和有底套箱，大大節(jié)省人員、機械和材料投入、縮短施工工期加快施工進度，可以同時進行大批量的承臺施工。缺點是施工人員對方法不熟悉。

預制混凝土有底套箱通過測量放樣投影到珠江西橋的岸上預制，根據(jù)墩位上的樁基相對位置在岸上放線，岸上的預制場地先用混凝土進行硬化，再綁扎鋼筋、支撐模板和安裝止水缸套袖及澆筑混凝土。

預制時的混凝土套箱的平面尺寸7.3m€?.2m，即按原設計承臺平面尺寸外緣擴展30cm，混凝土套箱的底板相應樁基位置空出的預留空間。每個承臺預制塊重130t，有底混凝土套箱重量不大，套箱移運吊裝前安裝好擋水鐵箱和內支撐，移運采用大噸位的浮吊，移運就位后采用注水下沉，下放前先將套箱提起10~15cm，拆去預制平臺后下放，下沉到設計標高時用插銷固定內外鋼護筒以防止套箱的下沉和上浮。最后補上預留孔混凝土使承臺跟樁基組成整體。擋水鐵箱在第一節(jié)墩身施工完畢后就可拆除。

(三)預制混凝土有底套箱施工方案的確定。

經(jīng)過充分的論證、計算，結合珠江西橋河床地質、水文、樁基等情況，考慮到投資、工期和安全性等綜合因素，采用預制混凝土有底套箱方案，并取得了成功。

水下承臺有底套箱工藝流程圖如下:

4、預制混凝土有底套箱設計考慮的主要因素。

(1)結構強度。

分別按吊裝、下沉、封底抽水等幾種情況驗算結構強度，荷載考慮套箱的自重下沉時施加的豎向壓力、靜水壓力、流水壓力、砼與樁基的錨固力以及水的浮力等，根據(jù)不同情況按最不利情況計算。

(2)深水對結構的影響。

主墩水壓力較大，要求混凝土有底套箱有更高的強度和剛度，設計中隨水深的增加加密支撐。同時，由于水深大，對有底套箱及封底砼產(chǎn)生很大的浮力，處理不當將會破壞封底結構，使施工失敗。另外，由于水中套箱受深水下的暗流和潮汐對有底套箱的下沉產(chǎn)生影響，施工中應引起特別注意。

(3)水文、水流、沖撞等影響。

設計中充分考慮到施工期可能發(fā)生的潮汐及水流速度，將有底套箱頂面高程控制在最高流水位以上，并留有安全高度流水會使混凝土有底套箱下沉時產(chǎn)生傾斜，施工中采用懸吊及利用工作平臺定位的方法，以避免傾斜。行船及施工設備沖撞對有底套箱的危害是相當大，有底套箱四周的鋼管護樁對有底套箱有保護作用，但避免沖撞的發(fā)生是必要的。為確保安全，在橋位上下游設置航標，以引導行船，防止沖撞有底套箱。

三、水下承臺有底套箱的施工

(一)有底套箱預制。

有底套箱在岸上預制，預制先在安裝墩位現(xiàn)場準確測量好樁基與承臺的相對位置，根據(jù)相對位置在岸上預制場放線。

混凝土有底套箱預制底模及側模均采用采用酚醛模板，預留孔壁采用木模。鋪設好底模且安裝了木模后，開始安裝鋼筋。鋼筋在預留孔處斷開，且伸入木模內20cm。木模上的鋼筋預留孔在安裝鋼筋時現(xiàn)場開孔，以確保鋼筋位置準確。鋼筋安裝完畢即安裝側模及預埋件，加固好側模即可澆筑混凝土。在這個過程中應注意預制混凝土有底套箱平面位置精度須符合規(guī)范要求，吊帶注意高速垂直，保證起吊后構件不偏位。

(二)有底混凝土套箱移運、下沉。

有底套箱混凝土強度達到80%后，安裝擋水鐵箱和支撐體系。擋水鐵箱各構件先在場地制作成型，安裝時應分塊安裝，擋水鐵箱與承臺側面粘帖橡膠帶，避免滲水。注意擋水鐵箱要與混凝土側墻緊靠密封，混凝土十字梁、擋水鐵箱支撐體系安裝固定牢固，擋水鐵箱支撐體系與止水鋼套袖聯(lián)結。此時還應做好探明河床情況，如與地質圖有較大出入，則對相應工作做相應調整。

擋水鐵箱與套箱混凝土聯(lián)結好后，根據(jù)設計應力計算用大噸位(250t)浮吊拖入靠近岸邊浮吊吊鉤利用粗鋼絲繩、卡環(huán)吊裝組件吊住混凝土套箱的四個吊環(huán)。起吊時四個吊環(huán)要均勻受力，徐徐緩慢進行，混凝土套箱起吊要求平穩(wěn)、水平，不能傾斜以免影響安裝就位和單個吊環(huán)受力過大。

混凝土有底套箱起吊到專用運輸船上，并用鋼絲繩和型鋼支撐固定牢靠，緩慢移運到安裝墩位旁并拋錨固定。大噸位浮吊也拖入預定位置，在其四角臨時拋四個小錨定位，在其向橋墩的一端，臨時拋一個大錨，以便初絞主錨時，平衡拉力。大噸位浮吊將混凝土有底套箱吊起到安裝墩位上空，利用四臺卷揚機牽引拉拉動預埋在混凝土有底套箱四個角的定位鐵耳環(huán)將其四個止水鋼套袖相應套入樁基，隨后即可徐徐緩慢下放。

混凝土有底套箱下方過程中，因浮力超過自重，混凝土有底套箱不能下沉時需注入河水，直至混凝土有底套箱能下沉到設計標高位置。下沉到設計標高后立即在止水鋼套袖與樁基鋼護筒之間插入插銷并焊接固定。

由于下放精度將直接影響混凝土有底套箱的安裝精度及平面位置精度，故混凝土有底套箱預制及下放過程中在樁基設限位導向裝置，按規(guī)范要求，混凝土有底套箱平面位置允許偏差為€?0mm，頂面調和允許偏差為€?0mm，須嚴格按該精度進行施工控制，超出精度范圍在下放時應及時進行調整，下放時應按照預先定位的標尺進行控制，每5cm檢查各吊點，下放高度不夠或超過的應該進行調整，既有利于下放系統(tǒng)的均勻受力，又有利于控制下放精度。混凝土有底套箱預埋四個角的拉繩與上游的樁基鋼護筒或用工程駁船施力就位，調整就位符合要求后，用型鋼鐵尖插緊止水鋼套袖與樁基鋼護筒之間的空隙，進入封底施工。

(三)混凝土有底套箱封底施工。

混凝土有底套箱下放就位后，在止水鋼套袖護筒腳進行混凝土封水，采用C30標號早強水下不分散混凝土(1-2石)，封水控制范圍在護筒內。澆筑水下不分散混凝土前，將裝入2/3砂和木屑的環(huán)形麻布包袋或者用不同級配的碎石放入止水鋼套袖護筒腳。澆筑前砼導管必須進行拼接、水密試驗和壓力試驗，保證導管接頭連接嚴密、牢固，根據(jù)導管的作用半徑布設導管，共設8個點(具體見圖2)。封底混凝土配合比要保證一定的流動性和和易性，使用緩凝早強劑，使混凝土形成較為平坦的頂面。澆筑時每個止水鋼套袖護筒設三個均勻分布的 25混凝土導管，三個導管同時灌注混凝土(混凝土需做好同條件下的同養(yǎng)工作)，且下放潛水員配合引導混凝土澆筑止水工作，澆筑方法同鉆孔灌注樁混凝土澆筑。澆筑的水下不分散混凝土澆筑標高控制在混凝土套箱底板底齊平。

○表示為樁基位置， △表示為導管位置

圖3砼澆筑導管布置圖

(四)水下承臺、第一節(jié)墩柱的施工。

封底混凝土澆筑完成后3天，試驗同條件下封底混凝土試塊，強度滿足要求后，對混凝土有底套箱進行抽水。在抽水過程中混凝土有底套箱承受的浮力較大，并且最大浮力比套箱自重大一倍左右，必須采取抗浮措施穩(wěn)定混凝土有底套箱。因混凝土有底套箱內承臺施工時要割除樁基鋼護筒，混凝土有底套箱抗浮沉可以由止水鋼套袖與樁基鋼護筒之間鋼板承擔。

混凝土有底套箱的水抽干后，割除鋼護筒，在按常規(guī)的施工方法安裝承臺鋼筋、預埋墩身鋼筋，最后澆筑承臺混凝土。澆筑承臺混凝土前注意要預埋型鋼，以便墩柱施工時擋水鐵箱依靠此型鋼支撐。

四、結束語

在珠江西橋的12個承臺施工過程中，根據(jù)工程質量、樁基等情況以及水文條件不斷變化等特點，結合工程施工工期、工程經(jīng)濟要求，對有底套箱的結構設計、制作、吊運、下沉、封底、抽水后的承臺澆注等因素進行了綜合考慮，節(jié)約了大量的施工成本和工期，為今后同類的工程施工提供了一個好的借鑒。

(作者單位:安徽省公路橋梁工程公司)

參考文獻:

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