長江隧橋工程高樁承臺混凝土底板鋼吊箱施工

向 科

(中鐵二十四局集團有限公司，上海 200070)

1 工程概況

長江隧橋B1標段位于長興島北側，其中水中墩共28座，各墩均設左右兩幅承臺。承臺尺寸11.7 m×7.8 m×2.5 m，承臺頂高程 +4.0 m，承臺底高程 +1.5 m，均為高樁承臺。基礎采用4根φ1.8 m鉆孔灌注樁，樁長77～87 m，見圖1。墩身位置處水深4～12 m，河床變化非常明顯，漲潮和退潮時流水壓力作用顯著。工程地處長江口，為中等強度潮汐河口。長江口季節性臺風主要分布在8月和9月的施工旺季。

圖1 典型樁基礎布置圖(單位:cm)

施工中針對灘海環境下高樁承臺的特點，并根據施工難度大、環境復雜、工期緊張等施工特點，在充分借鑒國內外施工經驗的基礎上，首次設計和應用了混凝土底板鋼側板組合吊箱圍堰，在確保安全和質量的前提下，大大節約了施工成本、縮短了施工周期，在高樁承臺的施工技術上取得了突破。

2 混凝土底板鋼吊箱圍堰特點及組成

與鋼結構底板鋼吊箱、雙壁鋼圍堰和大型鋼套箱等相比，混凝土底板鋼吊箱具有以下特點:①混凝土底板加工簡便，造價低;無需回收，無需水下作業。②現場加工方便，總重量小，易于吊裝移位;結構簡潔，施工周期短。③充分利用了鉆孔樁的4個鋼護筒，便于設置吊掛系統;④不需船舶，節省航道審批時間和船舶租賃費用。

圍堰主要由混凝土底板(封底混凝土)、鋼吊箱壁板及內支撐、吊掛系統(下沉系統)4部分組成，如圖2所示。壁板和底板是圍堰的主要阻水結構并兼作承臺模板。為了澆筑混凝土底板，在其下安裝預制混凝土板作為鋼吊箱底籃，底籃支撐在鋼護筒上的臨時牛腿上。

2.1 鋼吊箱壁板及內支撐

鋼吊箱由壁板、面板豎向背肋、面板橫向背肋、水平環向型鋼、內支撐等結構物組成。

1)鋼吊箱主尺寸。考慮施工10 cm的誤差，鋼吊箱平面尺寸取1 288.6 cm×849.2 cm，壁厚0.246 m。鋼吊箱總高3.7 m，鋼吊箱頂高程為 +4.5 m，鋼吊箱底高程為+0.8 m。

2)鋼吊箱結構布置。鋼吊箱平面每節劃分為6塊，豎向共一節，共6塊，最大塊質量2.66 t，平均質量為2.62 t。壁板厚δ=6 mm的鋼板。

圖2 鋼吊箱圍堰設計圖(單位:cm)

3)鋼吊箱壁板。單壁結構壁板經計算確定面板采用6 mm鋼板。面板豎向背肋:根據鋼圍堰所受荷載大小，使用型鋼［8，平面數量不等，豎向背肋標準間距為40 cm。面板橫向背肋根據鋼圍堰所受荷載大小，使用厚8 mm的鋼板，平面數量不等，橫向背肋標準間距為50 cm。

4)水平環向型鋼。水平環向型鋼是鋼吊箱主要承重部位，采用［16a型鋼，主要承受壁板傳遞的荷載，通過內支撐達到鋼圍堰受力平衡，水平環向型鋼沿豎向布置間距為 30.0、100.0、100.0、122.5、175.0 cm。

5)內支撐。內支撐為 φ273×8 mm的鋼管，按受力及施工空間要求設為1層，高程為+4.325 m，交叉形布置。內支撐對應的位置采用鋼板進行受力分配。

2.2 鋼吊箱底籃

鋼吊箱底籃采用預制混凝土板，厚度d=30 cm。采用“底包側”的方案，底板各邊比吊箱各邊大11.4 cm。底籃共分為4塊，分縫處包［30a槽鋼，中間預留φ2.2 m圓孔穿過鉆孔樁鋼護筒。拼裝到位后，再將接縫處的型鋼用鋼板滿焊使其成為整體。外邊緣設置預埋鐵件與鋼吊箱壁板焊接。如圖3所示。

2.3 吊掛系統

圖3 底籃設計圖(單位:cm)

考慮施工方便，鋼吊箱下沉采用10 t手拉葫蘆進行，要求手拉葫蘆垂直受力。吊點用 φ32制作，設在底籃預制混凝土板上。吊點共16個，每塊設置4個吊點，手拉葫蘆安裝在護筒上的型鋼上。底籃帶著吊箱下沉，吊箱自重(157.3 kN)+底籃自重(570 kN)=727.3 kN，每個吊點受力45.5 kN<100 kN，滿足要求。孔口周邊及吊點處用鋼筋網片進行加強。

2.4 混凝土底板

考慮圍堰內抽完水時，底板在吊箱內外水頭差產生的浮托力作用下不被頂裂，以及吊箱與封底混凝土自重之和大于浮力(避免上浮)，并考慮一定安全系數，確定封底混凝土采用C20混凝土，厚度為70 cm。

3 吊箱制作與拼裝

圍堰施工步驟如圖4所示。首先在陸上進行預制和試拼。然后鉆孔樁鋼護筒上焊接牛腿，搭設臨時拼裝平臺。再利用臨時拼裝平臺吊裝和組拼預制好的混凝土底籃和鋼箱，并安裝內支撐及吊掛系統。系統安裝完成之后，割除臨時牛腿，吊箱在自重作用下下沉。下沉到位后，澆筑封底混凝土。待封底混凝土達到強度后，抽除圍堰內積水，進行承臺施工。承臺施工完畢后，拆除鋼吊箱，進行墩身施工。

3.1 鋼吊箱加工與試拼

分塊加工鋼吊箱壁板，按有關規范、工藝要求編寫鋼板與鋼板間、鋼板與型鋼間及型鋼與型鋼間焊接工藝和施焊原則，以防止焊接變形過大使局部或整體尺寸超出圖紙允許誤差要求。鋼吊箱壁板上的所有焊縫使用煤油100%檢查有無漏焊孔洞。鋼吊箱加工完成，進行鋼吊箱陸地試拼。

3.2 鋼吊箱底籃加工

底籃在陸上進行整體預制，預制時將整個混凝土底模對稱分成四塊，根據設計尺寸先安裝混凝土底模鋼筋，每塊根據鋼護筒位置設置預留孔以及進行吊環等預埋件安裝，如圖5所示。模板檢查合格后灌注混凝土，并及時做好各分塊的標識。混凝土達到設計強度90%時，用平板車將其運至現場棧橋平臺上。

圖4 圍堰施工步驟

圖5 鋼吊箱底籃整體預制

3.3 安裝鋼吊箱底籃

首先在常水位以上的鋼護筒上焊接牛腿，作為臨時支撐。臨時牛腿采用δ=10 mm鋼板加工成梯形，沿鋼護筒圓周方向布置4組，每組由3塊梯形鋼板組成。為方便施工，采用倒掛牛腿的形式，安裝時必須保證4組牛腿頂面在同一水平面上。

混凝土底籃運至現場后，利用50 t履帶吊起吊、安裝。安裝時利用鋼護筒作為導向系統，將其安放在鋼護筒的臨時支撐上，用鋼筋焊接固定，然后根據樁中心位置調整每塊混凝土底模的中心位置。采用同樣的工藝安裝另一塊混凝土底模，當4塊都安裝完畢后，根據承臺中心位置精確調整混凝土底模的中心位置，確保兩者在誤差允許范圍內。

3.4 拼裝鋼吊箱壁板

首先在鋼護筒上焊接支撐牛腿，牛腿頂面高程為+0.5 m，作為鋼吊箱下沉到位的臨時施工平臺支撐。牛腿構造同臨時牛腿。

將陸地試拼平臺上的分塊鋼吊箱按編號順序運輸至棧橋上，采用50 t履帶吊機進行拼接吊裝，50 t履帶吊機采用H30型鋼作為行走軌道，隨吊裝順序移動而移動。水平移位至組拼平臺放樣位置，下放至平臺上后調整垂直度，并用型鋼將該塊鋼吊箱固定在導向架和護筒上。各塊位置固定后將各塊間焊接。鋼吊箱全部分塊拼完合龍，重新調整位置符合設計要求后，方可進行焊接，即焊接相鄰分塊豎向拼接縫(掛梯焊接或用單人吊籃)，將整條豎縫焊接完畢后，再在其上貼0.6 cm×10.0 cm的鋼板帶并進行兩條焊縫的焊接，焊縫的厚度要求必須滿足設計圖紙的要求。

3.5 吊掛系統和沉放系統

吊掛系統設于既有鉆孔樁的鋼護筒上，可充分利用永久結構，方便承臺施工。鋼吊箱主承重梁為雙拼I25a工字鋼，沿橋橫向護筒上平行布置2條，單根主梁長11.5 m，主梁在鋼護筒兩側對稱預留2個φ40 mm吊桿穿孔，穿孔間距為2.4 m。主梁吊掛采用φ32 mm精軋螺紋鋼筋，扁擔梁采用雙拼I25a工字鋼，如圖6所示。

圖6 鋼吊箱吊掛與沉放系統

在施工過程中采用8根6 m長的φ32精軋螺紋鋼、扁擔梁以及8個32 t螺旋千斤頂作為整個鋼吊箱的下沉系統。鋼吊箱的下沉系統采用鋼護筒搭設扁擔梁吊裝鋼吊箱。

4 吊箱沉放

4.1 利用低潮位沉放鋼吊箱

由于鋼吊箱結構本身比較輕，下落到位前抗浮性能和抗風浪的平衡性能較差，所以對下放時間要求較高。為最大限度降低施工難度并減小結構受力，選擇在低潮位進行鋼吊箱沉放。長興島北岸處于長江口，屬于非正規半日潮，在無大風浪的情況下實際潮位比潮汐表所示潮位晚0.5 h，且其落潮比漲潮速度要慢得多。為準確掌握潮位變化情況，利用原有棧橋鋼管樁對潮位進行觀測，咨詢了當地居民并結合《2007年上海潮汐表》確定最低潮位前1 h與后0.5 h為最佳施工時間，即 7∶00 ～8∶30 和 19∶00 ～20∶30，參見圖 7。

圖7 實測潮位表

4.2 鋼吊箱的下沉及精度控制

由于本工程設計的鋼吊箱為單壁結構，既充當下沉結構載體又作為承臺施工鋼模，因而鋼吊箱的軸線準確性直接影響后期承臺的軸線位置。沉放鋼吊箱時，先利用吊掛系統均勻上提圍堰10 cm，割除臨時牛腿并拆除底平臺，然后下沉直至鋼吊箱設計高程處。在下沉過程中每2個千斤頂為一組，操作人員也每兩人一組。在下沉過程中，設專人指揮，統一指令，確保同步下沉。實際施工過程中，鋼吊箱的軸線偏差控制在10 mm以內。以PM22～PM25為例，軸線理論與實測數值偏差對比見表1。

表1 軸線理論與實測數值偏差對比表

5 封底混凝土澆筑控制措施

鋼吊箱下沉到位后，首先用土工布封堵護筒和混凝土底板之間的縫隙，選擇當日的最低潮位時澆筑混凝土，澆筑時采取了以下控制措施。

5.1 設置泄壓平衡閥

根據混凝土承壓不承“沖”(底板從下至上的負水壓對混凝土是一個致命的沖擊)的特點及箱體穩定的需要，在承臺底高程上20 cm處設平衡閥。盡量安排潮位在平衡閥門以下時進行封底，如潮位增勢過猛，可及時開啟該平衡閥，讓圍堰外江水緩慢流入，平衡內外水差，保證混凝土上下壓力平衡，確保封底成功。在承臺混凝土澆筑前，如遇較大的風浪，可以開啟平衡閥，使江水流入鋼吊箱圍堰內，平衡內外水壓，以減輕波浪對鋼吊箱的沖擊力，并減小鋼模板變形。

5.2 臨時加固措施

在鋼吊箱拼裝過程中，加設臨時加固鋼筋。每塊模板利用2根φ16鋼筋與鋼護筒相連接，減少拼裝過程中可能引起的結構變形，保證模板與底板良好的接觸。在鋼吊箱下沉到位時，在鋼吊箱頂部縱向中心軸線處加設雙拼I20工字鋼，并在封底混凝土范圍內加設兩對對拉鋼筋，將順橋向兩塊鋼模板對拉，有效控制澆注混凝土過程中混凝土對側向模板的壓力，減小了模板的變形程度，增強了鋼模板與封底混凝土的密接性能。

6 結語

本次高樁承臺的圍堰方案充分考慮了施工環境的復雜性及承臺結構的特點，首次采用了混凝土底板單壁鋼吊箱圍堰方案，該方案具有成本低、速度快和風險低的顯著特點。通過有效的控制措施、有效利用低潮位和合理的施工組織，鋼吊箱的制作和施工效率高、質量好且施工精度高。該方案不僅在我標段獲得成功應用，而且在全橋同類承臺上普遍推廣運用，為橋梁深水高樁承臺施工積累了寶貴經驗。

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