鋼吊箱圍堰的結構設計與施工

郭大鵬

廣東省梅州市蕉嶺縣水利水電勘測設計室，廣東 梅州 514100

鋼圍堰、鋼吊箱圍堰是深水構筑物基礎施工的主要阻水方式。為了給深水構筑物及承臺施工提供無水的干燥施工環境，通常設計鋼吊箱圍堰作為臨時阻水結構，吊箱圍堰側板和底板上的封底混凝土形成一個相對封閉的無水區域，方便施工。鋼吊箱圍堰在大跨度、大深度的大型橋梁橋墩的施工中得到廣泛應用。

1 鋼吊箱圍堰的結構設計

1.1 設計依據

根據我國相關政策法規和行業標準，鋼吊箱圍堰的結構設計一般要結合工程的基礎施工設計圖紙和《公路橋涵設計通用規范》、《公路橋涵鋼結構及木結構設計規范》及《鋼結構設計手冊》進行設計。

1.2 設計條件

1.2.1 水位

鋼吊箱圍堰施工時的最低控制水位和最高控制水位，要根據擬建工程所處水域的常年水文變化曲線來確定。

1.2.2 圍堰尺寸

圍堰的尺寸要結合擬建工程的基礎承臺尺寸以及圍堰側模和承臺的制作安裝空間，根據水文部門的監測數據推算出施工時的最高控制水位，這樣就定出了圍堰頂面的標高；經計算得出封底混凝土最小厚度后，再推算出圍堰底板頂面的標高；同時初步擬定圍堰內支撐的標高。

1.2.3 計算工況

設計計算要結合圍堰施工的幾個階段分為：圍堰拼裝下沉階段、圍堰內澆注封底混凝土階段、圍堰抽水及承臺施工前準備階段和承臺施工階段。

1.3 結構設計

鋼吊箱的結構構造由底板、側板、內支撐、懸吊及定位系統組成。下面筆者就分別對其進行闡述。

1）底板的結構形式

通常情況下，底板由鋼模板和型鋼構成。就其結構形式可分為型鋼網格分配梁底板以及空間桁架式底板。這兩種結構形式各自具備優缺點，其中型鋼網格分配梁底板的優點有：快捷方便、施工加工量小、底板安裝工期短；其缺點是：分配梁底板剛度較小，當設計偏弱時，底板會產生較大的變形，從而導致澆注的封底混凝土受拉開裂，質量不易保證。空間桁架式底板的優點有：剛度較大，豎向變形小， 容易保證封底混凝土質量；缺點是：底板加工工藝復雜，加工速度慢，工期較長。綜合分析比較這兩種結構形式，型鋼網格分配梁底板具備的安裝快捷簡便，施工安裝工程量較小，型鋼所需的材料數量與空間桁架式底板基本等量，所以型鋼網格分配梁底板運用的比較多。

2）側板的結構形式

鋼吊箱抵抗水平向靜水壓力、水流力和波浪力的受力構件就是側板。側板構造形式分為單壁圍堰和雙壁圍堰。單壁圍堰，顧名思義其只有一側壁板，結構比較簡單，方便加工和運輸；缺點是必須現場拼裝，下沉時受水流的影響較大，下沉較為困難，如下沉中發生側傾等問題就不好調整。雙壁圍堰的下沉施工就方便的多，兩層壁板中間存在隔艙，可以利用水的浮力，在于下沉過程中調節隔艙內的水量來調節吊箱的位置；但其結構復雜，預制拼裝的難度較大。

3）內支撐的設計

內支撐的組成部分分為內團梁、水平撐桿及豎向支架三個部分。內團梁安裝在側板內壁牛腿上，在吊箱側板的內側。內團梁的主要作用是將側板傳遞的荷載傳給水平撐桿。水平撐桿主要是增加圍堰的剛度，通過對吊箱側板的支撐減小側板變形和位移，豎向支架則是為了支撐水平撐桿，這樣一來，還可以減小水平撐桿的自由長度。豎向支架的上端與水平撐桿焊接， 底端焊接到底板上。

4）支吊系統的設計

以鉆孔樁的鋼護筒為主體和依托，由縱、橫梁，吊桿及鋼護筒組成懸吊系統。在護筒內側牛腿支點上設置橫梁，這樣就將懸吊荷載通過鋼護筒傳遞給樁基。吊桿的作用是將吊箱自重以及封底板的重量傳給縱梁。吊桿下端固定于底板的吊桿梁之上，上端固定于支架的縱梁上。縱梁的作用是支撐吊桿，并將吊桿傳來的荷載傳給橫梁。

2 鋼吊箱圍堰的施工

2.1 鋼吊箱組裝

吊箱制作完成后，應在加工場地進行試拼裝，并將拼裝好的每組吊箱進行編號。根據編號的順序拆卸分片，先最底端再最頂端依次運輸至平臺頂。吊箱的拼裝按照施工組織方案的步驟在鉆孔平臺完成，先后安裝下沉吊箱吊桿及底梁，逐塊拼裝底板、底節吊箱、中節吊箱和上節吊箱。要求吊箱的拼裝盡量不要中斷，應整個吊箱一次拼裝完畢，逐節下沉到位。安裝吊桿時，穿過平臺頂工字梁，用吊車下放底梁，然后連接吊桿及底梁。

2.2 鋼吊箱下沉就位

對組拼好的吊箱進行全面檢查、調整。下沉時，由指揮人員統一下令指揮，操作人員每次下落時指揮人員隨時觀察吊箱頂部是否水平及底部有無障礙情況。若發現吊箱下沉不均勻或傾斜時，應及時找出問題，調整水平后方可繼續下沉。吊箱下沉速度為2m/h，全部下沉后進行標高精確調整。

2.3 灌注封底混凝土

吊箱圍堰進行封底混凝土主要有4個方面的作用，第一是作為平衡重的主體；其二是阻止水的滲漏；其三是抵抗水浮力在吊箱底部形成的彎曲應力；其四作為澆筑承臺混凝土的承重底模。鋼吊箱圍堰施工的成敗關鍵因素之一就是封底混凝土的施工質量，施工時要從下游開始依次倒移向上游進行；應針對水位深度、水流速度、灌注面積大小等因素采取多點位的泵送混凝土快速灌注。在水封前，用自制的鋼絲刷（或用射水的方法）將封底混凝土厚度范圍內的鋼護筒外壁表面附著物清除干凈，以保證封底混凝土與鋼護筒壁間的粘結力。澆筑封底混凝土時會置換出圍堰內的水，可以在吊箱側板上部開口或用水泵抽水等方式排水。

2.4 拆除臨時吊桿

吊箱內部的支撐隨著承臺混凝土的澆筑逐層進行拆除。這樣可以在下一承臺繼續使用，節約成本。一般情況下，在灌筑承臺混凝土48h后卸下吊桿，拆除底模下的托梁。底模與側模連接螺栓拆除后，就可以先拆短邊側模，然后依次拆除長邊的側模。

3 結論

由于鋼吊箱圍堰的施工工序簡單、易于操作， 其在橋梁施工中廣泛運用，壓縮了橋梁下部結構的施工工期，大大減少了封底混凝土用量，提高了生產效率和經濟效益。

[1]徐明祥，楊春生.鋼吊箱圍堰的施工技術[J].山西建筑，2004，5.

[2]黃志峰.鋼吊箱圍堰的結構設計與施工[J].山西建筑，2007，7.

[3]翁湛.高樁承臺鋼吊箱圍堰的設計與施工[J].浙江水利水電專科學校學報，2009，3.