鋼吊箱圍堰在橋梁樁基施工中的應用研究

王波

綿陽職業技術學院 四川綿陽 621000

摘要：近年來，我國經濟的高速發展同時也帶動了交通運輸行業的發展，一大批跨越江河湖海的大跨度的深水型橋梁逐漸被建設起來。其中，深水構筑物的基礎施工是深水橋梁的施工難點。鋼圍堰、鋼吊箱在目前來說是深水構筑物的基礎施工的主要形式。同普通的鋼圍堰比較，鋼吊箱施工的工期短、水流的阻力小，通航便利、施工工藝簡單、經濟合理等優點，因而被廣泛的采用在深水橋梁樁基施工中。筆者結合京滬高速鐵路濟南黃河公路大橋深水橋梁樁基施工，對鋼吊箱圍堰在橋梁施工中的應用進行了研究。

關鍵詞：鋼吊箱圍堰；深水橋梁樁基；施工技術

1.鋼吊箱圍堰的結構類型比選

目前，國內橋梁的施工難度越來越大，更多類型的跨越海峽的橋梁不斷出現，所以如何在深水環境下進行橋梁樁基施工，也是亟待解決的問題。承臺是樁基重要的組成部分，施工的難度大、環境惡劣。對該部分的工程進行針對性的施工前期準備是保證該工程項的實施順利的保證。首要工作是確定鋼圍堰的結構形式，本文通過對選用單壁圍堰和雙壁、有底的吊箱和無底的圍堰側包底和底包側的結構形式。等方面對圍堰常見的鋼圍堰的形式進行了比選。

（1）雙壁鋼吊箱和單壁鋼吊箱比選

雙壁鋼吊箱圍堰的優點為：隔水效果好，吊箱剛度大，由于是雙壁結構，所以吊箱在水中可實現自浮、易定位、易調整，適用于水深流急處，且可以作為防撞設施。但與普通吊箱結構相比，作為雙壁鋼吊箱拼裝工序、加工制作較為復雜，且鋼材用量相對較多。

單壁鋼吊箱圍堰有優點也有缺點，優點為：在單壁鋼吊箱的制作過程中拼裝浮運方便、加工制作較簡單、用鋼量較少。缺點為：在水中定位調整比較困難，由于是單壁結構，剛度較小，容易漏水，在水深流急區域使用風險過大。

從國內外一些橋梁樁基的施工經驗來看，一般小型承臺的施工多使用單壁鋼吊箱。另外，通過對現場的水文、地質環境進行調查分析可得出，現場河流流速過快的鋼吊箱需具有剛度大且易于定位的要求。最終選用雙壁結構。

（2）無底鋼圍堰與有底鋼吊箱比選

無底鋼圍堰的優點是：鋼材用量相對較小，圍堰在下沉時受干擾較小，施工中不受樁基影響，整個圍堰承受荷載較小且圍堰結構簡單。而缺點就在于由于無底，故在施工過程中封底混凝土容易流失。且為了保證施工環境的干燥，圍堰的刃角需入河床，對地質要求比較高，同時圍堰下沉施工定位難度比較大。

有底鋼吊箱的優點是：在圍堰施工過程中，利用鋼護筒定位，所以圍堰的定位精度比較高。在吊箱下沉的時候，由于是密封的箱體結構，所以底部的封底混凝土不會出現流失現象，同時受地質情況影響較小。缺點就在于有底鋼吊箱用鋼量大，吊箱承受荷載較大，構造較為復雜。同時吊箱在下放過程中會受到橋梁下部樁基的影響，施工難度較高[8]。

濟南的黃河大橋的橋梁基礎，該橋址位置水深流速較快，水底分布大量的石塊，從地質條件來看，河床位置為松軟的土層，影響鋼圍堰的施工。綜合兩種結構類型的優缺點的具體因素和現場實際地質情況，最后采用有底圍堰結構。

（3）側包底的結構形式和底包側的結構形式的比選

側包底的結構形式的優點：底板與側板進行交叉作業，工期縮短，現場的焊接量減少，保障了焊接的質量。底包側的結構形式施工的工期較長，現場的焊接量增大，不能保障焊接的質量。根據對工程實際情況進行分析，側包底結構形式明顯縮短了施工工期。為保障施工現場的焊接的質量，要求專業的焊工對壁板和底板進行焊接。鋼吊箱因此采用側包底的結構形式。

2.鋼吊箱圍堰施工工藝比選

由于施工現場所處環境較為復雜，如何確保鋼吊箱能夠按照要求運送到指定的橋址位置是較關鍵的問題，這就需要進行鋼吊箱施工工藝的比選。鋼吊箱施工工藝比選的內容包括鋼吊箱整體吊裝吊箱的施工工序主要包括加工拼裝、下沉就位、堵漏、封底混凝土澆筑、承臺施工等。

（1）加工拼裝形式比選

目前，對于大型的鋼吊箱圍堰的加工拼裝常采用整體吊裝和現場拼裝兩種形式。

所謂整體吊裝，是將整個承臺分為三個整體依次進行吊裝而成。整體吊裝的優點在于與其他分項工程交叉施工、可以較好的節省工期，由于將承臺分為三部分分塊進行吊裝，分塊下放風險較小，同時可以有效的減少現場的焊接工作量。但是這類加工形式對現場的浮吊設備要求較高，由于2號主墩面積較大，故吊箱所需的加工場地較大。

現場拼裝是指將整個承臺分為較多的小塊進行拼裝，同時對吊裝設備的要求較低，加工形成的鋼圍堰整體性和防水性相對較好，圍堰結構簡單，鋼材用量相對較少。但由于在現場進行散拼，現場的焊接量較大，這就對焊接質量有較高的要求。

通過實際勘察發現，橋址附近有較大的場地進行鋼吊箱整體的加工。根據現場的實際情況，可聘用專業的焊工進行現場焊接以確保鋼吊箱的焊接質量。考慮上面的因素，選擇整體吊裝工藝。

（2）下沉就位方式比選

國內外對于鋼吊箱圍堰下沉就位的方式主要有分節下放和整體下放兩種形式。

鋼吊箱分兩節，下放拼裝完成后的第一節鋼吊箱能入水自浮，加水下沉第二節完成拼裝的鋼吊箱到規定位置是鋼吊箱的分節下放。這類形式的工藝較成熟，施工極為方便，對下放設備的要求相對較小，而且由于分節進行，所以每次下放的重量較小，風險也相對較小。但由于分節進行吊箱的下放，整個吊箱施工的周期會較長，現場的拼裝質量較差。

鋼吊箱的各結構在水面以上被拼裝成整體后下放到規定的位置是鋼吊箱的整體下放。用這類方式進行下沉就位，圍堰的整體剛度較好，拼裝速度較快，有利于縮短工期。但對千斤頂設備要求較高，單次下放重量大，下放風險較高，目前我國這類大型鋼吊箱圍堰整體下放的技術經驗相對較少。

由于分節下放的工藝成熟，施工方便，并且對下放的起吊設備要求不高，下放的風險較小。結合上述原因，本工程采用分節下放的下放工藝。

3.雙壁鋼吊箱圍堰結構設計

與傳統的圍堰結構相比，鋼吊箱的圍堰結構具有施工的工期短、受水流影響較小、不影響通航、材料的用量少、經濟合理等優點，近幾年在橋梁的承臺施工中廣泛采用。例如三門江大橋21、22號主墩基礎施工、淺海涌特大橋7、8號橋墩基礎施工、重慶繞城高速長江大橋主墩基礎施工、荊沙大橋3號主塔墩基礎施工、湖北鄂黃大橋主橋6號墩基礎施工都采用了鋼吊箱圍堰結構。濟南黃河大橋2號主墩鋼吊箱平面尺寸50m×36m。本章將主要結合濟南黃河大橋2號主墩的工程背景對本工程所采用雙壁鋼吊箱的結構進行設計。

（1）底板結構

底板是區分鋼吊箱圍堰和普通鋼圍堰最主要的特征，在圍堰中主要承受豎向荷載。濟南黃河大橋2號主墩，其鋼吊箱采用分配梁底板結構，其主要結構組成：面板15mm，主梁HN500×200、HN400×180，上層底板次梁∟l20×75×20，下層底板次梁∟120×75×20，底板桁架上弦桿2[20b、豎桿[18b、斜桿2[14a、上平連∟75×6。

（2）壁板結構

壁板在鋼吊箱中主要承受靜水壓力、水流及波浪的沖刷作用。濟南黃河大橋基礎施工為了便于鋼吊箱的就位下沉，均采用雙壁鋼吊箱結構施工。2號主墩鋼吊箱壁板，由3節組成，首節高度為5.0m，次節高度為4.4m，第三節高度為6.6m。其結構組成為：內壁板6mm，外壁板8mm，組合箱梁翼緣板20mm、腹板16mm，縱向次梁∟75×50×6，隔艙板12mm，隔艙板加強角鋼∟75×50×6，環板厚20mm，內外壁板橫撐∟80×8、∟90×10、∟100×10、∟125×10。

（3）內支撐結構

本工程的內支撐主要由內圈梁、水平撐桿及豎向支架三部分。內支撐主要承受圍堰側板傳遞來的荷載，同時傳遞到水平撐桿。水平撐桿作用是減小側板位移。豎向支架焊接在底板的底端，其上端與水平撐桿相連。內撐桿采用1200×l4鋼管，豎向支架采用空間桁架結構，由∟85×10和∟