高速公路橋梁承臺施工及鋼吊箱設計

何 楊

（新疆新紀元公路設計有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

引言

鋼吊箱適用于深水基礎的高樁承臺施工，應用此方法時施工單位應做好現場勘查，掌握地質條件、水文特點，然后根據橋梁建設要求，進行鋼吊箱的設計。根據設計方案現場拼裝鋼吊箱，然后下沉、封底，并依次完成承臺、墩身的施工任務[1-2]。鋼吊箱設計與制作質量，以及墩身、承臺施工質量，就成為路橋工程中施工單位的重點管控內容。

1 高速公路橋梁承臺施工技術

1.1 主墩承臺施工技術

在主墩承臺施工前，先將鉆孔平臺拆除，然后安裝吊箱底板，并進行固定，現場制作鋼吊箱的懸吊裝置。鋼吊箱采用提前預制的方式，在制造廠完成制作后，通過汽車運輸到施工現場，使用懸吊裝置分別連接鋼吊箱的四個頂角，吊起后移動到指定位置，在定位系統的輔助下，下沉并準確放置到相應的位置。在鋼吊箱安裝過程中，現場制備混凝土，保證配比合適且充分拌勻，在鋼吊箱沉底后迅速澆筑混凝土，完成封底。在混凝土硬化之后，開始抽水，待內部積水全部抽干排凈后，開始安裝承臺鋼筋。鋼筋相接部位一律采用焊接，同時預埋冷卻循環水管，采用鋼絲綁扎的方式固定在鋼筋上，塔柱施工的預埋件也要在這一環節提前安裝。承臺鋼筋工程結束后，開始澆筑承臺混凝土，充分振搗后進入養護期，在前14 d 通入冷卻循環水，使內部熱量及時消散，養護結束后完成主墩承臺施工。

1.2 薄壁鋼吊箱結構布置

通過受力分析可知，鋼吊箱要承受水的壓力、土的壓力以及混凝土的壓力，為提高其抗壓能力，防止出現變形問題，施工中選擇矩形雙層薄壁鋼吊箱。其中，雙壁鋼板的總厚度為1.2 m，采用桁架結構見圖1。

圖1 矩形雙層薄壁鋼吊箱

鋼吊箱內部，沿著與橋面平行的方向，設計有上、中、下三道支撐，均采用Φ160 mm 的鋼管，提高內部支撐力。底板方面，為提高防水效果，采用“底包側”設計方式，底板的長度和寬度均比鋼吊箱的平面尺寸超過15 cm。除此之外，在頂部四個角上設計了4個用于吊裝的吊點，并重點進行加固。設計臨時承重吊桿，當鋼吊箱完成下沉后，將由吊桿來分擔一部分重力。

1.3 套箱制作

施工企業將鋼吊箱的設計方案交給加工廠，采用預制的方式進行鋼吊箱各個組成構件的制作，然后使用汽車將這些構件運輸到施工現場。（1）構件裝車前，要在汽車上放置木架或鋼架，并進行固定，防止構件在運輸途中因為顛簸、碰撞而出現變形等問題。（2）運輸到施工現場后，檢查構件有無質量缺陷，確認沒有問題后分層焊接，拼裝成整體。構件焊接水平將會對鋼吊箱的拼裝精度和使用效果產生直接影響，也是需要重點管理的內容。焊接前，參考鋼吊箱的設計方案，將每一塊構件進行編號，并依次進行擺放,見圖2，然后按照順序依次完成焊接。（3）檢查焊接質量，如果有未焊透的地方，或者是殘留焊渣等情況，要進行相應的處理，保證焊接質量。

圖2 鋼吊箱分塊布置

1.4 薄壁鋼吊箱的拼裝下沉

完成分塊焊接且經過檢查焊接質量過關后，開始進行鋼吊箱的整體拼裝。（1）安裝底板。測量護筒高度，要求最大高度差不超過5 mm，然后在護筒的上端焊接牛腿。使用吊升裝置將準備好的底板吊起，放置到護筒上，將護筒與底板相接部位進行焊接。（2）拼裝吊箱。參考施工圖紙，在底板上畫出定位基線，并由技術人員進行復核，確認無誤后安裝內支撐。鋼吊箱內部支撐所用材料見表1。（3）下放鋼吊箱。現場吊裝系統的主要部分是一臺40 t千斤頂，將吊裝系統的鋼索連接到鋼吊箱的吊點上。檢查固定牢固后，將其吊起。吊升時先低速后勻速，達到一定高度后進行平移。平移到指定位置后，開始勻速下降，在接近底板時減速。利用底板上的輔助定位裝置，讓鋼吊箱精準度放置在底板上。

表1 向內支撐用料

1.5 套箱封底施工技術

鋼吊箱封底施工時會使用到大量的混凝土。為了方便混凝土澆筑，需要提前布置導管。除了根據施工方案確定導管的直徑、長度等基本參數外，還要檢查導管的質量，包括有無彎曲、變形等，以及進行導管的水密試驗、壓力試驗等。確定符合封底施工要求后，參考設計方案進行測點及導管的布置，見圖3。

圖3 導管及測點的布置

將現場制備好的混凝土裝入泵機中，沿著導管完成封底澆筑。利用提前布置好的測點，地面施工人員可以隨時掌握混凝土的澆筑情況。（1）第一次澆筑至標高后，自然靜置約30 min，此時導管內的混凝土完成初凝，高度會有一定程度的下降。（2）第二次澆筑。在實際澆筑時，可以適當增加封底混凝土的厚度，超出設計值5 ～10 cm。如果因為混凝土質量問題或施工技術問題導致表面出現軟弱層，可以用鐵鏟刮去，從而保證澆筑質量。

1.6 承臺施工技術

（1）做好施工前的準備工作。封底混凝土澆筑完成后，養護一段時間后，測量其強度。通常來說實際強度達到標準值的90%以上，即可進行承臺施工。使用抽水機將鋼吊箱內的水抽出，抽水時還要密切觀察鋼吊箱是否出現變形問題、滲漏情況。如果有此類問題，說明鋼吊箱安裝質量不過關，需要立即停止施工，重新進行檢查并排除問題之后再繼續施工。（2）進行承臺部分施工。包括固定承臺、預埋墩身鋼筋等。鋼筋預埋前除了要檢查是否存在生銹等質量缺陷外，還要對鋼筋的規格、類型等進行逐一對照，確保與設計方案中保持一致。（3）澆筑混凝土。夏季施工時盡量選擇上午及傍晚氣溫較低的時間進行，可以降低混凝土出現承臺裂縫的概率。澆筑后利用前期預埋的冷水管，循環通入冷水，可以有效降低承臺混凝土結構發生裂縫的概率。

1.7 墩身施工技術

施工前，將注漿機的注漿口與循環水冷卻管的開口連接，使泥漿充滿冷卻管，提高混凝土結構的整體強度。然后拆除鋼吊箱的臨時支撐，將預埋鋼筋與墩身鋼筋焊接起來，并澆筑墩身餛飩。采用分層澆筑的方式，每層澆筑結束后進行養護，直到混凝土達到標高。最后進行不低于28 d 的養護，期間注意觀察墩身上是否出現明顯裂縫，如果有需要做相應處理，保證墩身結構穩定，為上部橋面施工創設良好條件。

2 鋼吊箱設計計算

2.1 設計條件

根據前期開展的地質調查，明確設計條件，為鋼吊箱的施工提供必要的參考。其中對鋼吊箱施工和使用質量有重要影響的因素：（1）設計水位為+280 m；（2）設計流速為12 m/s；（3）鋼吊箱頂部標高為+280 m；（4）底板標高為+255 m；（5）倉內最高水位為270 m。

2.2 荷載取值

鋼吊箱下沉后會受到多種作用力的影響，包括土的壓力、水的壓力，以及澆筑混凝土帶來的壓力等。因此，在進行鋼吊箱設計時要計算好荷載，才能保證鋼吊箱的使用質量。根據受力方向的不同，需要考慮水平荷載與垂直荷載。前者主要包括靜水壓力和流水壓力，后者則包括吊箱自重、混凝土重量等。

2.3 吊箱構造

雙層薄壁鋼吊箱的頂部標高為+280 m，底板標高為+255 m。其中，雙壁厚度共1.2 mm，規格為13.4m×8.5 m×21.3 m。水平環板采用12 mm 鋼板，桁架焊接在水平環板上。吊箱水平桁架層間距0.9 ～1.4 m。吊箱共設置8 個鋼箱，鋼箱面板采用8 mm 鋼板，面板用14 mm 厚的鋼板加強，面板縱肋采用L80×50 ×8 mm，間距35 cm。鋼吊箱內部使用3 根內支撐，底板上布置8 個吊點，封底混凝土的平均厚度為1.6 m，使用C30 水下混凝土。

2.4 鋼吊箱底板荷載計算

鋼吊箱封底混凝土的厚度為1.8 m，底板所受荷載來自于澆筑封底混凝土的自重。在設計時，要想讓鋼吊箱正好出于自浮狀態，實際注水深度為10 m。此時澆筑的封底混凝土總重量為30 kN/m3，跨徑取平均值為0.3 m，背肋長度取最大值1.5 m，以0.01 m面板條按簡支梁作為計算模型。在荷載均勻分布的情況下，計算可得：Q混凝土=0.36 kN/m；Q設=1.5×Q混凝土=0.54 kN/m。 底 板 所 受 最 大 荷 載Mmax=0.006 1 kN·m、最大強度Qmax=0.064 kN。由此可得，底板最大正應力：σ=Mmax/W=55.4 MPa ＜196 MPa；τ=Qmax/A=0.67 MPa ＜85 MPa，滿足設計要求。

3 結語

橋梁工程是高速公路工程的重要組成部分，在深水承臺施工時，選擇鋼吊箱圍堰，可以提高防水效果，營造良好作業環境，保證橋梁墩身、承臺施工的高效率、高質量進行。由于不同地區的地質條件、水文特點等存在較為明顯的差異，需要做好現場調查，然后科學設計鋼吊箱尺寸、型式以及選材。在保證鋼吊箱安裝質量的前提下，進行承臺、墩身施工，切實提高高速公路橋梁的質量安全。