深水承台单壁钢吊箱结构设计与施工143553.docx

深水承台单壁钢吊箱结构设计与施工 摘要：结结合富春江江特大桥主主桥深水承承台的施工工，介绍单单壁钢吊箱箱围堰结构构，叙述单单壁钢吊箱箱的设计思思路和施工工要点。关键词：深深水承台 单壁钢吊吊箱 围堰 设计 施工一、工程概概况杭州至千岛岛湖高速公公路杭州至至桐庐段富富阳富春江江特大桥位位于富阳市市东洲街道道的张家村村以南至灵灵桥镇北侧侧，全桥长长16799.5m，全全宽33.5m，分分上下行两两幅。主桥桥为68+2×120+68m三向向预应力混混凝土刚构构-连续组组合梁桥，主主桥下部为为下部采用用薄壁空心心墩。主桥桥61#、662#、663#墩每每个墩单幅幅桩基为99根2.0mm钻孔灌注注桩，横桥桥向3排，每每排3根，主主桥墩位于于富春江深深水区，最最深高程达达-12.500mm。承台顶顶面设计标标高为+44.0000m，底面面设计标高高为0.0000m， 承台平面面尺寸为114.200×14.220m。二、单壁钢钢吊箱的设设计1 构造形形式的选择择围堰是用于于水下施工工的临时性性挡水设施施。深水围围堰施工常常采用钢吊吊箱围堰，经经过对吊箱箱侧板的单单壁、双壁壁两种方案案进行比较较（如表11所示），决定采用单壁结构。表1 钢钢吊箱双壁壁结构与单单壁结构对对比形式材料用量优点缺点双壁结构侧板材料用用量1255.21吨吨，底板材材料用量335.144吨，内支支撑材料用用量25.00吨，合合计1855.35吨吨。（1）吊箱箱拼装及下下沉充分利利用水的浮浮力，下沉沉不用大型型起吊设备备；（2）侧侧板刚度大大，内支撑撑材料用量量少。（1）材料料用量多，加加工难度大大；（2）在在钻孔平台台下拼装侧侧板，难度度大，焊接接工作量大大；（3）下下沉工艺复复杂，工期期长。 单壁结构侧板材料用用量83.71吨，底底板材料用用量30.35吨，内内支撑材料料用量288.76吨吨，合计1142.882吨。（1）节省省材料，加加工方便，加加工质量易易控制；（22）装、拆拆方便，可可兼做承台台施工模板板；（3）承承台施工完完毕，拆除除侧板又可可作为施工工模板；（44）下沉工工艺简单、节节省时间；（5）在在钻孔平台台上拼装侧侧板，焊接接工作量小小，拼装容容易。（1）侧板板刚度小，内内支撑材料料用量多；（2）下下沉时需用用大型起吊吊设备。2 设计条条件（1）水文文条件根据富阳市市水利局提提供的水文文资料并结合吊箱箱施工时间间，确定钢钢吊箱设计计抽水水位位为7.500mm，水流速速取为1.00m/s。（2）工况况条件设计受力状状态主要按按以下几个个工况进行行分析：拼装下沉沉阶段；封底混凝凝土施工阶阶段；抽水后、承承台施工阶阶段。（3）结构构设计条件件综合各工况况条件、水水文条件确确定钢吊箱箱结构设计计条件：围堰平面内内净尺寸：14.220m×14.220m (考虑到吊吊箱围堰侧侧板兼做承承台模板，所所以与承台台平面尺寸寸相同)；侧板顶面面设计标高高：7.5500m；底板顶面面设计标高高：-2.500mm；内支承承标高：44.5000m和7.0000m；设设计抽水水水位：7.500mm。3 结构简简介（如图图1、图22）图1 钢钢吊箱整体体结构立面面图 图2 钢吊箱整整体结构平平面图根据钢吊箱箱使用功能能，将其分分为底板、侧侧板、内支支撑、吊挂挂系统四大大部分。（1）底板板吊箱底板由由底模托梁梁和底模组组成，纵横横边梁各设设2道，每每道由通长长2400a型钢组组成，纵横横中梁各设设4道，每每道由通长长单根I440a型钢钢组成。纵纵、横梁之之间的斜撑撑为2222a型钢钢（吊杆梁梁处为240a型钢钢），纵梁梁之间和横横梁之间分分别设置100×80×8角钢加加劲肋。顶顶板为=8mm钢板板。吊箱分分块的作用用：是为了了在承台施施工完毕后后，方便吊吊箱的拆除除，以减少少材料的损损耗，降低低成本。（2）侧板板侧板由型钢钢、角铁及及钢板焊接接而成。侧侧板分为上上、下两层层。分块的原原则主要是是为了便于于加工和运运输，避免免产生超标标变形，所所以分块较较小。轧制制工字钢、槽槽钢的焊接接拼装，采采用拼接连连接板，并并按被拼接接的工字钢钢、槽钢截截面面积的的等强度条条件来确定定。根据螺螺栓的受力力计算，结结合螺栓的的规距要求求，底板与侧板及侧板与侧板的连接接都采用20mmm的普通螺螺栓1。（3）吊箱箱内支撑内支撑由内内圈梁、水水平斜撑杆杆二部分组组成。设上上下两层。 （4）吊箱吊挂系统： 吊挂系统由纵、横梁、吊杆及钢护筒组成。横梁共计3排，设在钢护筒顶，每排由两片贝雷梁组成。纵梁设置在贝雷梁上，共6排，由2I56型钢组成。吊杆是由32mm精扎螺纹粗钢筋及与之配套的连接器、螺帽组成。4 设计计计算（1）荷载载取值由铁路桥桥涵设计规规范 2荷载组合合V考虑钢钢吊箱围堰堰设计荷载载组合。水平荷载Hj与竖竖直荷载Gj分别别见式1、式式2。Hj静静水压力+流水压力力+风力+其他（1）Gj吊吊箱自重+封底混凝凝土重+浮浮力+其他他（2）其中：单位位面积上的的静水压力力按10kkN/计计，水压随随高度按线线性分布；流水压力PP=0.88Av2/(2g) 3风速很小，在在此可忽略略；封底混凝土土容重;=25.0kN/m3；水的浮力:=10kkN/m33；封底混凝土土与护筒之之间的摩阻阻力取经验验值1000KN/mm2（2）计算算内容综合工况条条件分析和和计算内容容，对钢吊吊箱各部分分取最不利利受力工况况进行计算算。底板受力力以竖向荷荷载为主，其其最不利工工况为底板板混凝土封封底浇注阶阶段，此时时荷载组合合为混凝土土自重+吊吊箱自重+浮力，并并要对吊箱箱入水时底底板受力情情况进行复复算。吊箱箱吊挂系统统与底板一一起进行验验算。侧板以承承受水平荷荷载为主，其其最不利受受力工况为为抽水阶段段（最高水水位时），侧侧板计算包包括竖肋、水水平加劲肋肋、面板、竖竖肋拼接处处及焊接的的内力、变变形及应力力计算。另另外，对吊吊箱逐层入入水及承台台施工（最最低水位时时）等阶段段侧板受力力情况进行行复算。内内支撑系统统与侧板计计算相关，在在侧板验算算的同时完完成验算。吊箱拼装装下沉阶段段主要与吊吊箱自重有有关，以两两层拼装完完成下沉时时为最不利利进行计算算控制，并并据此计算算结果设计计吊点、吊吊带。抗浮计算算分两个阶阶段：第一一阶段是吊吊箱内抽完完水后灌筑筑承台混凝凝土前，吊吊箱自重+封底混凝凝土自重+粘结力>>浮力（最最高施工水水位时）；第二阶段段是浇筑完完承台且混混凝土初凝凝前。吊箱箱自重+承承台混凝土土重+封底底混凝土自自重<粘结结力+浮力力（最底施施工水位时时）封底混凝凝土计算：一是验算算封底混凝凝土周边悬悬臂时的拉拉应力和剪剪应力，以以及中间封封底混凝土土的拉应力力和剪应力力，二是验验算封底混混凝土各种种工况下要要满足施工工条件：抵抗钢吊吊箱封底后后向上的水水压力；依靠其自自身重力抵抵抗钢吊箱箱内抽干水水后所受到到的浮力；浇筑完承承台且混凝凝土初凝前前利用封底底混凝土与与护筒之间间的摩阻力力作为平衡衡重的主体体。三、单壁钢钢吊箱的施施工1 钢吊箱箱的加工为保证钢吊吊箱加工质质量，钢吊吊箱模板应应在工地车车间的胎架架上以平卧卧的形式制制造，并且且在组装后后翻身，尽尽量避免立立焊或仰焊焊。对于易易变形模板板制作时，模模板上方可可予以配重重加压及加加设定位卡卡来控制其其变形，焊焊接时采取取先断焊后后补焊的施施工工艺，以以减少模板板的累积焊焊接变形。2 吊箱拼拼装及下沉沉（见图33）（1）底板板组装：吊吊箱试拼合合格后，在在每个护筒筒处分别以以钢护筒顶顶部圆心AA、钢护筒筒在钢吊箱箱底标高处处的圆心BB、设计中中心O为圆圆心，按比比钢护筒半半径大出110cm的的半径画圆圆，以这三三个圆的外外包络线切切割开挖孔孔洞。孔洞洞开好后，将将吊箱运输输至平台位位置，利用用80t浮浮吊就位，先先将其中一一块套入护护筒沉放至至水面以上上1m左右，用用4只5tt倒链吊在在护筒上，然然后再沉放放另一块至至同一位置置，用4只只5t倒链链吊在护筒筒上，再连连接成整体体，迅速安安装支吊系系统，吊杆杆外周设48mmm钢管作套套管，作用用是防止浇浇混凝土时时吊杆与混混凝土粘结结成整体，造造成钢吊箱箱底板拆除除困难。（2）侧板板安装：钢钢吊箱侧板板吊装时为为减小起吊吊高度及防防止变形过过大，采用用扁担梁四四点起吊。先先安装下节节侧板，待待下节侧板板下沉到便便于上节侧侧板安装的的位置后，安安装上节侧侧板。在用用螺栓将钢钢吊箱侧板板和底板固固定时，螺螺栓要从下下往上穿，以以利于日后后潜水员水水下拆除。安安装侧板的的关键是确确保侧板的的密封性，底板与侧板及侧板与侧板的拼缝间设置10mm厚橡胶止水带，止水带长度不够需接长时，应采取生胶接长，以防在止水带接头处渗水。止水带应事先作止水试验，合格后才能使用4。（3）内支支撑：内圈圈梁直接焊焊在上下层层的侧板上上，内圈梁梁焊接时要要用千斤顶顶配合反力力架使图3 钢钢吊箱拼装装实图圈梁调直并并与侧板密密贴，内圈圈梁四个角角要焊接固固定。 （44）吊箱下下沉：钢吊吊箱下沉采采用四台1100吨液液压穿心千千斤顶与双双肢I566型钢组成成活动扁担担梁式提放放装置，用用精轧螺纹纹螺帽来调调整各吊点点高程，下下沉时使各各沉放点速速度同步，以以确保套图图3 钢吊箱拼拼装实图箱下沉的平平稳安全，避避免扭曲变变形。3 吊箱定定位与堵漏漏由于在围堰堰侧板设有有导向定位位装置（该该装置是根根据护筒的的实际偏位位设计的），因因此，吊箱箱下沉到位位后其平面面位置偏差差均在施工工规范允许许误差范围围以内。用用钢楔将导导向与护筒筒之间的间间隙抄死，用用角钢把围围堰顶口与与钢护筒焊焊牢，确保保吊箱围堰堰在后续的的水封施工工中不得有有平面位移移。采用上上下两层定定位固定，确确保吊箱围围堰在施工工中没有平平面位移及及翻转现象象。然后用用两台千斤斤顶从上下下游两端对对称地逐一一对36根根吊杆进行行调整，使使其受力均均匀（施工工中严禁使使精扎螺纹纹筋导电）。护筒开口封封堵板用橡橡胶皮带，将将橡胶皮带带分条用螺螺栓固定在在圆形压板板上。利用用橡胶皮带带的刚度包包紧护筒以以达到封堵堵的目的。封封堵板的设设置详见图图4。 图4 钢吊箱封封板立面图图压板周围要要设限位装装置，以使使能在平面面位置做适适当的滑动动，以满足足护筒适量量偏位的需需要，套箱箱下沉到位位并精确定定位后，由由潜水员下下水检查，以以确保封堵堵效果。4 灌注封封底混凝土土封底混凝土土灌注主要要难点是水水下混凝土土灌注面积积大、水位位深，混凝凝土随时可可能被水冲冲刷稀释,水位不稳稳定。为了了保证混凝凝土质量，在在施工中采采取了以下下几点措施施：（1）根据据计算的首批混凝土方方量，加工工储料斗，按按水下混凝凝土灌注方方法进行封封底施工，封底用泵泵送混凝土土对角线四四点快速同时时灌注。首批批混凝土浇浇注的浇注注量是大体体积水下混混凝土施工工成败的关关键，其单单管计算见见公式35。 V=h×（d2/4）+（Hc/3）×（D2/4）（33）D混凝土土扩散直径径；Hc首批混凝凝土工作堆堆的高度；h导管内混混凝土顶面面至工作堆堆混凝土顶顶的高度，而而h=Hwwww/c；Hww封底区水水深（底为为钢吊箱底底板）；ww水的容重重；c混凝土的的容重。（2）水封封时潜水员员逐一对每每根护筒四四周进行检检查，以确确保封底时时吊箱底板板不漏混凝凝土。（3）吊箱箱下沉前，用用自制的圆圆筒形钢丝丝刷清除封封底混凝土土高度范围围护筒表面面氧化层及及附着物，确确保封底混混凝土与钢钢护筒间粘粘结力。（4）为了了防止封底底时吊箱内内水位高于于箱外水位位，可预先先在吊箱上上节侧板（箱箱外水位处处）开孔，封封底时排出出箱内封底底混凝土置置换出的水水量。5 承台施施工封底混凝土土达到一定定强度后，即即可按照常常规施工方方法进行承承台施工。在在浇注承台台混凝土时时，根据公公路桥涵施施工技术规规范的规定定，当渗入入水上升速速度较小（参参考值小于于6mm/mmin）时时，可采用用在空气中中灌注混凝凝土6。钢吊箱箱进行混凝凝土封底时时，在吊箱箱底板设置置集水井，在在浇注承台台混凝土时时，用自吸吸泵将水排排出，但在在开始灌注注时，底面面水深不宜宜超过5ccm，且混混凝土初期期灌注的速速度应尽可可能加快，以以使混凝土土底板和侧侧板的压力力尽快的大大于渗水压压力，从而而阻止水渗渗入。承台台施工完后后，利用潜潜水员拆除除水下连接接螺栓，先先侧模后底底模，在潜潜水工配合合之下，利利用浮吊依依次拆除。四、结语及及体会富春江特大大桥承台在在施工完毕毕，经检测测其成品质质量，承台台平面偏位位、平整度度、几何尺尺寸等技术术指标均满满足设计与与规范要求求，说明单单壁钢吊箱箱施工是成成功的。设设计钢吊箱箱的关键是是选取支撑撑方式，模模拟各工矿矿受力要准准确，对其其各部分取取最不利情情况进行计计算。由于于此处单壁壁钢吊箱兼兼做承台施施工的外模模，所以单单壁钢吊箱箱的定位至至关重要。钢钢吊箱在护护筒处的堵堵漏还可采采取由潜水水员水下围围蛇形砂袋袋的方法。混凝土封底布料要注意以下几点：吊箱与护筒之间的夹角的布料，确保封底厚度均匀。钢吊箱封底混凝土施工时，当首批混凝土灌注后若需重新布置下料点，布点完毕严禁二次用大型料斗进行冲击法灌注，以防冲散先灌注的混凝土。当需要重新布点时，应该将灌注用的导管插到钢吊箱底板上，并用自吸泵将导管内的水吸出导管外，然后迅速在该点进行灌注。在进行混凝土封底灌注时，若封底厚度较薄时，在混凝土封底灌注需重新布点时，不能采取拔出先前导管再在新点将其插入的方法灌注：因为若用自吸泵吸水，由于导管埋置较浅，在导管外部的水压力大于导管内混凝土的压力，导管外部的水就会从导管底部压进导管里，造成导管内的水抽不完出。因此当设计的封底厚度较薄时，在变换灌注点位时，应采取原始导管的下口不脱离混凝土而在吊箱底板上匀速移动的移点灌注方法,这样才能确保混凝土施工质量。参考文献：1 汪汪一骏等编编著。钢结构设设计手册（上上册）。北京：中国建筑筑工业出版版社，20004. 2 TBJ96 铁铁路桥涵设设计规范S.北京：中中国铁道出出版社，11996。 3 周周水兴、何何兆益、邹邹毅松等编编著。路桥施工工计算手册册M。北北京：人民民交通出版版社，20001。4 黄黄兴安主编编。道路桥梁梁工程质量量通病防治治手册。北京：中国建筑筑工业出版版社，20002. 5 刘刘吉士、张张俊义、陈陈亚军主编编.桥梁施工工百问.北京：人民交通通出版社，22003。6 JTJ004120000 公路桥桥涵施工技技术规范S.北京：人人民交通出出版社，22000。