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盐官下河桥无封底钢吊箱围堰施工技术

2024-10-14 50 上传者：管理员

摘要：文章依托320国道桐乡凤鸣至大麻段改建工程盐官下河桥上跨盐官下河（Ⅵ级航道）工程，对位于航道中的3#、4#墩采用的新型无封底钢吊箱围堰施工工艺进行了介绍。该工艺中采用的吊箱结构尺寸小，可降低对河道泄洪和通航的影响，且操作简单、安全、便捷，钢吊箱安放仅需2 d,整体节约工期约20 d,同时因无须使用封底混凝土而节约成本约9.6万元，可为类似工程提供参考。

关键词：
围堰
无封底
桥梁
航道
钢吊箱
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随着我国经济的迅速发展，交通基础设施的建设也得到迅猛发展，与此同时在我国江河湖面上修建的桥梁也随之增多，不可避免地需要在水中修建桥墩，而修筑桥墩则要在水中设置围堰等措施，为桥墩施工提供无水的作业场地。钢吊箱围堰是为承台、系梁施工而设计的临时阻水结构，其作用是通过吊箱围堰侧板和底板上的封底混凝土围水，为承台施工提供无水的施工环境[1]。

本文结合320国道桐乡凤鸣至大麻段改建工程的盐官下河桥3#、4#墩无封底钢吊箱围堰为工程实例，总结出一套适用于内外水头差较低(一般≤3 m)、河道对泄洪断面有要求的新型无封底钢吊箱围堰施工工艺，供同类型水中墩施工参考。

1、工程概况

新建盐官下河桥长254 m,桥宽43 m,孔跨形式为7×35 m T梁。盐官下河为Ⅵ级航道，通航净空为22 m×4.5 m,设计最高通航水位为2.06 m,设计最低通航水位为0.46 m,最高百年洪水位为3.43 m,水深为2.9 m,与新建盐官下河桥斜角成60°夹角。常水位期基本无流速，常水位期约占全年的2/3,水位变幅小，历年水位变幅为2～3 m。工程位置处河道宽约60 m,河道基本无纵坡，无明显水位差，水流流速较缓，基本没有横向流速。

2、施工方案

新建盐官下河桥以60°斜跨盐官下河，斜角角度大，同时盐官下河为南排工程终点泄洪河道，3#、4#墩距离岸堤15 m,若采用常规15 mⅣ型钢板桩围堰方案，围占河道截面大，工期长，影响河道泄洪，无法保证施工和泄洪安全。盐官下河桥还是梁场最关键的运梁通道，工期压力大，考虑到系梁埋入水中深度只有1.3 m,项目部经过讨论和方案比选决定采用钢平台(栈桥)+新型钢吊箱的施工方案。

2.1钢平台(栈桥)结构

根据施工及通行需求，共设置6个钢栈桥，6个钢平台。

钢栈桥：横向2#、2′#钢栈桥设计为6 m宽通行栈桥，长54 m;纵向1#、1′#、3#、3′#钢栈桥设计为长12 m,宽8 m。

钢平台：1#、1′#作业平台长10 m,宽6 m, 3#、3′#作业平台长8.5 m,宽6 m,主要用于永久防撞墩的施工；2#、2′#作业平台长48 m,宽3.5 m,主要用于主体3#、4#墩桩基、下部结构及辅助吊箱围堰施工。如图1所示。

图1钢平台(栈桥)平面布置图(mm)

1#、1′#、3#、3′#钢栈桥河中桥墩采用3根直径为630 mm、壁厚为10 mm的螺旋管作为基础，钢管横向间距为3 m。2#、2′#钢栈桥桥墩同样采用2根直径为630 mm、壁厚为10 mm的螺旋管作为基础，钢管横向间距为3.6 m、纵向间距为9 m。钢栈桥上部结构都采用2Ⅰ40a工字钢+贝雷梁+Ⅰ16工字钢+1 cm厚印花钢板的结构形式。

2#、2′#钢平台桥墩采用2根直径为630 mm,壁厚为10 mm的螺旋管作为基础，钢管横向间距为3.7 m,纵向间距为6 m。1#、1′#、3#、3′#钢平台采用3根直径为630 mm,壁厚为10 mm的螺旋管作为基础，其余桥墩与2#、2′#钢平台最外侧桥墩共用。钢平台上部结构都采用2Ⅰ40a工字钢+Ⅰ16工字钢+1 cm印花钢板的结构形式。如图2所示。

图2钢平台(栈桥)立面图(mm)

2.2钢吊箱结构

钢吊箱长22.5 m、宽2.684 m、高2.8 m,由侧板、内支撑及圈梁、底模、吊挂下放系统等组成。

钢吊箱围堰侧板由Ⅰ10型钢、[10型钢和6 mm钢板组成[2];Ⅰ10型工字钢每隔350 mm布置一道；围堰内支撑及圈梁均采用2[20a型钢，内支撑及圈梁布置1层；底模由Ⅰ10型钢、[10型钢和6 mm钢板组成；围堰吊挂系统由下放系统、垫梁和吊带等组成。

3、钢吊箱施工工艺

施工流程为：拆除钢平台上部结构→接长钢管桩→在钢护筒上焊接牛腿→安装吊箱底部纵梁→安装底模→粘贴止水条→安装侧模及内支撑→安装吊挂横梁→安装下放系统→割除牛腿、下放钢吊箱→安装吊带固定钢吊箱→安装止水装置(抽水)→桥梁下部结构施工→拆除钢吊箱。

(1)桩基施工完成后，拆除钢平台Ⅰ16工字钢+10 mm厚钢板组成的面板及桩顶横梁。

(2)接长第1、5、9排钢管桩，后续作为钢吊箱主要支撑结构。

(3)在桩基钢护筒上焊接牛腿，作为钢吊箱拼装时底部纵梁的临时支撑。

(4)在牛腿上放置钢吊箱底部2Ⅰ40a纵梁。

(5)在纵梁上安装底模、侧模和内支撑。底模、侧模互相之间的拼装间隙粘贴遇水膨胀止水带，底模和侧模采用高强螺栓连接。

吊箱底板：由底模托梁和底模组成，底模分3种型式分别为底板A、B、C。板块间采用肋板式栓接结构。底板B内径设计为倒置喇叭口型式，预留为楔形止水装置进行封堵。如图3所示。

图3底板A、B、C构造示意图(mm)

吊箱侧板：采取单壁结构，为肋板式焊接构造，由工字钢和钢板焊接而成[3]。侧板与侧板连接采用螺栓、拉杆及钢楔杆连接，侧板与底板采用螺栓连接，底板外侧焊接小牛腿作为侧板安装的着力点。如图4所示。

图4侧板构造图(mm)

吊箱内支撑：内支撑由内圈梁2[16a、支撑梁2[16a组成。内圈梁在吊箱侧板的内侧形成水平环，设置在侧板内壁竖向支撑上[4-5]。内圈梁的作用主要是承受侧板传递的荷载，并将其传给水平撑杆[6-10]。如图5所示。

图5圈梁和内支撑构造图(mm)

(6)在第(2)步中接长的钢管柱上安装2Ⅰ40a横梁，作为吊挂系统的扁担梁。

在距钢管桩顶150 mm处切割出450 mm高、440 mm宽的槽口以便分配梁拆除及安装，分配梁与钢管桩间设加劲板焊接固定。

(7)安装下放系统。吊箱下放系统由吊点、吊杆、液压千斤顶及与之配套的锚具、夹片构成，千斤顶的上端安装有上锚具，千斤顶与扁担梁之间安装有支撑架，扁担梁顶端安装有位于支撑架内的下锚具。吊杆由7×ϕ15.2mm钢绞线及与之配套的锚具、夹片组成。共4根吊杆，吊杆下端与底板的纵梁相连，上端与下放钢吊箱的吊挂系统相连。如图6所示。

图6钢吊箱下放系统构造图

(8)用钢绞线将钢吊箱吊起，割除牛腿，为下放钢吊箱留出空间，控制4台千斤顶同时下放钢吊箱至设计标高。

(9)安装吊带，固定钢吊箱。吊挂系统由分配梁、吊带及钢管桩构成，吊挂系统的作用是承担吊箱自重及系梁混凝土的重量[11]。将钢管桩顶分配梁恢复原位，通过吊带将吊箱承重转换至5排分配梁上。如图7所示。

图7吊带和分配梁结构图

(10)安装止水装置。钢吊箱组装缝之间粘贴止水条，钢吊箱与护筒之间采用条形和弧形钢板组成。

钢吊箱和护筒之间的止水是整个钢吊箱施工的最关键工序。将条形水泥砂浆布袋塞入间隙凹槽中用以封堵钢吊箱与护筒之间的间隙，人工将缝隙挤压密实，采用弧形钢板固定住水泥砂浆布袋，达到初步的止水效果。待砂浆凝固后，利用水泵将吊箱内水排出后，将弧形钢板与护筒接触部位焊接牢固，同时在弧形钢板上焊接加劲肋与护筒连接，起到加固作用，防止因浮力将止水块挤出，为系梁施工提供了干燥无水的施工条件。

(11)钢吊箱止水完成后，按照陆上常规的桥梁下部结构的施工工艺进行系梁、墩柱等结构施工。

(12)桥梁下部结构施工完成后拆除钢吊箱。按照钢吊箱上部内支撑、侧模、底部横梁、底部纵梁、底模的顺序进行拆除。

4、钢吊箱结构验算

4.1计算模型

采用Midas Civil软件，按设计尺寸建立计算模型，进行计算分析。计算模型如图8所示。

图8吊箱围堰计算模型图

4.2荷载组合及工况

吊箱围堰荷载主要由围堰自重、水浮力、系梁自重、模板自重、静水侧压、波浪力及施工荷载组成。波浪力浪高按0.5m考虑，压力强度应沿深度变化，在水面处达到最大。为了简化计算，波浪力偏安全地考虑为水面处压力强度的均布荷载。计算时围堰下放时仅考虑围堰自重及施工荷载，围堰止水后，底板所受荷载小于系梁浇筑时荷载，因此计算时仅考虑系梁浇筑工况，不考虑围堰底部水浮力作用。另因围堰侧板与围堰底板结构相同，且受力较小，计算结果不再罗列。吊箱围堰荷载布置如图9所示。

图9钢吊箱围堰荷载布置示意图

吊箱围堰整个的施工周期内，主要施工阶段如下：

阶段一：钢吊箱组装完成准备下放，主要由千斤顶组成的下放系统受力。

阶段二：钢吊箱下放到设计标高，还未进行止水作业。

阶段三：钢吊箱止水后，吊箱内开始抽水，钢吊箱开始受到水压力。

阶段四：钢吊箱内抽水完成，开始系梁施工。

阶段五：系梁、墩柱施工完成。

阶段六：钢吊箱拆除。

经过计算分析，阶段四为钢吊箱最不利的阶段，各构件最大组合应力为139.6MPa,<215MPa,满足要求。

在阶段四对面板(包含底板、侧板)、底板型钢、吊挂系统、围堰底模纵梁、围堰内支撑分别进行详细计算：面板最大组合应力为157.2MPa,<215MPa,面板强度满足要求，面板最大挠度为0.625mm,<1.50mm,刚度满足要求；底板型钢最大组合应力为95.7MPa,<215MPa,满足要求，最大剪应力为18.8MPa,<125MPa,满足要求，标准组合下最大相对挠度为2.774mm,<2 400/400=6.0mm,满足要求；围堰吊挂系统、围堰底模纵梁、围堰内支撑结构最大组合应力为66.9MPa,<215MPa,满足要求，最大剪应力为26.5MPa,<125MPa,满足要求。

5、技术优势

(1)操作便捷：

传统钢吊箱围堰下放工艺采用普通穿心千斤顶作为提升设备，采用精轧螺纹钢作为吊杆人工指挥下放，下放同步性很难保证。本钢吊箱下放系统采用液压同步提升千斤顶系统，所有千斤顶由同一台电脑控制，电脑实时收集各个千斤顶的下放行程，根据下放误差，既可以统一调整所有千斤顶下一个行程的下放高度，也可单独调整某一个千斤顶的下放行程，同步性良好，操作简单、便捷。

(2)止水效果好：

钢吊箱止水系统是整个系统最关键的部位。底板、侧板之间使用膨胀止水带封闭，其次钢吊箱和钢护筒之间的止水难度较大，采用自制砂浆布袋封堵后，用钢板压实，待砂浆硬化后，止水效果明显，在吊箱底部增加集水箱，便于抽干河水。

(3)安全性高：

钢吊箱安拆、止水可全部在钢平台和钢吊箱内操作，避免了人员下水风险。

(4)节约工期：

每套钢吊箱的安装可在2d内完成，拆除可在1d内完成，若采用钢板桩，每套钢板桩打设加上围檩等安装需要7d时间，节约了大量的钢板桩安拆时间。

6、结语

盐官下河桥采用此新型钢吊箱有效地提高了工作效率，整体节约20d工期，为梁场减轻了存梁压力；吊箱横截面尺寸小，同时吊箱不用放置河底，最大限度地降低了对泄洪的影响；在吊箱的整个安装和系梁施工期间，人员基本都在钢平台和吊箱内作业，施工更安全；省去钢板桩围堰封底混凝土费用，共节约成本约9.6万元。

综上所述，此新型钢吊箱已经在盐官下河桥顺利实施并取得了很好的效果，说明此新型钢吊箱完全能够胜任浅水区(吊箱内外水头≤3m)钢筋混凝土结构的施工，可为同类型桥梁提供可靠的借鉴。

参考文献:

[1]郑机.桥梁水中墩承台预制施工方法探讨[J].铁道工程学报,2011(9):53-57.

[2]丁学正,沙友德,廖满平.单壁钢吊箱围堰在毛竹港深水承台基坑支护中的应用[J].施工技术,2011(2):56-59.