大连长山大桥混凝土底板钢吊箱的设计与施工

摘 要：针对大连长山大桥引桥承台施工，解决在流速大、稳潮时间短、受台风影响等水文条件下，高桩承台基础的施工问题。介绍长山大桥引桥混凝土底板钢吊箱的组成、特点及各结构构件的构造，阐述混凝土底板钢吊箱围堰的设计与施工、下放与精度要求、封底混凝土的施工及施工中的控制要点。总结中，证明混凝土底板钢吊箱在海域深水高桩承台中的适用性，具有加工简便、无需回收、无需水下作业、易于吊装移位、结构简洁、施工周期短的特点，可在海域深水高桩承台施工中广泛使用。

关键词：混凝土底板钢吊箱 高桩承台 封底混凝土

中图分类号：U442 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）003-009-02

大连长山大桥混凝土底板钢吊箱的设计与施工

1 工程概况

长山大桥为大连市长海县的一座大型桥梁，大桥全长1790.0m，其桥跨布置为13m+（140m+260m+140m）+12m；引桥为50m跨预应力混凝土连续箱梁，采用移动模架逐孔现浇施工。引桥下部结构为倒花瓶式桥墩，4根 2.5m钻孔桩基，为2排2根布置，承台采用10.65m.65m的矩形承台，承台顶标高+2.50m，承台厚3.0m。引桥3#墩～11#墩、18#墩～26#墩承台设计为高桩承台，承台底部距离海床面约9～19m。

桥位处属正规半日潮型，其落潮历时大于涨潮历时，潮高及潮差均大于大连湾附近海域（潮差4m），海水涨、落潮时流速较大，最大流速1.98m/s，稳潮时间短，最高施工高水位：+1.98m，最低潮水位：-2.03m，浪高：取1.9m。桥址处海床基本无覆盖层，表层多为6～9m厚的全风化、强风化石英岩，表层以下为中风化石英片岩和石英岩，地质单一，岩层强度较高，嵌岩难度大。

2 方案选用

引桥承台施工数量大，需制定一个操作简单、倒用便捷的施工方案，以便满足快速施工的要求，减少成本投入。根据桥位处水文、地质及高桩承台的特点，确定采用结构简便、经济、安装拆除方便的单壁钢吊箱围堰作为承台施工的模板围护结构和承重结构。

3 混凝土底板钢吊箱围堰的特点

和钢底板围堰相比，混凝土底板围堰有如下的特点：（1）混凝土底板节省了钢材，降低了成本；（2）混凝土底板加工简便，并且不影响施工进度，底板的预制可与护筒的插打同时进行；（3）减小了封底厚度，实现了干封，简化了施工工序，无需回收，无需水下作业；（4）充分利用钻孔桩的4个钢护筒设置吊挂系统，节省了起吊设备的费用。

4 混凝土底板钢吊箱围堰基本构造

钢吊箱围堰主要由混凝土底板、钢侧板及内支撑、下放系统、支承系统五部分组成，底板和侧板是围堰的主要阻水结构并兼作承台模板。

4.1 钢吊箱围堰的混凝土底板

钢吊箱围堰的底板由四块5.275m的C30混凝土预制板组成，拼接后尺寸为10.65 m.65 m，厚度为0.4m，采用“底包侧”的方案，底板外侧安装侧模托架。承台施工完毕后，底板不进行拆除。

4.2 钢吊箱围堰的侧板

作为承台施工围护结构的钢吊箱侧板，施工中主要承受承台混凝土的侧压力、水流力及波浪力，取施工水位+1.98m进行计算，以保证侧模的截面抵抗矩满足要求，在荷载共同作用下不会出现侧板失稳。同时侧板的高度要考虑浪高的影响，防止在进行混凝土浇注和养护的过程中，海水溅入吊箱，影响承台混凝土结构的防腐性、耐久性。

4.3 钢吊箱围堰的内支撑

内支撑为HW3000？2，按受力和施工空间要求设置一层，高程为+2.7m，内支撑对应的位置采用钢板进行受力分配。内支撑与侧板之间通过螺栓连接。

4.4 钢吊箱围堰的下放吊挂系统

钢吊箱围堰的下放吊挂承受钢吊箱围堰底板与侧板的重量，由千斤顶、吊挂分配梁、吊杆、连接件及预埋件组成，吊箱围堰设8个吊点，吊点设在混凝土底板上。吊挂分配梁以连续梁进行计算，吊杆采用 32精轧螺纹钢筋。

4.5 钢吊箱围堰的支承系统

钢吊箱围堰下放到位后，于低水位时焊接撑杆与护筒之间的连接板，拆除下放吊挂系统，进行体系转换，改由支承系统承受钢吊箱围堰及封底混凝土及承台混凝土的部分重量，每块混凝土板设五个支撑点，支承牛腿及撑杆按吊点的最大反力进行设计，撑杆采用2[20a。

5 混凝土底板钢吊箱的结构计算

5.1 计算工况

钢吊箱按以下三种控制工况进行计算：围堰整体下放到位；堵漏封底后抽水完成；低水位浇筑承台。

5.2 计算荷载

计算中考虑吊箱所受的荷载包括：静水侧压力、混凝土浇筑时产生的侧压力、水流力、波浪力、风荷载。

5.3 各工况下围堰结构计算

吊箱在各工况的受力计算主要利用MIDAS进行，建立三维空间有限元结构模型，从计算可知吊箱各构件的受力和变形满足要求。从应力图可知侧板小肋应力最大发生在侧板的拐角处，设计时对此处进行了局部补强。

5.3.1 混凝土底板的计算

混凝土底板计算以较不利的封底施工的工况进行计算，对混凝土底板进行配筋设计，确定合适的钢筋布置，确保混凝土底板不会出现少筋及超筋破坏。

5.3.2 围堰抗浮计算

由计算可知，围堰整体抗沉仅靠封底混凝土的粘结力无法满足要求，需依靠封底撑杆共同承担。根据受力进行撑杆设计，并根据受力确定焊接长度，确保进行封底时围堰的整体抗沉满足要求。

5.3.3 封底混凝土强度计算

围堰封底采用强度为C20的混凝土，封底混凝土受力最不利工况为承台浇筑完成后。主要荷载：围堰自重+封底混凝土自重+承台自重。经建模计算，封底素混凝土在护筒0.5m范围外最大应力为0.5MPa。考虑水下混凝土表层质量差，养护时间短等因素，根据《公路钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土桥涵设计规范》（JTJD62-2004），取C20水下混凝土容许应力封底混凝土拉应力[ ]=0.760=742Kpa，素混凝土满足要求，不需配筋加固。

6 混凝土底板钢吊箱围堰施工

6.1 围堰的拼装

6.1.1 围堰吊挂系统、导向装置安装

在钢护筒上画出标高+4.9m的切割线，割除多余钢护筒。要求每根护筒上采用水准仪放出+4.9m标高点，用钢板尺在护筒上画出标高线，然后按线切割钢护筒。

6.1.2 围堰底板安装

低潮位时，利用浮吊拼装围堰底板，调整四块底板的标高与水平方位，使其高差不大于5mm，焊接底板预埋件，将4块底板连接成整体。对底板拼接处缝处混凝土浇筑。

6.1.3 围堰侧板、内支撑安装

待围堰底板拼装完成后，在底板牛腿上安装侧板及内支撑。侧板与底板间连接竖向利用长拉杆拉紧，并在外侧拼缝位置压注发泡材料及砂浆止水；水平向利用U型槽限位，抵抗水压力及混凝土侧压力。侧板间靠连接螺栓拧紧。侧板安装完成后，安装围堰内支撑。

6.2 围堰的下放、固定

待围堰底板、侧板、内支撑及吊挂系统安装且调平后，进行围堰的下放。通过吊挂系统缓慢下放围堰，围堰每下放5cm，需调平一次。钢吊箱围堰下放至设计标高并将吊箱底板与钢护筒临时限位，低水位焊接撑杆与护筒之间连接板，并拆除吊挂系统进行体系转换，体系转换后割除多余钢护筒及撑杆。

6.3 封底混凝土的浇筑

封底混凝土灌注顺序是根据导管的布置依次进行，并且应对称、交错地依次拔球、灌注。

待封底混凝土强度达到设计要求后，关闭侧板连通孔，割除护筒，凿除桩头，清理围堰基坑进行承台施工。

7 关键工艺控制

（1）围堰拼装、下沉过程中，为防止吊箱顶面高差过大、中心偏位、吊箱倾斜，须注意各吊点受力均匀，对钢护筒顶面标高及分配梁顶标高控制，并采用水准仪进行测量检查。

（2）封底混凝土施工过程中，为防止封底混凝土漏水、封底混凝土与钢护筒粘接力不够，须严格控制混凝土和易性、坍落度，严格遵循配合比、严格控制封底混凝土厚度，封底前确保钢护筒表面干净、按图纸要求焊接剪力钢筋。

（3）拼装侧板须注意接缝的密封和模板变形的调整，吊点必须焊接牢固。

8 结束语

本次高桩承台的围堰方案充分考虑了施工环境的复杂性和承台结构的特点，采用了混凝土底板钢吊箱围堰的方案，该方案具有成本低、速度快和风险低的特点。通过有效的控制措施和施工组织，钢吊箱的制作和施工效率高，该方案不仅在长山大桥获得成功应用，并为海域深水高桩承台积累了经验。