■張宇琳

（漳州市通順交通建設(shè)有限公司，漳州 363000）

橋梁基礎(chǔ)是一座橋梁的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，而水中橋梁基礎(chǔ)的施工難度大、施工安全風(fēng)險(xiǎn)高，其圍堰結(jié)構(gòu)的選擇和結(jié)構(gòu)的安全性顯得尤為重要。 近些年，隨著橋梁建造水平的提高和施工技術(shù)的不斷革新，預(yù)制混凝土底板鋼吊箱圍堰逐漸被廣泛采用。 本文結(jié)合漳江灣跨海大橋水中承臺預(yù)制混凝土底板鋼吊箱圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工實(shí)例，對預(yù)制混凝土底板鋼吊箱圍堰設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

1 依托工程簡介

依托工程位于福建省漳江灣入海口， 主橋?yàn)椋?3+150+83）m 預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁，分幅設(shè)計(jì)，基礎(chǔ)為分離式承臺基礎(chǔ)，承臺尺寸為（14.2×10.2×3.5）m，單個承臺配6 根大直徑鉆孔灌注樁。橋位處最高潮水位3.27 m（設(shè)計(jì)觀測最高值），最低潮水位-1.4 m；最大漲潮垂線平均流速為0.62 m/s，最大落潮垂線平均流速為0.56 m/s。 河床標(biāo)高-6.0 m，承臺底標(biāo)高-2.5 m。

2 圍堰結(jié)構(gòu)選擇

水下橋梁基礎(chǔ)施工常用的圍堰結(jié)構(gòu)有鋼板樁圍堰、鎖口管柱圍堰、混凝土圍堰、鋼套箱圍堰和鋼吊箱圍堰等，在水中高樁承臺施工時多采用鋼吊箱圍堰。 傳統(tǒng)的鋼吊箱圍堰底板多采用鋼結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)自重較輕、下放難度相對較小，但是抵抗水流力和風(fēng)浪沖擊的能力相對較弱。 近些年逐漸被廣泛采用的預(yù)制混凝土底板鋼吊箱圍堰其底板結(jié)構(gòu)較重，能夠有效提高圍堰抵抗水流力和風(fēng)浪沖擊的能力，增強(qiáng)鋼吊箱圍堰結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。 混凝土結(jié)構(gòu)比鋼結(jié)構(gòu)耐久性強(qiáng)，不便拆除的鋼結(jié)構(gòu)底板后期腐蝕會對周邊水域造成一定程度的污染，相較而言混凝土結(jié)構(gòu)更環(huán)保，并且混凝土底板造價較低[1]。

依托工程主橋承臺為高樁承臺，且工程位于入?？?，漲落潮時水流速度較大，施工周期內(nèi)承臺圍堰結(jié)構(gòu)需要持續(xù)抵抗海上風(fēng)浪沖擊，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和施工環(huán)境特點(diǎn)，承臺圍堰結(jié)構(gòu)選擇預(yù)制混凝土底板的鋼吊箱圍堰較為合理。

3 圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鋼吊箱結(jié)構(gòu)主要包括預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)底板、鋼結(jié)構(gòu)壁板、內(nèi)支撐系統(tǒng)、吊掛系統(tǒng)[2]。 底板結(jié)構(gòu)為20 cm 厚預(yù)制鋼筋混凝土；壁板采用單壁結(jié)構(gòu)，高度7.5 m，結(jié)構(gòu)組成為6 mm 鋼板+[10 橫肋@30 cm+雙拼[20a@80 cm 背枋；內(nèi)支撐系統(tǒng)由雙拼工32a 圍檁和φ351×8 mm 鋼管支撐組成，在承臺底以上2.1 m和4.8 m 位置各設(shè)置1 道； 封底采用C20 混凝土，厚度1.2 m。 承臺總高度3.5 m，分2 次澆筑，首次澆筑高度1.5 m。圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1 所示。預(yù)制混凝土底板如圖2 所示，分塊預(yù)制、拼裝，板塊之間通過預(yù)埋的角鋼焊接固定形成整體，再通過加貼連接鋼板進(jìn)行加固。

圖1 預(yù)制混凝土底板鋼吊箱圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)立面圖

圖2 預(yù)制混凝土底板分塊拼裝示意圖

圍堰結(jié)構(gòu)及承臺施工工藝流程如下：借助鋼護(hù)筒制作底板拼裝平臺→分塊拼裝預(yù)制混凝土底板→安裝鋼吊箱下放裝置→拼裝第一層鋼吊箱壁板→拆除臨時拼裝平臺→第一階段下放→拼裝第二層吊箱模板→安裝圍檁和內(nèi)支撐→安裝鋼吊箱限位裝置→第二階段下放至設(shè)計(jì)位置→底板堵漏→灌注封底混凝土→抽水、澆筑墊層→受力體系轉(zhuǎn)換→綁扎鋼筋、澆筑第一層混凝土→拆除底層圍檁、支撐→綁扎鋼筋、澆筑第二層混凝土。

按照施工流程，選擇5 個主要工況對圍堰結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力驗(yàn)算。 鋼吊箱圍堰結(jié)構(gòu)受力驗(yàn)算采用Midas Civil 進(jìn)行建模（圖3）對各工況下受力情況進(jìn)行受力分析驗(yàn)算， 荷載組合時要綜合考慮靜水壓力、水流力、波浪力、風(fēng)荷載、潮位等因素在相應(yīng)工況中對圍堰結(jié)構(gòu)的影響。 對于預(yù)制混凝土底板，承受荷載應(yīng)考慮底板自重、封底混凝土荷載和鋼吊箱結(jié)構(gòu)荷載，應(yīng)按照鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)對底板配筋、混凝土厚度進(jìn)行驗(yàn)算。 具體工況設(shè)置如下：（1）工況一：封底完成。 對吊桿、分配梁、貝雷梁強(qiáng)度進(jìn)行受力驗(yàn)算；（2）工況二：鋼吊箱抽水完成。 驗(yàn)算高潮位時吊箱抗浮、封底混凝土及吊箱強(qiáng)度；吊箱強(qiáng)度驗(yàn)算荷載組合值：1.2×自重+1.4×高潮位靜水壓力+1.4×高潮位水流壓力+1.4×高潮位波浪力+1.1×高潮位風(fēng)荷載；（3）工況三：第一層混凝土澆筑完成。驗(yàn)算低潮位時底板及吊箱強(qiáng)度；吊箱強(qiáng)度驗(yàn)算荷載組合值：1.2×自重+1.4×低潮位靜水壓力+1.4×低潮位水流壓力+1.4×低潮位波浪力+1.1×低潮位風(fēng)荷載+1.4×1.5 m高混凝土側(cè)壓力；（4）工況四：拆除第一道內(nèi)支撐。驗(yàn)算高潮位時鋼吊箱受力情況；吊箱強(qiáng)度驗(yàn)算荷載組合值：1.2×自重+1.4×高潮位靜水壓力+1.4×高潮位水流壓力+1.4×高潮位波浪力+1.1×高潮位風(fēng)荷載；（5）工況五：第二層混凝土澆筑完成。驗(yàn)算低潮位時鋼吊箱受力情況；吊箱強(qiáng)度驗(yàn)算荷載組合值：1.2×自重+1.4×低潮位靜水壓力+1.4×低潮位水流壓力+1.4×低潮位波浪力+1.1×低潮位風(fēng)荷載+1.4×2 m高混凝土側(cè)壓力。

對于預(yù)制混凝土底板， 承受荷載考慮底板自重、封底混凝土荷載和鋼吊箱結(jié)構(gòu)荷載，按照鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)對底板配筋、 混凝土厚度進(jìn)行驗(yàn)算，作為臨時結(jié)構(gòu)不考慮底板的撓度和裂縫。 根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果受拉區(qū)按照每米板配置7 根Ф16 鋼筋，分布筋按照每米板寬按4 根Φ12 鋼筋布置。各工況下驗(yàn)算結(jié)果為工況二鋼吊箱整體應(yīng)力及變形達(dá)到最大值，各主要構(gòu)配件應(yīng)力及變形情況如表1 所示。

表1 各工況下主要結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力、變形

由表1 可知，各構(gòu)配件應(yīng)力及變形滿足規(guī)范要求。

4 圍堰施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 拼裝平臺搭設(shè)

拼裝平臺高度以高潮位時不影響施工作業(yè)為準(zhǔn)， 首先在樁基施工用的鋼護(hù)筒上定位出標(biāo)高線，保證每根護(hù)筒上牛腿安裝在同一水平面，然后焊接牛腿支撐；牛腿支撐焊接完成之后，鋼護(hù)筒內(nèi)部對應(yīng)牛腿的位置焊接十字內(nèi)撐以減小底板拼裝過程中鋼護(hù)筒變形，這樣能夠提高預(yù)制混凝土底板拼裝精度、 降低鋼吊箱下放過程中與鋼護(hù)筒碰撞的幾率。牛腿、內(nèi)撐焊接完成驗(yàn)收合格后，在牛腿上搭設(shè)拼裝平臺， 拼裝平臺需預(yù)留足夠的人員作業(yè)空間，并同步施工作業(yè)區(qū)臨邊防護(hù)欄桿和防墜網(wǎng)。 拼裝平臺搭設(shè)完成后應(yīng)對各節(jié)點(diǎn)位置標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測、調(diào)整。

4.2 預(yù)制混凝土底板拼裝

預(yù)制混凝土底板在預(yù)制場分塊加工、養(yǎng)護(hù)后運(yùn)輸至現(xiàn)場進(jìn)行拼裝，吊裝、運(yùn)輸過程中須采取有效的防護(hù)措施確保過程中構(gòu)件安全，避免碰撞導(dǎo)致棱角受損或是出現(xiàn)裂縫。

底板運(yùn)輸至現(xiàn)場后利用履帶吊分塊拼裝，拼裝作業(yè)前可以在承重梁上按照底板安裝位置提前焊接限位鋼板或型鋼， 提高初步安裝的定位精度；板塊放置在承重梁上之后利用手拉葫蘆進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整精確定位。 待所有底板分塊吊裝就位后，對板塊之間的對接精度和整體的平面位置進(jìn)行復(fù)測調(diào)整，最后通過板塊之間預(yù)留的角鋼將各板塊連接成整體。 所有焊縫采用通長滿焊，連接角鋼焊接完成后在頂面按照50 cm 間距加貼連接鋼板對拼接處進(jìn)一步加固。 底板現(xiàn)場拼裝如圖4 所示。

圖4 底板現(xiàn)場拼裝

4.3 下放裝置安裝

預(yù)制混凝土底板拼裝完成后，開始安裝鋼吊箱下放裝置，鋼吊箱采用精軋螺紋鋼筋作為吊桿進(jìn)行下放，整個鋼吊箱共設(shè)置12 個下放吊點(diǎn)，動力裝置為24 臺32 t 千斤頂。 首先參照承重梁實(shí)際安裝位置在鋼護(hù)筒頂口精確定位出貝雷梁安裝位置，焊接限位鋼板后安裝貝雷梁并加固；然后在貝雷梁上安裝吊桿錨固用分配梁以及下放用的千斤頂和扁擔(dān)梁；最后把精軋螺紋鋼筋依次穿過扁擔(dān)梁、分配梁、貝雷梁和底板承重梁，安裝扁擔(dān)梁上部和底板承重梁下部的錨固螺母完成下放裝置安裝。 吊桿安裝時需要保證其垂直度，安裝完成后需用扳手緊固螺母盡量保證每根吊桿受力均勻，以保證在后續(xù)下放過程中每個吊點(diǎn)同步受力[3]。 下放系統(tǒng)安裝示意圖如圖5 所示。

圖5 下放系統(tǒng)安裝示意圖

4.4 壁板及支撐系統(tǒng)安裝

為了便于加工和現(xiàn)場安裝， 鋼吊箱壁板沿豎直方向分兩層設(shè)計(jì)，下層壁板高度為3 m，上層壁板高度為4.5 m；沿周長方向根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸分成16 塊，單塊最大吊重2.6 t，采用50 t 履帶吊逐塊進(jìn)行拼裝。

鋼吊箱壁板拼裝前先在預(yù)制混凝土底板上放出壁板內(nèi)邊線，并在底板拼裝平臺上相應(yīng)位置焊接I25 型鋼作為限位塊， 保證每塊壁板對應(yīng)的限位塊不少于2 塊，每條邊端部的限位塊與壁板安裝位置之間應(yīng)預(yù)留1 cm 左右調(diào)節(jié)空間。 壁板拼裝時從一側(cè)長邊開始，先吊裝軸線處一塊下層壁板，首塊壁板吊裝就位后利用I25 型鋼將壁板與鋼護(hù)筒焊接臨時固定，然后對稱向兩邊逐塊拼裝直至下層壁板全部拼裝完成，在單塊壁板吊裝就位并對其平面位置進(jìn)行復(fù)測后及時將鋼吊箱壁板與鋼護(hù)筒臨時固定。 壁板拼接處在一面黏貼泡沫止水膠帶進(jìn)行密封，壁板與底板連接處縫隙填充發(fā)泡劑進(jìn)行封堵[4]。

鋼吊箱拼裝完成后及時安裝內(nèi)外支撐系統(tǒng)。 支撐系統(tǒng)采用50 t 履帶吊進(jìn)行吊裝，安裝時在底板上搭設(shè)移動式作業(yè)平臺，在壁板內(nèi)外相應(yīng)位置焊接牛腿支撐， 然后吊裝圍檁、 支撐并按照要求完成焊接。 圍檁與壁板之間、圍檁與鋼管支撐之間的縫隙超過5 mm 時應(yīng)加墊鋼板填縫， 確保各連接部位貼合嚴(yán)密。

為了保證下放過程和承臺施工過程中鋼吊箱整體位置穩(wěn)定，在每根鋼護(hù)筒上焊接[20a 作為限位裝桿， 限位桿端部距離鋼吊箱壁板預(yù)留1 cm 左右空間保證下放順暢。

4.5 鋼吊箱下放

鋼吊箱底板、壁板、圍檁支撐及下放系統(tǒng)安裝完成后，12 個吊點(diǎn)位置千斤頂同步頂升使底板承重梁脫離支撐牛腿20 cm 左右， 然后鎖緊吊桿螺母，拆除牛腿支撐，開始進(jìn)行鋼吊箱下放。

為了便于控制下放過程中各吊點(diǎn)同步，下放時千斤頂油缸伸出長度和回縮長度全部按照滿行程控制，遇到某個吊點(diǎn)位置下放受阻時，需要暫停下放、調(diào)整油缸至同步后查明原因，排除障礙后繼續(xù)同步下放。 每個行程下放完成后須及時鎖緊吊桿螺母后再調(diào)整千斤頂及扁擔(dān)梁，進(jìn)行下一個行程的下放。單個行程15 cm，每下放5 個行程要對鋼吊箱頂面標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測，確保整個下放過程各個吊點(diǎn)下放進(jìn)度沒有較大偏差。 經(jīng)測量復(fù)測鋼吊箱下放到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，鎖緊吊桿螺母，拆除千斤頂及扁擔(dān)梁，完成鋼吊箱下放。

4.6 底板堵漏

鋼吊箱調(diào)整到位并固定后，由潛水員水下安裝封孔板，每個鋼護(hù)筒封孔板分為3 塊，封堵鋼護(hù)筒與吊箱底板間的間隙后，在封孔板上堆碼一層袋裝砼。 鋼吊箱底板與護(hù)筒之間封堵板設(shè)計(jì)為可推拉的形式，既能夠防止吊箱下放時封堵板上浮，又方便吊箱下放到位之后施工人員移動封堵板。

5 結(jié)論

通過對5 種主要施工工況下圍堰結(jié)構(gòu)受力驗(yàn)算，證實(shí)了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論可行性。 在依托工程圍堰施工過程中，預(yù)制混凝土底板拼接高效、拼縫嚴(yán)密，圍堰整體下放平穩(wěn)，底板與護(hù)筒之間的間隙封堵簡便有效， 圍堰一次封底成功未發(fā)生漏水現(xiàn)象，后續(xù)承臺施工過程中圍堰結(jié)構(gòu)變形、受力均在可控范圍內(nèi)，證實(shí)了該圍堰結(jié)構(gòu)的施工可行性。 預(yù)制混凝土底板鋼吊箱圍堰結(jié)構(gòu)安全性、安裝功效相對較高，能夠較好地適應(yīng)近海水域水中承臺施工，可以為類似工程鋼吊箱圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工提供參考。