經(jīng)驗介紹：揚中三橋主墩承臺鋼吊箱設(shè)計與施工技術(shù)
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作者：鄭曉敏
1工程概況
揚中三橋是鎮(zhèn)江市區(qū)至揚中市直達通道，南岸起自金港大道，與大姚線相交處，跨過長江揚中夾江，北岸順接已建迎賓大道，路線全長6. 036km。本工程按城市快速干道結(jié)合一級公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，設(shè)計速度為80 km/h，雙向6車道，通航凈空100 m×18 m。
主橋采用75 m+4×125 m+75 m變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，主橋長650 m。夾江大橋共計6跨，7個水中橋墩涉及夾江航道，設(shè)置4個通航孔，橋梁施工過程不中斷通航，不得影響船舶正常航行，不得干擾船舶安全通過橋區(qū)水域，這是本工程的施工及控制的重點與難點。
橋位處水下泥面高程-7. 0～-11.O m，流量、流速隨季節(jié)變化明顯。潮差較大，且變化頻繁。每日兩漲兩落，平均漲潮歷時約3.7 h，落潮歷時約8.8 h。年內(nèi)最高潮位最早出現(xiàn)在6月至9月間，大部分發(fā)生在7，8，9這3個月中。
歷年最高水位為：+6.47 m；歷年最低水位為：-0. 34 m。
2主墩承臺
主墩承臺設(shè)計尺寸為12.9 m（寬）×35.1 m（長）×4.0 m(厚)，近似棱形，左右幅承臺為整體，承臺設(shè)計頂標(biāo)高為+3.o m，底標(biāo)高為-1.0 m。
主墩承臺處河床標(biāo)高為-6. 5～-10 m。據(jù)2009～2011年的有關(guān)資料統(tǒng)計，在當(dāng)年11月～翌年4月長江最高水位約為4.0m，最低水位約為±0.0 m。根據(jù)河床標(biāo)高并結(jié)合現(xiàn)場實際情況，選擇當(dāng)年11月～翌年4月長江低水位季節(jié)的有利時間進行施工。主要工藝采用單壁有底鋼吊箱圍堰法施工，圍堰高度7m，底標(biāo)高-2.5 m，頂標(biāo)高+4.5 m，平面尺寸與承臺尺寸吻合。整個鋼吊箱圍堰重約230 t，主要由底板、側(cè)板、內(nèi)支撐、吊掛系統(tǒng)等部分組成。封底采用水下C30混凝土，分2次進行封底施工。第一次封底混凝土，澆筑標(biāo)高為-2.5～-1.4 m，封底厚度為1.1m;第二次封底混凝土，澆筑標(biāo)高為-1.4～-1.0 m，封底厚度為40 cm。
3鋼吊箱設(shè)計
3.1底板系統(tǒng)
在鋼護筒上焊接臨時牛腿，牛腿頂面標(biāo)高+4. 36 m，在牛腿上鋪設(shè)雙拼132工字鋼底板橫梁，以橫梁為基礎(chǔ)焊接底板主龍骨框架，縱梁與橫梁等高連接，主龍骨框架完畢后，鋪設(shè)縱向次梁114工字鋼，次梁與主梁搭接處滿焊，底板采用10mm厚鋼板，鋪在次梁之上，次梁與面板采用滿焊連接，焊縫厚度不小于焊件材料的最小厚度。臨時牛腿與底板見圖1、圖2。
3.2側(cè)板系統(tǒng)
側(cè)板系統(tǒng)包括面板、豎梁、橫梁、平聯(lián)、斜撐、豎肋、橫肋組成，各個構(gòu)件之間通過焊接連接，面板采用6 mm厚鋼板，側(cè)板分22塊制作，按寬度不同分為3種規(guī)格：①號側(cè)板（直板）16塊；②號側(cè)板（轉(zhuǎn)角弧形板）4塊；③號側(cè)板（端頭弧形板）2塊，高度均為7m，桁架豎梁、橫梁采用角鋼制作。側(cè)板各分塊對稱安裝，使底板受力平衡，并加設(shè)臨時支撐和纜風(fēng)繩，使側(cè)板保持整體穩(wěn)定。側(cè)板安裝完成后，將限位角鋼與底板電焊連接。側(cè)板和底板采用限位角鋼連接，側(cè)板與側(cè)板連接處、限位角鋼與側(cè)板之間，均架設(shè)橡膠止水條，保證密封。側(cè)板和底板采用限位角鋼連接。
為保證在灌注封底混凝土過程中，鋼吊箱內(nèi)外水位基本一致，在鋼吊箱側(cè)板上預(yù)留6個300mm減壓孔，用鋼管制作，焊接在側(cè)板上。側(cè)壁與底板連接見圖3。
3.3底板吊掛系統(tǒng)
底板吊掛系統(tǒng)分為提升架和提升吊桿，在鋼吊箱拼裝完畢后，將1～19號鋼護筒頂部在+6.8m處切割平整。在護筒頂安裝懸挑承重梁，挑梁共8根，采用雙拼600×200H型鋼雙拼制作，挑梁順橋向安裝在護筒頂。為保證挑梁的穩(wěn)定，將挑梁與鋼護筒焊接。在第3排、第6排挑梁上吊點處安裝穿心千斤頂，每排安裝4個，共設(shè)8個穿心千斤頂，每排上的4個穿心千斤頂由1臺油泵控制，保證4個千斤頂同步工作。吊桿采用32精軋螺紋鋼筋，吊桿從挑梁和底板主梁間穿過，底口采用螺帽擰緊。將上下承重結(jié)構(gòu)聯(lián)系在一起。吊掛系統(tǒng)見圖4、圖5。
3.4 圍囹及內(nèi)支撐系統(tǒng)
圍囹采用雙拼I 32a工字鋼，利用直徑×壁厚為500 m×8 mm鋼管樁作為支撐，支撐設(shè)在+4.5 m處，鋼管樁支撐于圍囹間加墊鋼板防止應(yīng)力集中，各構(gòu)件間均為滿焊，焊縫厚度按薄板母材厚度控制。
3.5鋼吊箱側(cè)壁結(jié)構(gòu)優(yōu)化
考察類似工程，鋼吊箱側(cè)板，一般為槽鋼十面板結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)所需鋼材多、在荷載作用下變形大。本工程側(cè)板設(shè)計進行創(chuàng)新，設(shè)計為輕型空間桁架結(jié)構(gòu)，桁架寬度70 cm，層高Im，豎梁、橫梁為10號角鋼，水平、豎向斜撐為7.5號角鋼。結(jié)構(gòu)形式確定后，對最不利工況進行分析、驗算。
側(cè)板最不利狀態(tài)：第一次封底混凝土澆筑完成，達到設(shè)計強度后抽水，水位最高，此時鋼吊箱外水壓力作用在套箱面板上，并由鋼吊箱桁架承擔(dān)；從上向下3～6層豎梁內(nèi)力較大，最大內(nèi)力為177. 69 MPa;第5，6層斜桿所受內(nèi)力較大，最大內(nèi)力為104 MPa。側(cè)壁桁架計算見圖6。第5，6層豎向斜撐采用雙拼7.5號角鋼，外側(cè)豎梁在3～6層設(shè)計為雙拼10號角鋼。通過對最不利工況的分析、驗算，對側(cè)板桁架進行優(yōu)化，進一步節(jié)約材料，減小自重。優(yōu)化后的側(cè)壁桁架見圖7。
4鋼吊箱下放
下放系統(tǒng)安裝完畢后，用8臺千斤頂將鋼吊箱整體提升10 cm，割除臨時牛腿，千斤頂緩慢回油，活塞下移，同時反轉(zhuǎn)千斤頂前端螺帽，油缸全部收回后，固定全段螺帽，松開后端螺帽，千斤頂油缸進油至最大伸長量，固定后端螺帽，松開前端螺帽，回油下放，如此往復(fù)。下放時，每IO cm左右調(diào)平1次，下放至設(shè)計高程后，復(fù)核其平面位置，如不滿足要求，可用普通千斤頂安放在4個角的護筒外壁與吊箱側(cè)板圍囹之間調(diào)整吊箱位置，待其滿足要求后，在4個角的護筒與吊箱側(cè)板之間用定位器（短型鋼）焊接定位。
5 鋼吊箱封底
鋼吊箱下放封底之前，安裝鋼吊箱底部樁基抱箍，封堵護筒與底板之間縫隙。
由于鋼吊箱下沉施工時間較長，在鋼護筒外壁及套箱內(nèi)壁上會存在其他雜物，為了保證混凝土質(zhì)量以及混泥土與鋼護筒之間的握裹力，在澆筑封底混凝土前，由潛水工人下到水下將套箱內(nèi)鋼護筒外部的淤泥清理干凈。
封底采用水下C30混凝土，分2次進行。第一次封底為水下封底，混凝土灌注采用垂直導(dǎo)管法，澆筑標(biāo)高-2.5～-1.4 m，厚度1.1 m，放量約453 m。混凝土澆筑時的擴散半徑按6m考慮，平面布置8個灌注點，導(dǎo)管灌注半徑相互覆蓋，滿足整個承臺范圍的澆筑。封底導(dǎo)管布置見圖8、圖9。
在澆筑前準(zhǔn)備3 kg測量錘6個，12 m測繩6根，每個澆筑點及測點處平臺標(biāo)高應(yīng)提前測出，作為測量混凝土面的依據(jù)，并用油漆標(biāo)示在該處。
水下混凝土配合比的合理設(shè)計是封底成功的重要因素之一，在封底前對混凝土配合比進行了必要的調(diào)整，具體為：設(shè)計強度不小于規(guī)范規(guī)定的設(shè)計強度、混凝土初始坍落度(20±2)cm、混凝土初凝時間大于8 h；水下混凝土的開灌順序，從一側(cè)向另一側(cè)進行，每次開灌順橋向2根導(dǎo)管，首罐混凝土坍落度取下限，每根導(dǎo)管澆筑前，用測深錘從導(dǎo)管內(nèi)測出導(dǎo)管下口與套箱底板的距離，使導(dǎo)管距底板15～20 cm。第一次封底混凝土達到設(shè)計強度后，抽除吊箱內(nèi)江水。在護筒上設(shè)置剪力鍵，剪力鍵為16槽鋼，焊在鋼護筒周邊。并在鋼
護筒周邊設(shè)3圈鋼筋網(wǎng)，澆筑第二層封底混凝土，澆筑標(biāo)高為-1.4～-1.0m，厚度40 cm。澆筑第二次封底混凝土?xí)r，在鋼吊箱內(nèi)壁上畫出-1.0m控制線，保證混凝土平整，采用插入式振搗器振搗，保證混凝土密實。
6結(jié)語
通過揚中三橋5個水中主墩承臺的施工，結(jié)合國內(nèi)其他橋梁施工經(jīng)驗，總結(jié)了一套深水承臺施工技術(shù)，鋼吊箱作為橋墩、臺施工的圍水設(shè)施，又是承臺施工的模板，在主橋施工中起著十分重要的作用，是深水基礎(chǔ)施工的理想工作場地。深水高樁承臺采用有底鋼吊箱施工的方法具有施工難度小，工期短，安全可靠、定位精確等優(yōu)點，有著較好的應(yīng)用前景和良好的經(jīng)濟效益，可供類似橋梁施工參考。
7摘 要
通過揚中三橋5個水中主墩承臺的施工，總結(jié)了一套深水承臺施工技術(shù)。文中簡要敘述主墩承臺鋼吊箱從下放、安裝至封底混凝土的整個施工工藝過程，并總結(jié)了水中鋼吊箱施工的關(guān)鍵、優(yōu)點和不足之處。深水高樁承臺采用有底鋼吊箱施工的方法，具有施工難度小、工期短、安全可靠、定位精確等優(yōu)點，有較好的應(yīng)用前景和經(jīng)濟效益。
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