总第１４７期 Ｈｉｇｈｗａｙｓ＆Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ 公 路 与 汽 运 １４５ 上海黄浦江大桥主桥墩钢吊箱围堰施工技术 付继承 （中交二航局第一工程有限公司，湖北武汉４３００１２） 摘要：钢吊箱围堰因施工简单快捷、挡水效果明显、便于施工周转，在桥梁深水基础中被广泛 采用。但是它对起重设备要求较高，一般采用大型起重船进行安装。文中结合上海黄浦江大桥基 础钢吊箱施工，介绍了无大型起重船配合施工时钢吊箱的设计计算与安装施工工艺。 关键词：桥梁；钢吊箱围堰；桥墩；设计计算；施工技术 中图分类号：Ｕ４４５．５５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１—２６６８（２０１１）０６—０１４５—０４ １ 工程概况 上海黄浦江大桥位于上海市松江区，距离下游 原松浦大桥１ ｋｍ，是上海Ａ５公路（连接上海嘉定 与金山的高速公路）横跨黄浦江的特大桥。北起松 四跨为７０ ｍ＋１２０ ｍ＋１２０ ｍ＋７０ ｍ。主桥桥墩３ 个，从北至南分别为１７ 、ｌ８ 、１９ 墩。边墩２个， 北边墩为ｌ６ ，南边墩为２０ 墩。 黄浦江大桥主墩基础采用４５根 ９Ｏｏ ｍｍ的钢 管桩，单根桩长５８ ｍ，其中直桩９根，斜桩３６根。 在承台中呈４排布置，外侧２排为１：６的斜桩２Ｏ 根，内侧２排为１：８的斜桩１６根。主桥基础桩位 布置如图１所示。 江车墩镇，南至松江叶榭镇，由南北引桥和主桥组 成，全桥长１．０５ ｋｍ。黄浦江大桥主桥上部构造设 计为双幅单箱单室三相预应力连续箱梁结构，主桥 图１上海黄埔江大桥主桥基础桩位布置（单位：ｃｍ） 符合初等梁理论中的“平截面假定”。 （５）在各工况下，跨中截面的荷载一挠度曲线 ｌ９９０． １－３３李小祥，石雪飞，阮欣，等．低高度混凝土单箱单室宽箱 梁剪力滞效应研究［Ｊ］．结构工程师，２００８，２４（４）． 始终保持线性变化规律，表明试验宽箱梁处于良好 的线弹性工作阶段，满足试验要求。 参考文献： ［１］张元海．薄壁箱梁的挠曲扭转有限元分析［Ｊ３．土木工 程学报，１９９５，２８（６）． ［４］廖宇，李德建，郑建新．弧形底宽箱梁桥横向效应分析 ［Ｊ］．交通科技与经济，２０１０（１）． ［５］邹毅松，黄少雄．大跨径宽箱梁连续刚构桥剪力滞效应 分析［Ｊ］．公路交通技术，２００７（４）． 收稿日期：２０１１－－０５—３１ ［－２３程翔云．梁桥理论与计算［Ｍ３．北京：人民交通出版社， 公 路 与 汽 运 ｏｎｓ Ｈｉｇｈｗａｙｓ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉ第６期 １４６ 承台为高桩承台，设计为椭圆形，承台尺寸为 ３３．６ ｍ×９．９ ｍ，承台厚度为３．５ ｍ，承台底标高为 十Ｏ．５ ｍ，承台顶标高为＋４．０ ｍ。承台施工采用钢 吊箱围堰的方法。 ２钢吊箱设计与计算 ２．１钢吊箱设计 钢吊箱围堰是为承台施工而设计的临时阻水结 构，其作用是通过钢吊箱围堰侧板和底板上的封底 砼围水，为承台施工提供干施工的环境。 黄浦江属强感潮河流，具有涨落、往复特征。受 径流的影响，涨、落潮有明显的不等现象，落潮历时 大于涨潮历时，最大潮差２．１４ ｍ，平均潮差１．１５ ｍ，最大流速１．６ ｍ／ｓ，浪高１０￣２０ ｃｍ。 受现场起吊能力的影响（下游的松浦大桥净空 只有１１ ｍ，只能通过３０ ｔ的浮吊），钢吊箱结构由 ２８片侧壁板、２片底板、１２榀门式支架、８个撑杆、１２ 个抗浮拉杆、８个连通阀构成。其辅助结构由联系 撑、吊杆和封孔板组成。 ２．２计算工况 根据钢吊箱的施工作业阶段，设计的受力状态 按照３种工况进行分析。 工况工：浇筑封底砼。钢吊箱拼装到位后，在 １２个顶标高为３．０ ｍ的钢管桩桩顶焊接１２个门 架，并用２ＨＮ４５０×２００做桩间联系撑，设置６个吊 点，再用封孔板、抱箍封孔，浇筑水下封底砼。此时 控制壁体内水位与壁外水位同高，卸压阀打开。 工况Ⅱ：钢吊箱抽水。钢吊箱封底砼强度达到 ３０ ＭＰ，吊箱内抽水，卸压阀已封堵。 工况Ⅲ：浇筑第一层承台。抽水完毕，开始浇筑 第一层承台，浇筑高度为１．５ ｍ。考虑钢吊箱的受 力要求，承台砼分２次进行浇筑，第一次浇筑高度 １．５ ｍ，第二次浇筑高度２．０ ｍ。 经计算分析，吊箱各部分验算控制工况如下：底 板的控制工况为工况Ｉ；门架、吊杆及联系撑的控制 工况为工况Ｉ；壁体的控制工况为工况ＩＩ；封底砼的 控制工况为工况Ⅲ。 ２．３ 结构计算 （１）荷载计算。恒荷载＝＝＝３Ｏ Ｘ １０÷（３０６．２３— ４５×１／４７ｃ×０．９。）＝１．０８ ｋＮ／ｍ 。按工况Ｉ（浇筑 封底砼）计算。 底板面荷载：１．０×１４＝：＝１４ ｋＮ／ｍ 底板总荷载：１４＋１．０８＝１５．０８ ｋＮ／ｍ。 ２０１１年１１月 四周线荷载一４１Ｏ÷７９．０７一Ｓ．２ ｋＮ／ｍ 底板面荷载和底板总荷载的方向均向下。 （２）底板次梁计算。按控制工况Ｉ进行验算， 按最不利布置，次梁间距６２０ ｍｍ。 ｗ一 一３７ ６６７．８ ｍｍ３ Ｍ一 一４６．２ ＭＰａ＜［ ］＝１６ｏ ＭＰａ （３）底板面板计算： ：￣／８０．５ ＋（２４．１５—１７） －－８０．５×（２４．１５—１７）一 ７７．２ ＭＰａ≤１．１ａＥａ］一２２３ ＭＰａ （４）底板主梁计算。按控制工况Ｉ进行验算， 对称结构取一半通过ＡＮＳＹＳ建模计算，计算模型 如图２所示，计算结果如图３～６所示。 图２底板主梁整体计算模型 图３底板主梁正应力分布云图（单位：Ｐａ） 从图３～６可以看出：最大变形为２５ ｍｍ；同 时，各材料应力小于其允许值，满足要求。 （５）侧壁壁体计算。按工况Ⅱ计算。高水位 时，考虑水流力和风荷载的影响。外壁最大面荷载 为３９．８ ｋＮ／ｍ。。 （６）侧壁纵向主梁计算。按最不利布置，主梁 间距８００ ｍｍ。 ｗ一 Ｉ一８９ ９００ ｍｍ３ 公 路 与 汽 运 总第１４７期 Ｈｉｇｈｗａｙｓ＆Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ １４７ 图４底板主梁压应力分布云图（单位：Ｐａ） 图５底板主梁轴应力分布云图（单位：Ｐａ） 图６底板主梁位移（单位：ｍ） Ｍ口一 一１Ｏ ＭＰａ＜［ ］＝１６ｏ ＭＰａ （７）面板计算： 口 一￣／８７。＋（２６＋３） 一８７×（２６＋３）： ７７ ＭＰａ≤１．１ａ［ａ］＝２２３ ＭＰａ （８）次梁计算： Ｗ＝专一５０ ６７３ ｍｍ。 Ｍ一 ＝３ｏ ＭＰａ＜ ］－－１６０ ＭＰａ ３钢吊箱的安装施工 上海黄浦江大桥下游１ ｋｍ为松浦大桥，该桥 低水位通航净空为ｌ１ ｍ，大型起重设备无法进入施 工现场，３０ ｔ起重船经过改造勉强能进入施工现场。 故钢吊箱只能采用分片制作安装，采用２０ ｔ手拉葫 芦下放。 施工工艺流程为搭设安装平台一吊装底板一吊 装侧板一侧板螺栓安装一安装门架一安装联系撑一 安装手拉葫芦一安装导向装置一割除安装平台一下 放吊箱至设计标高一紧固精轧螺纹钢上的锚具一安 装吊杆一安装并紧固抗浮拉杆一封底施工。 （１）搭设安装平台。安装平台采用露出水面的 钢管桩上焊牛腿，牛腿的搭设尽量选择在最低潮时 进行。牛腿选用ＨＮ４５Ｏ×２００型钢，牛腿与钢管桩 的焊接采用双面满焊，每根钢管桩上焊２个牛腿，牛 腿上安装［４０ｂ型钢，共计２４根×１１ ｍ。安装完底 板后，考虑到底板上有Ｉ４Ｏｂ型钢和Ｉ３２ａ型钢，底板 底面不平，拟在平台与底板上Ｉ３２ａ型钢接触的地方 焊接８ ｃｍ厚钢板或８ ｃｍ槽钢来调平底板。 （２）底板开孔。桩基础坡度不一，沉桩施工又 存在误差，故底板开孔前先对每根沉桩进行实际桩 位测量。由于部分桩基已沉到水下无法测量，开孔 存在困难，测不出实际桩位的按沉桩估测资料进行 放样。开孔按扩大３０ ｃｍ进行放样。 （３）底板的吊装和焊接。底板加工时，底板的 中间段２．７ ｍ的型钢和底板不焊接，作为底板的调 节段，待两块底板安装到平台进行对位后，再将这一 段的型钢（主次梁）与两块底板焊接连成整体，然后 安装面板，在平台下面进行面板与型钢的焊接。 （４）侧壁板的吊装和吊箱上部撑杆的安装。侧 壁板共分为２８块，单块重约５ ｔ。在侧板加工时，上 部的环向主梁先不焊接，待侧板安装好以后再进行 通长焊接，尽量保证通长。如有对接焊，必须加钢板 进行加强，保证接缝处的强度。侧壁板之间用１ ｃｍ 的橡胶条止水，再用螺栓连接。吊箱顶部撑杆安装 时，２［２ｏ采用面对面拼接，在横向与纵向连接处采 用腹板加强，撑杆与侧壁板连接处亦采用腹板加强， 所有撑杆必须撑到侧板上的环向Ｉ２５ｂ型钢上。 （５）桩间联系撑的安装。即２ＨＮ４５０×２００型 钢的安装。ＨＮ型钢问采用满焊，ＨＮ型钢与钢管 桩的连接处采用双面满焊，使ＨＮ型钢和钢管桩成 为一排架，增加其稳定性，同时ＨＮ型钢伸长或用 其他型钢接长，使其与钢管桩的另一内壁对接焊。 （６）安装手拉葫芦。由于平台搭设以后出现净 高不够的问题，安装中采用接长钢管桩悬挂葫芦的 公 路 与 汽 运 Ｈｉｇｈｗａｙｓ＆Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ 第６期 １４８ 方案。葫芦悬挂在２ＨＮ４５０×２００型钢上。安装底 板共计需１８个２０ ｔ葫芦，链长取６ ｍ，分别安装在 １２根主梁上。 （７）割除安装平台。整个钢吊箱的侧板和底板 安装完以后，葫芦提升钢吊箱约１０ ｃｍ。在低潮时， 人下到钢吊箱底下割除牛腿，用钢丝绳将平台两头 拴好。牛腿割完后，采用一边落勾一边起勾将平台 材料回收，备下次使用。 （８）钢吊箱的下放。钢吊箱采用１８个２０ ｔ手 拉葫芦进行下放。下放过程中用口哨进行指挥，一 声口哨下放一个手拉行程（５０ ｃｍ左右），协调一致 同步下放，并利用标尺随时检查下放的均匀性，对下 放速度较慢的葫芦随时进行调整。 （９）导向装置的安装。手拉葫芦安装后，在低 潮时下放钢吊箱至水面附近，确定钢吊箱的底标高， 并安装导向装置。导向装置安装在加长桩上，其中 钢吊箱上下游２根直桩要在最低水位时接长。导向 架由测量定位，导向架的安装应该和承台的位置吻 合，且每边比承台少２ ｃｍ，利用导向架对吊箱的限 制保证钢吊箱下放过程中平面位置符合设计要求。 （ｉ０）安装门架和吊杆。钢吊箱下放到位后，安 装门架和精轧螺纹钢，调紧精轧螺纹钢的锚具，使钢 吊箱的承重由葫芦改为精轧螺纹钢。门架安装完后 松除葫芦，先松除中间的葫芦，水下安装吊杆，并调 整好标高，再松除两边的葫芦。中间葫芦的卸除采 用顺序作业，切忌几个葫芦同时松除。 （ＩＩ）水下安装封孔板。葫芦卸除以后安装钢 吊箱上部的抗浮拉杆，水下安装封孔板。封孔板采 用水上安装但不紧固抱箍的螺丝，下放至设计位置 以后，潜水员紧固螺丝，并用麻袋砼封堵抱箍和钢管 桩间及抱箍和底板间的缝隙，并确定钢管桩周围的 砼不漏浆，否则会降低砼的强度，保证不了砼和钢管 桩的包裹力。 （１２）关闭联系阀，浇筑水下砼。联系阀的设置 在侧板上，孔的尺寸为３００ ｍｉｌｌ×６００ ｍｍ。关闭联 系阀时，采用４５０ ｍｍ×７００ ｍｍ法兰盘与侧板面板 用螺栓连接，可采用水下连接或水上连接。联系阀 的标高设在＋２．０ ｍ处。低潮位时浇筑水下砼，浇 筑砼过程中尽量平衡钢吊箱内外水头差，保证钢吊 箱不受上浮力。待砼浇筑完成后，打开联系阀，使内 外水位一致，防止封底砼未达强度即承受上浮力，并 时刻关注内外水头差，若联通阀补水不及时，则加备 用潜水泵补水。 ２０１１年ｌ１月 ４出现的问题及建议 黄浦江大桥主墩钢吊箱虽然不大，但是斜桩桩 基使钢吊箱的下放有难度。第一个主墩底板开孔按 设计要求扩大３Ｏ ｃｍ，虽然下放很顺利，但是后序封 孑Ｌ板的安装经多次反复才验收合格。第二个钢吊箱 开孔前经过多少反复测量桩位和坡度后，底板开孑Ｌ 只扩大１５ ｃｍ，虽然下放过程中遇到底板孑Ｌ口与桩 基有接触，但是利用定位吊耳调整吊箱偏位后顺利 下放到位，封孔板安装一次验收合格。故认为底板 开孑Ｌ大小为扩大２０ ｃｍ为宜。 钢吊箱下放过程中出现葫芦崩断，主要原因是 下放过程中指挥不统一、下放不均匀，导致个别葫芦 受力过大。因此，建议下放分阶段进行，每个阶段均 进行同步调整，宜取０．５～１．０ ｍ为一个阶段。 参考文献： ［１］孟金强，崔俊青，韩跃国．曹妃甸特大桥钢吊箱围堰施 工技术［Ｊ］．铁道标准设计，２００９（６）． ［２］吴瑞君，光明．单壁钢吊箱围堰的设计及在三河大桥施 工中的应用［Ｊ］．公路，２００５（１０）． ［３］徐爱军．钢吊箱围堰的施工技术及非线性仿真分析 ＦＪ］．公路，２００５（８）． ［４］庞建军，肖建平．高桩承台钢吊箱围堰施工工艺［Ｊ］．铁 道建筑，２００６（５）． ［５］ 胡永．深水高桩承台钢吊箱设计与施工［Ｊ］．铁道建筑， ２００７（８）． ［６］李彦军，罗园辉，程允武．杭州湾跨海大桥高墩深水承 台单壁钢吊箱的设计［Ｊ］．公路，２００６（６）． ［７］李宗平，杨志德，唐亮．上海长江大桥主桥墩钢吊箱施 工技术［Ｊ］．桥梁建设，２００７（５）． ［８］赵顺涛，潘军．南京大胜关长江大桥６号主墩超大型钢 套箱围堰下沉控制技术［Ｊ］．世界桥梁，２００８（３）． ［９］周炜，杨二磊．特大桥主墩承台钢吊箱围堰施工技术 ［Ｊ］．科技传播，２０１０（１３）． ［１Ｏ］董广文．南京大胜关长江大桥主桥８号墩钢吊箱围堰 封底施工［Ｊ］．桥梁建设，２００９（１）． ［１１］计月华，洪海．夹江大桥主墩钢吊箱围堰施工技术 ［Ａ］．全国城市公路学会第十五届学术年会论文集 ｒＣ］．２００６． ［１２］王桂鹏．钢吊箱围堰的计算与试验研究［Ｄ］．天津：天 津大学，２００８． 收稿日期：２０１１—０６—１９
