２００８年１２月 港工技术 Ｄｅｃ．２００８ 第６期总第１８４期 Ｐｏｒｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｔｏｔａｌ １８４ Ｎｏ．６ 钢吊箱围堰结构设计与施工技术研究 邹海江 ，贾宝书 （１．浙江海洋学院，浙江舟山３１６００４；２．浙江弘业建设有限公司，浙江舟山３１６０００） 摘要：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的侧板和底板或底板上的封底混凝土 围水，为承台施工提供无水的干体作业环境。以武汉白沙洲大桥为例，针对钢吊箱围堰结构设计与施工中存在的问题展开 研究，并提出解决方案。 关键词：钢吊箱；围堰；钻孔桩；封底 中图分类号：ＴＵ７５３．６２ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００４—９５９２（２００８）０６—００３６—０４ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｓｔｅｅｌ Ｈｏｏｋ Ｂｏｘ Ｃｏｆｆｅｒｄａｍ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｔｈｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｚｏｕ Ｈａｉｊｉａｎｇ ，Ｊｉａ Ｂａｏｓｈｕ （１．Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｏｃｅａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｏｕｓｈａｎ Ｚｈ￣ｉａｎｇ ３１６００４，Ｃｈｉｎａ；２．Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｈｏｎｇｙｅ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．， Ｚｈｏｕｓｈａｎ Ｚｈｅｊｉａｎｇ ３１６００４。Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈａｔ ｓｔｅｅｌ ｈｏｏｋ ｂｏｘ ｃｏｆｆｅｒｄａｍ ｉｓ ｔｈａｔ ｐｒｏｖｉｓｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｎｄｅｒｓ ｗａｔｅｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｏｒ ｓｌａｂ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ，ｗｈｏｓｅ ｅｆｆｅｃｔ ｉＳ ｂｙ ｔｈｅ ｓｉｄｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｂａｃｋ ｃｏｖｅｒ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｏｎ ｂｏｔｔｏｍ ｂｏａｒｄ ｏｒ ｂｏｔｔｏｍ ｂｏａｒｄ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｈｏｏｋ ｂｏｘ ｃｏｆｆｅｒｄａｍ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ ａｎｈｙｄｒｏｕｓ ｔｕｎｋ ｂｏｄｙ ｗｏｒｋ ｅｎｖｉｒｒｏｎｍｅｎｔ ｆｏｒ ｓｌａｂ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ．Ｔｈｅ ｔｈｅｓｉｓ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｗｉｔｈ Ｗｕｈａｎ Ｂａｉｓｈａｚｈｏｕ ｂｒｉｄｇｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｘａｍｐｌｅ ｓｐｅｃｉｉｆｃａｌｌｙ ｆｏｒ ｓｔｅｅｌ ｈｏｏｋ ｂｏｘ ｃｏｆｆｅｒｄａｍ ｓｔｕｃｔｒｕｒａｌ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ，ａｎｄ ｇｉｖｅ ｔｈｅ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｏｌｖｅ ｍｅｔｈｏｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｔｅｅｌ ｈｏｏｋ ｂｏｘ；ｃｏｆｆｅｒｄａｍ；ｂｏｒｅｈｏｌｅ ｐｉｌｅ；ｂａｃｋ ｃｏｖｅｒ 钢吊箱围堰是桥梁施工方法钢套箱围堰＋钻孔 武汉白沙洲大桥是大型钢吊箱围堰在深水超 桩围堰中的一种，特别是深水高桩承台施工中较常见 的一种结构型式。它是为连接桥墩上部墩柱与下部 桩基的承台施工设计的临时阻水结构，其作用是通过 钢吊箱围堰的侧板和底板或底板上的封底混凝土围 大跨索结构桥梁基础施工中的成功应用．并取得 良好经济及社会效益，可为今后大跨度深水桥梁 基础施工，特别是长江中、下游类似工程提供参 考。 水，从而为承台施工提供无水的干体作业环境【ｌＪ。 １工程概况 一 一Ｉ Ｉ 瞳圈 一。 ———＿一－—— 目＿目目日ｓ暖弱搿翱聊ｙ 强疆 ——豳翦珊 露舞一 ｌ ０ ＿ｌ——、！＿ 一 ｌ 图１主桥总体布置 ｌ ＝］１ ０ ／｜＾ 尺寸，ｍ 收稿日期：２０Ｏ８—０３—１８ 作者简介：邹海江（１９７４一），男，硕士，讲师，主要从事港口航道和结构 工程的教学及研究工作。 ２００８年第６期 邹海江．等：钢吊箱围堰结构设计与施工技术研究 ・３７・ 武汉白沙洲大桥主桥总体布置示意。见图１。 部分为预应力钢筋混凝土结构。主孔为６１８ ｍ的大 武汉白沙洲大桥是武汉市总体交通规划中跨越 跨钢箱梁。 长江的第三座大桥。主桥部分为一联５０ ｍ＋１８０ ｍ＋ 斜拉桥主孔主塔为钻石型结构，索塔自塔座以 ６１８ ｍ＋１８０ ｍ＋５０ ｍ的钢一混凝土结合梁斜拉桥，桥 上全高１７４．７５ ｍ。主塔基础采用４Ｏ根ｄ１．５５ ｍ嵌岩 长２ ４５８ ｍ，其中边跨５０ ｍ及１８０ ｍ桥跨端部３７ ｎｌ 摩擦桩，横桥向８排，顺桥向５排成矩形布置。主桥 图２主桥索塔基础尺寸 索塔基础示意，见图２。 尺 寸 Ｃ ２钢吊箱围堰结构设计研究 Ⅱ ２．１侧板 钢吊箱围堰是为承台施工而设计的临时阻水结 Ｔ●●●Ｊ 叫●●＿＿１ ｚ Ｏ 吊箱围堰侧板采用双壁结构，壁厚１．５０ ｍ，壁 构．其作用是通过吊箱围堰侧板和吊箱底板围水。底 板面板采用８＝６ ｍｍ钢板，面板背肋采用【８ 槽钢， 板受基础施工影响不能控制底板上的水时，应在底 背肋间距３３（３１１＂１，单项通长布置，加工下料方便。侧 板上浇注水下封底混凝土与吊箱侧板共同围水来为 壁骨架采用以竖向受力为主的桁片式组合骨架，竖 承台施工提供无水的干体施工环境。由钢吊箱使用 向桁片骨架沿吊箱侧壁周长方向等间距１ ｍ布置。 功能，将其分为侧板、底板、内支撑、起吊及锚碇定位 桁片高１．３２８ ｍ，其中桁片上、下弦杆由［１４ｂ＃槽钢、 系统５大部分。其中侧板、底板是吊箱围堰的主要围 １４０ｘ１４０ｘｌＯ角钢，直杆由Ｌ７５ｘ７５ｘ８角钢，斜杆 水结构。钢吊箱围堰结构构造示意，见图３。 由／ｌＯＯｘｌＯＯｘｌＯ角钢．连接板用８＝１０ ｍｍ钢板组 焊而成。内骨架水平桁片除上、下支撑平面位置外。 起吊粱 ｛ ｌ …………『Ｉ 其余均为构造连接，设计为２ ｎｌ一道，不参与受力。 ／ ＼ 上／ ＼ 上／ ＼ 上 ／ ＼ ／内支撑 由于设计吊箱内支撑为多点满布式支撑，因此支撑 ， ／ ＼ ／ 面水平骨架受力很小，按单向板进行受力验算，证 ｌ ／ ＼ 上／ ＼ ／ ＼ ／ｆ ＼ｊ 明用【８ 槽钢作弦杆、斜撑，已能满足结构受力要 一３ ４ ／／ 吊护底杆筒板 ０ 一 求。 ●＿ —， 、 ２．２底板 ｑ 一 ｄ１． 底板为空间桁架式结构，桁架平面尺寸３６ ｍ× Ｉ４．０ Ｌ Ｊ Ｌ３×． ｊ０ ｈ Ｌ ｊ ＿Ｊ Ｑ／ 丝 ６．ｏ，２ ・ 一 ２４ ｍ，桁架高１．０ ｍ。桁架由Ｌ７５ｘ７５￣８、Ｌ６３ｘ６３ｘ６、 ５０ｘ５０ｘ５的３种角钢组焊而成。底板面板用８＝６ ｍｍ钢板。利用底板桁架顶层角钢直接作面板背肋。 底板桁架纵方向距护筒边缘理论宽度３０ ｃｌｎ，面板 与４０根钢护筒相交平面位置各留有半径为２．２０ ｍ 的圆洞。以方便吊箱下放。 ２．３ 内支撑 内支撑为满布式多点支撑，支撑桁架用西乙型 万能杆件组拼而成。桁架平面尺寸３２ ｒｅｘ２０ ｍ，桁架 尺寸，ｍ 高６．０ ｍ。考虑承台施工方便，在吊箱围堰内内支撑 图３钢吊箱围堰结构构造 桁架中间上、下游方向各预留１个４ ｍｘｌ２ ｍ方孔， ・３８・ 港工技术 ２００８年第６期 内支撑桁架四周，通过２根【４０ｂ＂槽钢分配梁接受吊 成。定位船用２艘２００ ｔ方驳．岸侧、江心侧对称布 置，每艘定位船用４个１６ ｔ混凝土锚锚碇。牵拉装 置用ｄ４３．５ ｍｍ粗钢缆将定位船与钢吊箱连接。调 箱间壁传来的水平荷载，此分配梁还作为吊箱拼装 的靠模，起下放导向梁的作用。 ２．４起吊系统 位用５ ｔ慢速卷扬机配滑车组进行。定位装置是在 吊箱下放到位后．封底混凝土初凝前，防止水流压 起吊系统是以基础桩施工的４Ｏ根钢护筒为依 托．将钢吊箱围堰悬挂其上进行钢吊箱施工的系统。 起吊系统 包括起吊分配梁、吊杆起落梁、吊杆、千斤 力、波浪力及靠船力等动荷载对自由悬挂的钢吊箱 发生挠动而影响封底混凝土质量的固定装置。主要 是利用钢护筒的稳定性，将下沉到位的吊箱通过定 位器与钢护筒连成整体而达到钢吊箱的定位．定位 顶等部分。起吊分配梁由２根【５６ｂ 工字钢组合而 成，放置于钢护筒顶，用以悬挂吊杆的分配梁；吊杆 起落梁是为完成吊杆下放而设计的顶升梁，它由２ 器主要用【ｌ４ｂ＃、【１ 槽钢和小型角钢组焊成弧形伸 缩梁。吊箱下放入水前将定位器安装于侧板上，伸 梁缩回，吊箱下放到位后将伸梁拉出。使钢吊箱与 钢护筒固定、定位及布设锚碇系统。 根［２２ｂ＃槽钢组合而成；吊杆用ｄ３２ ｍｍ精轧螺纹钢 筋．吊杆接长和联接器固定用特制螺帽：千斤顶采用 ５０ ｔ油压手动千斤顶，操作方便，价格便宜。 ２．５锚碇定位 ３钢吊箱围堰施工技术研究 主塔墩承台施工钢吊箱围堰结构尺寸和自重 较大，受加工、运输和现场环境制约。为此。针对现 钢吊箱下沉入水后受流水压力作用，吊箱围堰 会向下游漂移。为及时调整吊箱位置，确保顺利下 放。在钢吊箱围堰上游设锚碇系统，随时对下沉中 的钢吊箱围堰进行纠偏。 锚碇系统由定位船、混凝土锚及牵拉装置组 场实际，在完善工艺设计的同时，对钢吊箱的施工 采用灵活多变的施工方法。钢吊箱围堰施工工艺流 程，见图４。 钢 吊 箱 加 水 上 平 台 改 造 测 量 放 样 护 筒 周 围 环 ￣１２ 首 节 底 板 拼 装 钢 吊 箱 入 内 支 撑 与 首 节 次 节 吊 Ｔ 水 自 浮 侧 板 固 定 箱 侧 板 拼 装 下 放 钢 吊 箱 至 钢 吊 第 —－ 次 自 浮 箱 侧 板 隔 仓 加 水 下 沉 钢 吊 箱 到 位 后 纠 偏 定 位 封 底 混 凝 土 抽ＩＩ ｌ Ｊ台 承 水广］施 ｌ Ｉ工 浇 注 境 测 试 图４钢吊箱围堰施工工艺流程 ３．１／ｊｎ－ｒ与运输 行钢吊箱底板桁架的拼装。底板面板拼装完成后现 场铺设，以方便底板桁架及底板上起吊分配梁系统 安装。 钢吊箱的底板、侧板是钢吊箱加工的主要部分， 而内支撑、起吊系统和锚碇定位系统多以标准件为 主，加工量较小。 ３．１．１ 底板 在工地现场加工的底板桁片通过汽车运到交通 船上再到墩位处组装。 ３．１．２侧板 底板为空间桁架式，加工时主要以结构尺寸方 便分块，在工地现场加工。 现场加工标准桁架单元为９．０ ｍｘ１．５ ｍｘ１．０ ＩＴＩ 与２．５ ｍｘ１．５ ｍｘ１．０ ｉｎ ２种。运至墩位水平台组装 侧板为双壁围堰，质量约５４０ ｔ。侧板加工以综 合起重能力为主进行分块，侧板全高１６ ｍ。竖向分 ２节加工，首节高９ ｍ，次节高７ ｍ，每节水平周长方 向直线段按６ ｍ标准段长度分块。 在船厂加工的吊箱侧板，则通过船厂的专用滑 成大块底板桁架。钻孔平台拆除后。在钢护筒上贴 水面位置焊接支撑牛腿，搭设分配梁，并在其上进 ２００８年第６期 邹海江，等：钢吊箱围堰结构设计与施工技术研究 ・３９－ 道上船运抵现场进行组拼。 ３．１．３ 内支撑、起吊系统及锚碇定位系统 内支撑用标准的西乙型万能杆件组拼，内支撑 四周型钢分配梁在工厂加工，船上拼装；起吊分配梁 在工厂分节制作，用船运至现场；锚碇定位系统部分 配件在现场加工、部分在工厂加工；锚碇混凝土锚在 岸上预制，用船运抵现场。 工厂加工起重设备用２台１０ ｔ（２０ ｔ）天桁车抬 吊配合加工．工地现场用８ ｔ小桁吊配２５ ｔ汽车吊 作为起重设备。 要求船厂为钢吊箱加工专门制定严格的加工工 艺规程和质量保证体系，从原材料进厂开始到出厂， 对所有工序派人协同工厂质检部门进行严格的检 测，满足要求后才能出厂。 ３．２拼装及下沉 钢吊箱加工时采用化整为零、分节分块的方法， 解决了起吊、运输的难题。在现场施工时，需将加工 时的标准小单元合并为结构设计的大单元进行组 拼，然后再下沉＿２］。 根据现场无大型起重设备的条件，首节利用基 础施工的钢护筒在其侧面贴水面高度焊制牛腿及分 配梁承台。完成底板和内支撑拼装，所有安设工作均 用基础施工时主墩施工平台两侧的３０ ｔ浮吊进行。 考虑到围堰基础规模庞大。起重机最大悬臂时起吊 能力大于１０ ｔ的起吊系统需在钢护筒顶安设。 首先安装起吊系统的起吊分配梁，并用吊箱底 板和吊箱内支撑分别悬挂于钢护筒顶，再割除牛腿 分配梁，将底板、内支撑分别与钢护筒Ｉ临时固定，放 样后利用底板平台和内支撑靠模板进行吊箱首节侧 板拼装。首节侧板悬拼完成后，吊箱底板加内支撑加 首节侧板约７００ ｔ。 吊箱下放入水时．用ｄ３２ ｍｍ精轧螺纹钢筋作 吊杆，利用４０根钢护筒和小型油压手动千斤顶进行 吊箱下放。为使众多吊杆下放过程受力均匀，在吊杆 上划出标尺，根据千斤顶行程，同时下放，同时锚固。 首节吊箱入水自浮后，再次利用吊杆进行次节侧板 拼装，拼装完成并再次自浮后，给以壁围堰隔舱内加 水使吊箱下放至设计高程。吊箱调平也利用隔舱对 称加水或抽水调平。 ３．３封底混凝土浇注 封底混凝土是为实现吊箱围堰底板封水［ ，施 工工艺为水下浇注混凝土，采用钢性导管法进行封 底。考虑到水下混凝土的流动性和钢护筒的影响，在 吊箱围堰范围内共布设导管１７副。根据计算首盘混 凝土方量，加工大型储料斗．按水下混凝土浇注方法 进行封底施工。 根据现场环境情况。为方便施工。混凝土浇注采 取从上游向下游逐层推进进行。为确保封底质量，封 底前采取如下技术措施： １）用砂袋将封底堵洞钢板与钢护筒间隙密实。 防止漏浆： ２）潜水人员清除封底混凝土上高度范围护筒表 面周围的氧化层．确保封底混凝土与钢护筒间的粘 结力： ３）吊箱围堰内、外设连通装置。使封底过程中吊 箱内、外水头基本保持一致，减少因吊箱内壁水头升 高对底板增加的荷重和对侧板增加的内压力。 承台封底混凝土施工周期长、受制约因素多，为 确保封底施工连续，且混凝土供应质量优良．用浮箱 平台将岸边与主墩平台连接起来，混凝土应直接从 岸边泵车输送，减少施工环节，也避免雾天等对水上 施工可能造成的影响。 ４施工效果 武汉白沙洲大桥主墩基础承台为深水高桩大 体积矩形承台，设计、施工难度大，结合实际情况， 施工采用双壁钢吊箱围堰进行设计施工。 由于设计施工对基础方案确定和钢吊箱易出 现的通病问题进行了预先研究，使得吊箱围堰施工 速度快、质量优、效益好。承台施工的干体施工环境 好，且承台施工按计划抓住了有利的枯水季节，墩 身提前出水，顺利并提前完成了主墩上、下部的交 接，为全桥工期赢得了时间。 ５ 结语 据了解。继武汉白沙洲大桥之后，鄂黄长江公路 大桥、浙江钱塘江五桥主墩基础，也使用了钢吊箱围 堰基础。相信在不远的将来，钢吊箱配钻孔围堰基础 必将以它独到的优势。在大跨度特别是大跨索结构 桥梁中得到更为广泛的应用。 参考文献： ［１］ 秦惠民，叶政青．深基础施工实例［Ｍ】．北京：中国建筑工 业出版社．１９９２． ［２］ 穆静波．多施工层无节奏流水的组织方法【Ｊ】．施工技术， ２００６，３５（１２）：１５０－１５２． ［３］张自杰，方中平，等．建筑结构［Ｍ】．中国建材工业出版社， 】９９９．