鋼吊箱圍堰在橋梁基礎工程中的運用

　　關鍵字：圍堰，橋梁基礎，鋼板樁，砼樁

　　0、引言：

　　過去我國在橋梁深水基礎理論及施工實踐上有了很大的發(fā)展。圍堰在橋梁基礎施工中的應用越來越多。各種各樣的結構型式，以著制造及拼裝都很方便，施工速度快，質(zhì)量好，成本低，污染少等各自特點成為我國橋梁深水基礎施工采用的各種結構形式。例如湖北鄂黃大橋6#墩施工系列技術問題的處理，以及荊沙大橋2#主塔、溫州大橋主塔、武漢白沙洲大橋3#主塔、三峽上游等基礎施工。國外的在深水基礎上的主要動向也十分明確，即向基礎結構的大型化及整體化、施工工藝的工廠預制化及現(xiàn)場施工機械化的方向發(fā)展。其主要目的是在施工條件惡劣的橋址處即可能地減少水上施工工作量和作業(yè)時間，提高工程質(zhì)量并縮短工期。本文對現(xiàn)代橋梁深水基礎施工方法及如何合理的選用進行深入分析，同時，本文結合實際工程詳細探討了貴州某工程橋梁深水基礎圍堰的合理方案。

　　一、 工程概況

　　1.1工程簡介：

　　貴州某橋全長162m斜跨河橋梁，有二個橋臺和一個橋墩構成下部基礎。

　　1.2工程地質(zhì)、水文地質(zhì)東溪段水下地質(zhì)情況：

　　由河床面從上到下巖性為細砂、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)砂、粘土、粗砂。具有高壓縮性和欠固結性、低承載力等特點，土層工程地質(zhì)條件差。

　　本市15年一遇水位8.61m，流量6281m3，流速1.397m/s，降水量的年內(nèi)分配很不均勻，主要集中在汛期4～8月，占全年降水量的76％。降雨特點是春夏以峰面雨為主。正常水位4.2m，河寬176.7m；2007年該區(qū)域最高水位8m，最低水位2.3m；2008年該區(qū)域最高水位5.5m，最低水位2.5m；汛期4月至9月，百年流量:Q100=6281m3/s，百年設計水位:H100=9.75m，百年流量相對應的流速:V100=1.397m/s。

　　本地區(qū)屬亞熱帶氣候。年平均氣溫在15～19℃之間，日夜溫差大，極端氣溫變幅不大。詳見圖1�！�            

　　二、 圍堰有哪些類型及其適用條件

　　圍堰的結構形式和材料多種多樣須根據(jù)水深、流速、地質(zhì)情況、基礎形式等條件而定。圍堰的基本類型和適用條件如表1—1。                 

　　1-1使用類型及使用條件

　　國內(nèi)深水承臺施工，多采用沉井、鋼圍堰或鋼吊箱法。由于沉井和鋼圍堰施工工序繁鎖，工期長，材料用量大，而鋼吊箱工藝操作簡單，節(jié)約工期，材料用量合理并能回收再利用，技術上可行。所以我們確定采用鋼吊箱施工方案，并對吊箱側板的單壁、雙壁兩種方案進行了比較（如表2所示），結合本工程工期、結構特點及施工經(jīng)驗等，本項目鋼吊箱側板采用單壁結構�！　�              

　　三、 施工技術

　　綜合各工況條件、水位條件和施工時間，確定鋼吊箱結構設計條件（1#~3#墩）：圍堰平面內(nèi)凈尺寸：13.00m×13.00m(與承臺平面尺寸相同,考慮吊箱圍堰側板兼做承臺模板)；

　　側板頂面設計標高：7.50m（保證承臺施工在干燥無水的條件下進行，根據(jù)施工時間安排，此時預計施工水位最低在4.00m左右，最高為7.50m）；

　　底板頂面設計標高：-2.50m（封底混凝土厚度為2.50m,承臺的底標高為0.00m）；

　　內(nèi)支承標高：4.50m和7.00m（最不利工況處）；

　　設計抽水水位：7.50m；

　　根據(jù)自然水位變化及鋼吊箱施工作業(yè)時段，設計施工受力結構主要按照最高水位時，吊箱內(nèi)抽干水后側板所受水壓力為設計依據(jù)，最低水位時，現(xiàn)澆承臺砼側壓力進行校核，考慮最高水位時，鋼吊箱抗浮措施。

　　3.1荷載取值依據(jù)

　　由《橋涵設計規(guī)范》荷載組合V考慮鋼吊箱圍堰設計荷載組合。

　　水平荷載：∑Hj＝靜水壓力+流水壓力+風力+其他；

　　豎直荷載：∑Gj＝吊箱自重+封底混凝土重+浮力+其他；

　　其中：單位面積上的靜水壓力按10kN/㎡計，水壓隨高度按線性分布；

　　風速很小，在此可忽略；

　　封底混凝土容重;γ=24.0kN/m3；

　　水的浮力:γ=10kN/m3；

　　封底混凝土與護筒之間的摩阻力取經(jīng)驗值150KN/m2

　　3.2計算

　　綜合工況條件分析和計算內(nèi)容，對鋼吊箱各部分取最不利受力工況進行計算。

　�、俚装逯饕�承受封底混凝土重量和吊箱自重。荷載組合為混凝土自重+吊箱自重+浮力，此外，還要對吊箱入水時底板受力情況進行復算。吊箱吊掛系統(tǒng)與底板一起進行驗算。

　�、趥劝逡猿惺芩�平荷載為主，最不利受力工況為抽水階段，側板計算包括豎肋、水平加勁肋、面板、豎肋拼接處及焊接的內(nèi)力、變形及應力計算。另外，還要對吊箱逐層入水及承臺施工等階段側板受力情況進行復算。內(nèi)支撐系統(tǒng)與側板計算，在側板驗算的同時完成驗算。

　�、鄣跸淦囱b下沉階段主要與吊箱自重有關，以兩層拼裝完成下沉時為最不利進行計算控制，并據(jù)此計算結果設計吊點、吊帶。

　�、芸垢∮嬎惴謨蓚�階段：一個階段是吊箱內(nèi)抽完水后灌筑承臺混凝土前，另一個階段是澆筑完承臺且混凝土初凝前。

　　吊箱自重+封底混凝土重+粘結力（方向向下）＞浮力

　　吊箱自重+承臺混凝土重+封底混凝土重＜粘結力+浮力（方向向上）

　�、莘獾谆炷�土強度驗算：要驗算封底混凝土周邊懸臂時的拉應力和剪應力，以及中間封底混凝土的拉應力和剪應力。

　�、薹獾谆炷�土厚度計算。

　　四、鋼吊箱結構簡介

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　　底板的作用一是與側板共同組成阻水結構，變承臺及部分墩身水上施工為陸上施工，二是作為吊箱、承臺的承重結構。吊箱底板分成四塊，具體分塊圖見圖3，吊箱底板由底模托梁和底模組成。底板平面凈尺寸為13.0m×13.0m，底板高0.408m，重量為30.35噸。底模托梁為井字梁結構，縱橫邊梁各設2道，每道由通長2[40a組成，縱橫中梁各設4道，每道由通長單根I40a組成�？v、橫梁之間的斜撐（除吊桿梁處）為2[22a，吊桿梁處為2[40a�？v梁之間和橫梁之間分別設置∠100×80×8角鋼加勁肋。頂板為δ=8mm鋼板。橫梁與縱梁用焊接連接，底板與側板、側板之間均用Ф20螺栓連接，焊縫連接及螺栓連接強度計算按路橋施工計算手冊設計。吊桿設在縱梁上，吊桿采用Ф32的930級高強度精軋螺紋鋼，共36根。

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　　側板采用單壁結構，由Ⅰ25a做縱肋、∠75×50×5做橫肋和8mm鋼板做面板焊接而成。側板高度方向分為上、下兩層，分別為2.50m、7.50m。每層分為8塊，其中長邊和短邊各4塊。上層長邊壁板單塊重為2.348噸，上層短邊壁板單塊重為2.279噸，下層長邊壁板單塊重為8.452噸，下層短邊壁板單塊重為7.848噸，側板總重83.71噸。

　　分塊的原則主要是為了便于加工和運輸，避免產(chǎn)生超標變形，所以分塊較小。吊箱下層側板與底板及上、下層側板之間的水平縫和豎縫均采用螺栓連接，縫間設置10mm（壓縮后為3~4mm）泡沫橡膠墊以防漏水。側板的面板為δ＝8mm鋼板，豎楞（接縫角鋼除外）均為I25a工字鋼，間距為660mm，水平加勁肋為δ=8mm，h=250mm的鋼板，間距為300mm、400mm、450mm和500mm。

　　側板的作用：是與底板（包括封底混凝土）共同組成阻水結構，變承臺及部分墩身水上施工為陸上施工，另一作用是兼做承臺施工的外模板。

　�、鄣跸鋬�(nèi)支撐

　　內(nèi)支撐由內(nèi)圈梁，水平斜撐桿二部分組成�？傊貫�28.76噸。

　　內(nèi)圈梁：內(nèi)圈梁設二層，設在吊箱側板的內(nèi)側，高程為4.50m和7.00m處，由下層4I40c和上層2I32c結構組成的水平四邊形，焊在側板內(nèi)壁鋼板上。內(nèi)圈梁的作用主要是承受側板傳遞的荷載，并將其傳給水平斜撐桿。

　　水平斜撐桿：為菱形支撐結構，桿端與內(nèi)圈梁焊接連接成一體，水平撐桿由2I32c組成。

　�、艿跸涞鯍煜到y(tǒng)：

　　吊掛系統(tǒng)由縱、橫梁、吊桿及鋼護筒組成，吊掛系統(tǒng)的作用是承擔吊箱自重及封底混凝土的重量。

　　橫梁：橫梁（順橋向）共計3排，均設在鋼護筒頂，每排由兩片貝雷梁組成。貝雷梁支點設專用支座（牛腿）焊接于護筒內(nèi)側的專用支座（牛腿）上，貝雷梁的作用是支承縱梁，并將縱梁傳遞的荷載（通過護筒）傳遞至基樁。

　　縱梁：縱梁（順水方向）設置在貝雷梁上，共6排，由2I56工字鋼（搭設工作平臺用過的）組成�？v梁的作用是支承吊桿，并將吊桿荷載傳遞給橫梁。

　　吊桿：吊桿是由φ32mm精扎螺紋粗鋼筋及與之配吊的連接器、螺帽組成，共36根吊桿，重3.13噸，吊桿下端固定到底板的托梁上，上端固定到吊掛系統(tǒng)的縱梁上。吊桿的作用是將吊箱自重及封底混凝土的重量傳給縱梁。在使用前做試驗，滿足施工要求方能施工；在施工過程中，對吊桿要充分保護好，禁止碰撞，以免影響施工的安全。

　　⑤吊箱定位系統(tǒng)

　　鋼吊箱下沉入水后受流水壓力的作用，吊箱圍堰會向下游漂移，為便于調(diào)整吊箱位置，確保順利下沉，在吊箱側板內(nèi)壁與鋼護筒之間設上下兩層導向系統(tǒng)，第一層設在距圍堰底板2.00m處，第二層設在距圍堰底板6.00m處，每層8個導向。定位系統(tǒng)由導向鋼板、定位孔、定位器（短型鋼）及調(diào)位千斤頂組成。導向板為厚度δ＝16mm鋼板，端部制成圓弧，分別焊于吊箱4個角部位的縱、橫內(nèi)圈梁上，導向板端部至鋼護筒外壁之間留一定的空隙；定位孔是利用吊箱底板上靠上游的前排3個護筒孔洞作為定位孔，其位置必須和護筒-2.50m處位置保持一致；導向鋼板及定位孔的作用是控制下沉吊箱的平面位置。調(diào)位時用調(diào)位千斤頂進行。定位是在吊箱下沉到位后，封底混凝土凝固前，為防止水流壓力、波浪力及靠船力等動荷載對自由懸掛的鋼吊箱發(fā)生撓動，影響封底混凝土質(zhì)量而設置固定裝置。定位主要利用鋼護筒的穩(wěn)定性將下沉到位的鋼吊箱通過定位器與4個角的鋼護筒連成整體達到鋼吊箱的定位。根據(jù)設計施工水位，鋼吊箱設計總高度為8.0m，共分兩節(jié)，第一節(jié)高6.0m，第二節(jié)2.0m。

　　四、 結論

　　根據(jù)施工段水域水流特點，選擇鋼吊箱圍堰方案可以利用其結構簡單、工藝簡明、操作簡單的特點，做到節(jié)約工期，材料用量合理，并能回收再利用，施工十分安全可靠等。