許國杰 吳建偉 肖忠誠 王玉濤

(1.上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司，上海 200433; 2.浙江明康工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310009)

1 工程概況

1.1 工程概況

溫州市七都大橋北汊橋主橋為雙塔中央索面疊合梁斜拉橋，主橋總長680 m，主跨360 m，跨徑布置為58+102+360+102+58 m，采用五跨連續(xù)半漂浮體系，空間密索型布置。主塔采用獨柱形式，截面為長圓形變截面設(shè)計，塔高118.6 m。主梁采用鋼梁與混凝土橋面板組合梁，橋面板寬度37.62 m，梁高(鋼箱梁)3.5 m。主橋結(jié)構(gòu)形式圖見圖1，主塔及承臺形式圖見圖2。

主塔承臺采用六邊形承臺。承臺外輪廓尺寸為43.4×26.8 m(橫×順)，厚度為6 m。承臺頂面設(shè)計標(biāo)高為+5.9 m，底標(biāo)高-0.1 m。承臺采用C40海工耐久性混凝土，總方量為5 832 m3。承臺封底厚度為1.0 m，采用C30混凝土，方量為792 m3。主墩承臺平面布置圖及立面布置圖見圖3，圖4。

1.2 水文、氣象條件

大橋橋位位于甌江上游，處江面寬約950 m，其中灘涂寬約100 m，橋位處一般水深在4.0 m～10.0 m左右，水深大于5.0 m深槽寬約770 m，最大水深13.2 m左右，兩岸橋頭地形平坦。橋址斷面實測的最大落潮測點流速2.01 m/s，最大漲潮測點流速2.10 m/s，最大潮差為5 m～6 m。百年一遇高潮位為+5.38 m，低潮位為-3.28 m。

年平均降水量在1 300 mm～1 750 mm左右，是浙江省內(nèi)降水量較多的區(qū)域，施工季節(jié)正值4月、5月的雨季，最長連續(xù)降水日數(shù)有18 d～27 d。初夏7月～9月又多臺風(fēng)侵?jǐn)_，是省內(nèi)暴雨強度最大的區(qū)域之一。

工程區(qū)域河水為CI·SO4-Mg型。對混凝土結(jié)構(gòu)為弱～中腐蝕，鋼吊箱易長期浸水微腐蝕、干濕交替中腐蝕。

2 鋼吊箱設(shè)計及計算

2.1 設(shè)計方案

根據(jù)水文監(jiān)測，施工期間最高水位(20年一遇)按設(shè)計高潮位+4.90 m、最低水位為-3.0 m，平均高潮位為+2.56 m，平均低潮位為-1.99 m。主墩墩位處實測河床標(biāo)高為-9.1 m～-7.2 m，而承臺底標(biāo)高為-0.1 m，承臺處于懸空狀態(tài)，故需采用有底鋼吊箱。封底厚度為1 m，吊箱底面板標(biāo)高設(shè)計為-1.1 m。承臺頂標(biāo)高為+5.9 m，吊箱頂標(biāo)高設(shè)計為+6.0 m。對吊箱承受的水流力、混凝土澆筑側(cè)壓力等的驗算，確定鋼吊箱的壁厚為1.2 m[1]。

根據(jù)上述承臺形式、水文條件、施工方式等因素，確定主墩承臺采用有底鋼吊箱，總平面尺寸為45.8 m(長)×29.2 m(寬)，總高度7.1 m，壁厚1.2 m。鋼吊箱結(jié)構(gòu)主要由側(cè)板系統(tǒng)、底板系統(tǒng)、內(nèi)支撐系統(tǒng)、下放系統(tǒng)和固定系統(tǒng)五部分組成[2]。側(cè)板系統(tǒng)重量約217.6 t，底板系統(tǒng)重量約169.4 t，內(nèi)支撐約24.6 t，固定鋼板、下吊點、固定鋼板等18.8 t，共計約432.1 t。鋼吊筒結(jié)構(gòu)示意圖見圖5，實體圖見圖6。

2.2 側(cè)板系統(tǒng)

側(cè)板系統(tǒng)包括面板、加勁肋、水平環(huán)板、水平桁架和鋼箱，面板與加勁肋、水平環(huán)板以及水平桁架通過焊接連接[3]。側(cè)板高6.5 m，厚度為1.2 m。內(nèi)外面板采用6 mm厚鋼板，面板豎向加勁肋采用[8槽鋼，橫向間距為35 cm；水平環(huán)板采用12 mm厚鋼板，豎向間距為100 cm或125 cm，水平桁架采用雙拼[8槽鋼，八字形布置；鋼箱布置在內(nèi)支撐處，主要為12 mm環(huán)板和10 mm豎向加勁板。側(cè)板單位面積重量為267 kg/m2。側(cè)板結(jié)構(gòu)圖見圖7。

2.3 底板系統(tǒng)

底板系統(tǒng)自上往下由主梁、次梁、加勁肋以及鋼面板組成。鋼吊箱底板主梁HN600×200×11×17型鋼，次梁為HN350×175×7×11型鋼，加勁肋為Ⅰ25a工字鋼和∠100×80×8角鋼，底板面板采用8 mm厚鋼板。底板單位面積重量為213 kg/m2。吊箱采用底包側(cè)的形式，底板邊緣支撐側(cè)板位置，鋼面板位于主梁頂面。其余部位，鋼面板位于主梁底面。底板主梁與封底混凝土澆筑在一起，形成整體。底模邊緣HN350下側(cè)通過外套板包圍，用于止水。底板結(jié)構(gòu)圖見圖8。

2.4 內(nèi)支撐系統(tǒng)

本吊箱共設(shè)置6道內(nèi)支撐，支撐長度為26.8 m和17.9 m，內(nèi)支撐采用φ700×10鋼管，內(nèi)支撐中心標(biāo)高為+5.0 m，在吊箱組拼成整體后焊接。底板、側(cè)板和內(nèi)支撐，形成一個穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。鋼管兩段支撐在側(cè)板鋼箱上，支撐與鋼箱加墊厚鋼板，防止應(yīng)力集中。主墩承臺第一次澆筑完成后，將鋼管內(nèi)支撐拆除。

2.5 下放系統(tǒng)

在吊箱組拼完成后進(jìn)入下放階段，底板系統(tǒng)通過下放系統(tǒng)改善受力[4]。下放系統(tǒng)組成部件為φ2.8 m樁基鋼護(hù)筒、雙拼Ⅰ56工字鋼扁擔(dān)梁(見圖9)、10套100 t級千斤頂、鋼絞線、底板主梁下放吊點。

利用樁基鋼護(hù)筒頂部，開口放置雙拼Ⅰ56工字鋼，工字鋼與鋼護(hù)筒壁采用梯形筋板焊接加固。鋼絞線采用抗拉強度1 570 MPa的15.2 mm鋼絞線，每個吊點分別設(shè)置7束或9束鋼絞線，對稱布置左旋和右旋鋼絞線。下放吊點采用馬凳結(jié)構(gòu)外包門字形鋼板加勁。馬凳立板采用2 cm鋼板，水平鋼板采用4 cm厚鋼板，外側(cè)采用鋼板加勁，9孔錨具錨固在厚鋼板上，吊點結(jié)構(gòu)與底板主梁焊接(見圖10)。10個吊點中，受力最大的吊點力為47.6 t。下放千斤頂采用連續(xù)液壓千斤頂，10套系統(tǒng)有一臺計算機(jī)控制。

2.6 固定系統(tǒng)

為了承受吊箱在高潮位時的抗浮能力，以及承受封底混凝土和第一次打設(shè)混凝土的所有重量，鋼吊箱采用固定系統(tǒng)(鋼板)使吊箱與鋼護(hù)筒之間進(jìn)行連接，傳遞吊箱自重、封底混凝土、第一次打設(shè)承臺混凝土自重至鋼護(hù)筒[5]。

固定鋼板尺寸為400 mm×200 mm(H600型鋼上端)和400 mm×175 mm(H300型鋼上端)，厚度均為20 mm。一個護(hù)筒四周焊接4塊400 mm×200 mm鋼板和4塊400 mm×175 mm鋼板，總共232塊固定鋼板。

2.7 計算工況及結(jié)果

根據(jù)施工流程分析，鋼吊箱底板、側(cè)板和內(nèi)支撐受力不利工況主要為[6,7]：

1)鋼吊箱組拼完畢后整體下放狀態(tài)，吊箱底板受力、變形和吊點受力；

2)鋼吊箱下放到位與鋼護(hù)筒固定后，澆筑封底混凝土0.6 m和1.0 m厚時，鋼吊箱底板和固定系統(tǒng)的受力和變形；

3)封底混凝土強度達(dá)到設(shè)計要求后，吊箱內(nèi)完成抽水時，吊箱側(cè)壁和內(nèi)支撐的受力和變形；

4)承臺第一層混凝土澆筑階段，吊箱和內(nèi)支撐的受力和變形；

5)承臺第二層混凝土澆筑階段，吊箱和內(nèi)支撐的受力和變形。

針對上述五種不利工況，對鋼吊箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算，結(jié)果為底板、側(cè)板、內(nèi)支撐、固定系統(tǒng)各型鋼或鋼板受力及變形符合要求，并保證安全系數(shù)。

3 鋼吊箱施工中的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)

3.1 鋼吊箱加工制作

在鋼吊箱制作場地內(nèi)設(shè)置1臺10 t龍門吊和1臺50 t履帶吊用于原材料及半成品的吊裝。

考慮到棧橋?qū)挾?、運輸車載重以及起重設(shè)備性能，鋼吊箱底板分為8塊制作，平整場地上進(jìn)行底板放樣，鋪設(shè)底板鋼板，依次安裝HN600型鋼主梁、HN350次梁、Ⅰ25a工字鋼次梁、∠100×80×8角鋼，底板面板上焊接與主梁和次梁進(jìn)行焊接。結(jié)合鋼護(hù)筒實際位置進(jìn)行底板面板開洞，鋼護(hù)筒在標(biāo)高+5.0和標(biāo)高-1.1的兩圓在鋼吊箱底板上的投影面積為底板開洞的最小面積，進(jìn)行適當(dāng)放大。底板所有材料焊接成整體后，進(jìn)行焊接加強，特別是最外側(cè)主梁、次梁和鋼板的部位必須滿焊，防止江水浸入[8]。

鋼吊箱側(cè)板分為24塊，共7種類型。直線段側(cè)板依次進(jìn)行面板鋪設(shè)、水平環(huán)板、豎向加勁板、水平加勁桁架焊接。圓弧段在定制胎架制作，圓弧型壁體需制作角度靠模，以保證制作精度。側(cè)板制作時按每1.5 m加放1 mm收縮量配料，另外再加放50 mm長度余量。為防止封底期間內(nèi)外水頭差過大，于鋼吊箱側(cè)板上下游方向分別設(shè)置1根連通管。

鋼吊箱內(nèi)支撐采用φ700×10 mm鋼管，鋼吊箱側(cè)板現(xiàn)場拼接完畢后，焊接內(nèi)支撐與側(cè)板連接，內(nèi)支撐焊對準(zhǔn)鋼箱焊接。

3.2 鋼吊箱現(xiàn)場拼裝

主墩鉆孔樁全部施工完后，拆除承臺范圍內(nèi)平臺結(jié)構(gòu)，保留承臺四周棧橋及平臺。根據(jù)潮位，于鋼護(hù)筒+4.5 m標(biāo)高橫穿雙拼Ⅰ25工字鋼作為吊箱拼裝平臺，拼裝之前需對焊設(shè)在鋼護(hù)筒上的所有拼裝平臺型鋼的高程進(jìn)行二次精確復(fù)測調(diào)控，并在鋼牛腿上測設(shè)出壁體的理論外廓線和裝配定位線[9]。

分塊制造完成并驗收及檢測合格后，采用運輸船或者平板車運輸車運輸至主墩平臺。采用履帶吊吊裝、人工配合分節(jié)分塊安裝鋼吊箱底板、側(cè)板和內(nèi)支撐，完成鋼吊箱整體拼裝并驗收合格后，開始進(jìn)行鋼吊箱下放工序[10]。

3.3 鋼吊箱整體下放

鋼吊箱下放采用10臺100 t千斤頂同步下放，下放前先用千斤頂提升鋼吊箱，使其脫離平臺30 cm高度。鋼吊箱重量由拼裝平臺轉(zhuǎn)移至鋼護(hù)筒頂部千斤頂承受，完成第一次受力體系轉(zhuǎn)換(見表1)。

表1 10臺千斤頂受力統(tǒng)計表

鋼吊箱下放利用落潮時段緩慢進(jìn)行下放，始終保持鋼吊箱底高于水面約30 cm～50 cm，盡量控制吊箱內(nèi)無水狀態(tài)。鋼吊箱內(nèi)上下游各一根鋼護(hù)筒外側(cè)分別焊接一根Ⅰ20a工鋼，作為下放導(dǎo)向。10臺下放千斤頂由電腦同步控制，觀察每個千斤頂下放長度，相鄰吊點之間的高差在5 cm以內(nèi)，整個吊箱總體偏差不超過20 cm，出現(xiàn)偏差較大則及時調(diào)整鋼吊箱姿態(tài)[11](見圖11)。

在鋼吊箱下放到位后，于低潮位期間安排多人焊接固定鋼板，將吊箱重量由千斤頂轉(zhuǎn)移至鋼護(hù)筒承受，完成第二次受力體系轉(zhuǎn)換。

3.4 鋼吊箱封底施工

鋼吊箱封底混凝土為C30混凝土，總厚度為1.0 m，總方量約792 m3。根據(jù)對潮汐的調(diào)查，封底采用分層分倉干封底形式，第一層分三倉分別澆筑0.7 m厚混凝土，第二層整體澆筑0.3 m厚混凝土并找平。

根據(jù)橋址潮位情況(封底期為農(nóng)歷初七、初八、初九)[12]，潮位為小潮汐，最低潮位為-2.3 m，從落潮時-1.1 m的標(biāo)高至漲潮時-1.1 m的標(biāo)高約4 h。第一次封底混凝土劃分，橫橋向以吊箱底板主梁為間隔分為三倉。每倉混凝土約182 m3，191 m3，182 m3，施工平臺可布置的泵車數(shù)量為2臺，1臺泵車每小時可泵送35 m3～40 m3混凝土，4 h澆筑量達(dá)到280 m3～320 m3，可以滿足要求。

分倉混凝土澆筑，澆筑開始時間為落潮至倉內(nèi)剩余5 cm水位后即可進(jìn)行，兩臺泵車分別從上下游兩側(cè)向中間澆筑。由于甌江水含泥量較高，潮水退去后倉內(nèi)存在較多的淤泥，澆筑過程中，混凝土擠壓淤泥往中間跑，在鋼護(hù)筒周邊封閉環(huán)上留有排泥孔，確保淤泥都從排泥孔中流出。封底混凝土采用普通C30混凝土，坍落度控制在120 mm～140 mm，和易性要求好。第一倉澆筑完成后，江水仍可以通過其余兩倉進(jìn)入吊箱內(nèi)。待后續(xù)落潮期分別進(jìn)行第二倉和第三倉封底混凝土澆筑。第一層共三倉封底混凝土澆筑完畢其混凝土養(yǎng)護(hù)72 h后，低潮位時封堵吊箱側(cè)板連通孔，并進(jìn)行封底混凝土清洗。

第二層一次性澆筑0.3 m厚混凝土并找平，總方量為237 m3。澆筑完成后，注入自來水進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，待強度達(dá)到后，方可進(jìn)行后續(xù)施工。

4 存在的問題和解決措施

1)鋼吊箱現(xiàn)場拼裝，側(cè)板鋼面板采用雙面焊接，底板鋼面板采用單面焊接，側(cè)板和底板拼接處必須滿焊，對現(xiàn)場臨水面的焊縫進(jìn)行檢測，防止出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。在滿足吊裝和運輸要求的情況下，可適當(dāng)減少分塊數(shù)量。

2)鋼吊箱下放采用10個吊點同步下放，根據(jù)10臺千斤頂?shù)氖芰y(tǒng)計，中間兩個點受力較小，因此可進(jìn)一步優(yōu)化吊點布置，8臺～9臺千斤頂即可滿足下放要求。

3)甌江水含泥量大，封底過程中須注意倉內(nèi)淤泥，易影響封底混凝土質(zhì)量。封底過程中，可采用水泵吸泥外排，加快倉內(nèi)淤泥外排。第一層封底混凝土澆筑養(yǎng)護(hù)后，排水清洗，發(fā)現(xiàn)鋼吊箱邊緣處存在少數(shù)滲水點，可采用堵漏王進(jìn)行封堵，避免出現(xiàn)滲水點擴(kuò)張。

4)通過對潮位的調(diào)研分析，選用分層分倉干封底的形式，而不采用常規(guī)水下封底的形式，確保了封底混凝土的質(zhì)量。同時也考驗材料供應(yīng)、現(xiàn)場組織、設(shè)備維護(hù)等方面的能力，施工過程中避免出現(xiàn)混凝土澆筑中斷的現(xiàn)象。

5 結(jié)語

溫州市七都大橋北汊橋工程主墩鋼吊箱結(jié)構(gòu)體量龐大，施工環(huán)境復(fù)雜，影響施工方案實施的因素多。合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和細(xì)部優(yōu)化，確保鋼吊箱受力明確，結(jié)構(gòu)整體剛度和穩(wěn)定性高，模型計算結(jié)果與實際情況相符合。

鋼吊箱施工采用后場分塊制作，現(xiàn)場拼裝的安裝方式，采用10臺連續(xù)液壓千斤頂同步下放的施工方法，操作安全簡便，經(jīng)濟(jì)高效，可靠度高。利用低潮位期間，分層分倉進(jìn)行干封底施工，極大地保證了封底混凝土的質(zhì)量。在完成承臺第一次澆筑后，鋼吊箱安全度過所有不利工況。鋼吊箱制作、安裝、下放、封底，于三個月時間內(nèi)順利完成，也為后期承臺、主塔施工夯實了基礎(chǔ)。