王洪濤 楊曉東 叢鑫

（山東宇通路橋集團(tuán)有限公司，山東 東營(yíng) 257300）

某特大橋主橋結(jié)構(gòu)形式為預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，其中10#～12#橋墩為薄壁墩，墩身設(shè)計(jì)寬度8m，壁厚3.5m；主墩采用雙排群樁基礎(chǔ)，每排樁數(shù)兩根，樁距7m，樁徑2.8m；主墩承臺(tái)設(shè)計(jì)尺寸為12m（長(zhǎng)）×12m（寬）×4m（高）。本文主要分析探討了主橋10#～12#薄壁墩承臺(tái)單壁鋼吊箱設(shè)計(jì)及施工方案。

一、單壁鋼吊箱受力分析

（一）設(shè)計(jì)荷載及工況

該橋梁深水承臺(tái)單壁鋼吊箱鋼材密度為7.85×103kg/m3，鋼筋混凝土密度為26.8kN/m3，水流力為3.2kPa。根據(jù)《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，橋涵工程所用Q235鋼材允許彎曲應(yīng)力和綜合應(yīng)力為189MPa，抗壓應(yīng)力為185MPa，剪應(yīng)力為110MPa；根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，預(yù)應(yīng)力螺紋鋼設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度為650MPa。在進(jìn)行鋼吊箱受力分析時(shí)，主要考慮鋼吊箱下放、封底混凝土澆筑、抽水及承臺(tái)澆筑等4種工況。

（二）各工況單壁鋼吊箱受力

工況一：鋼吊箱下放。在拼裝好鋼吊箱后將下放承重架設(shè)置在護(hù)筒頂部，并在各承重架上增設(shè)吊點(diǎn)，通過(guò)精軋螺紋鋼將承重架和底板連接；選擇無(wú)風(fēng)且河流流速較小的時(shí)間段，利用千斤頂下放鋼吊箱，此時(shí)風(fēng)荷載忽略不計(jì)。該工況下鋼吊箱面板所承受最大應(yīng)力為115MPa，各構(gòu)件變形和應(yīng)力均符合設(shè)計(jì)要求。

工況二：封底混凝土澆筑。待鋼吊箱沉放至設(shè)計(jì)位置后安裝第二層承重架，通過(guò)千斤頂及精軋螺紋鋼將承重架與底板相連，通過(guò)調(diào)試千斤頂使全部精軋螺紋鋼受力均勻，并采用封邊板和抱箍封堵護(hù)筒和底部面板之間的空隙，為封底混凝土澆筑做準(zhǔn)備。澆筑期間開(kāi)啟連通器，確保鋼吊箱結(jié)構(gòu)內(nèi)外水位一致。該工況下承受應(yīng)力最大的構(gòu)件仍為鋼吊箱面板，最大應(yīng)力為150MPa，各構(gòu)件承受應(yīng)力均符合設(shè)計(jì)要求。

工況三：鋼吊箱抽水。等水下混凝土封底澆筑完成并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后關(guān)閉連通器，按要求抽水，并拆除護(hù)筒頂擱置梁，在割除封底混凝土以上的鋼護(hù)筒后綁扎承臺(tái)鋼筋，為承臺(tái)混凝土澆筑做準(zhǔn)備。在首層承臺(tái)混凝土澆筑工況下，鋼吊箱面板所承受最大應(yīng)力為165MPa，其余構(gòu)件的變形和承受應(yīng)力均符合設(shè)計(jì)要求。

工況四：承臺(tái)澆筑。待綁扎好承臺(tái)鋼筋后按4m設(shè)計(jì)厚度澆筑首層承臺(tái)，在此工況下鋼吊箱面板所承受最大應(yīng)力為155MPa，各構(gòu)件變形和所承受應(yīng)力均符合設(shè)計(jì)要求。

二、鋼吊箱結(jié)構(gòu)布置及沉放

該橋梁10#～12#橋墩左右幅承臺(tái)均為厚度4m的獨(dú)立承臺(tái)，承臺(tái)底部封底混凝土設(shè)計(jì)厚度1.5m，鋼吊箱在承臺(tái)外輪廓基礎(chǔ)上每側(cè)外擴(kuò)5cm；將兩道鋼管撐增設(shè)在鋼吊箱結(jié)構(gòu)內(nèi)部，通過(guò)對(duì)接鋼筋連接鋼吊箱底板和壁體結(jié)構(gòu)，按照“鋼護(hù)筒半徑+15cm”的尺寸在鋼護(hù)筒處設(shè)置預(yù)留孔洞。鋼護(hù)筒頂部還應(yīng)增設(shè)承重架，并通過(guò)精軋螺紋鋼連接承重架和底板。拼裝鋼吊箱分塊后借助千斤頂沉放到位，最后澆筑封底混凝土。

（一）鋼吊箱底板、壁板

該橋梁深水承臺(tái)單壁鋼吊箱底板由8 mm 厚鋼板、HN350×175型鋼主梁、HN175×90型鋼次肋、輕型工字鋼拼接槽鋼、加勁板、限位板等加工而成，底板長(zhǎng)、寬均為12.85m，高0.358m，單塊底板重24.15t。在與壁體封底槽鋼開(kāi)孔孔位相對(duì)應(yīng)處設(shè)置底板拼接槽對(duì)拉鋼筋，待底板加強(qiáng)主梁焊接后，根據(jù)鋼護(hù)筒偏位情況進(jìn)行孔位現(xiàn)場(chǎng)放樣，保證孔邊預(yù)留15cm余度后開(kāi)孔，在底板底部增設(shè)長(zhǎng)2cm、寬20cm、高24cm的貼板。拼接鋼吊箱的過(guò)程中，在壁體和底板之間增設(shè)膨脹止水條。

該橋梁深水承臺(tái)單壁鋼吊箱壁板共有12塊，壁板平均高度10m，厚度588mm，壁板組合結(jié)構(gòu)由8mm厚面板、環(huán)向HN588×300型鋼、環(huán)向HN175×90型鋼次梁、豎向HN350×175型鋼次梁、33號(hào)工字鋼豎向槽鋼及36號(hào)工字鋼封底槽鋼等組成。

（二）圍檁內(nèi)支撐

在鋼吊箱內(nèi)分別在53.8m、57.6m高度設(shè)置兩層圍檁支撐結(jié)構(gòu)，每層支撐均采用兩根φ630×8mm鋼管十字形布置，焊接于鋼吊箱內(nèi)壁；在內(nèi)撐端部壁板間設(shè)置支撐板，于壁板挖孔后與支撐板塞焊，并在內(nèi)支撐鋼管端部周?chē)附蛹觿虐濉?/p>

（三）吊掛及沉放

將預(yù)制好的鋼吊箱塊板運(yùn)至工地碼頭，借助駁船轉(zhuǎn)運(yùn)至橋墩旁，并通過(guò)千斤頂整體下放。在護(hù)筒頂部布置支撐牛腿、承重架等，利用鋼護(hù)筒具體位置焊接導(dǎo)向裝置以避免鋼吊箱下放時(shí)出現(xiàn)偏位。連通器應(yīng)始終處于開(kāi)啟狀態(tài)，選擇適宜的氣候環(huán)境下放鋼吊箱。調(diào)整好起吊鋼絲繩后通過(guò)浮吊吊起鋼護(hù)筒，并根據(jù)護(hù)筒導(dǎo)向和設(shè)計(jì)要求下放；待首節(jié)下放至距離水面10cm左右時(shí)，在8個(gè)吊點(diǎn)處各配置1臺(tái)50t液壓千斤頂、1根長(zhǎng)17m的φ32mm精軋螺紋鋼，鋼吊箱吊裝過(guò)程中以HN588×300型鋼為承重梁，并保證8臺(tái)千斤頂下放過(guò)程的同步性和受力均衡性。通過(guò)同樣方式安裝其余底板，底板完成后分塊安裝側(cè)板，并通過(guò)螺栓連接側(cè)板，在接縫處增設(shè)橡膠止水帶。

三、混凝土施工

（一）水下混凝土封底

為保證鋼吊箱主體結(jié)構(gòu)平衡、防水滲漏、抵抗水浮力在鋼吊箱底部所形成的彎曲應(yīng)力，必須進(jìn)行水下混凝土封底施工?；炷辽a(chǎn)能力不小于60m3/h，強(qiáng)度等級(jí)為C20，水下混凝土初始塌落度不低于為22cm，入導(dǎo)管口塌落度不低于20cm，緩凝時(shí)間在6h以上，且具備良好的和易性，確保泵送及流動(dòng)半徑不小于4.5m。為避免混凝土在深水中離散，保證封底施工效果，應(yīng)在混凝土中按設(shè)計(jì)比摻加UWB-3型絮凝劑和高效減水劑；將制備好的混凝土通過(guò)輸送泵直接泵送至圍堰施工區(qū)域。

封底混凝土的阻水性能大小直接受其厚度影響，在確定封底混凝土厚度時(shí)需綜合考慮混凝土抗水壓強(qiáng)度及混凝土自重。混凝土強(qiáng)度會(huì)受到圍堰內(nèi)部抽水后，封底混凝土底部承受的水壓力，以及承臺(tái)混凝土澆筑后承受混凝土重量及其底部水壓力等影響。該工程封底混凝土強(qiáng)度確定時(shí)，將其簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)或雙向板，封底厚度即為梁高，樁距即為梁跨[2]。該橋梁深水承臺(tái)單壁鋼吊箱圍堰水下混凝土封底層厚0.8m，結(jié)合設(shè)計(jì)要求，水下混凝土流動(dòng)半徑為4.5m，并在圍堰內(nèi)部設(shè)置4根導(dǎo)管，導(dǎo)管上端與容量1m3的澆筑漏斗相連，漏斗連接在容量8m3集料斗的下方；導(dǎo)管采用10mm壁厚的φ273mm無(wú)縫鋼管，管節(jié)之間通過(guò)法蘭連接。鋼吊箱沉放到位后從上游側(cè)向下游側(cè)依次推進(jìn)灌注。

（二）承臺(tái)混凝土澆筑

鋼吊箱封底混凝土澆筑完成并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，在非潮水位最高時(shí)期將鋼吊箱內(nèi)部積水抽出，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)吊箱側(cè)板變形情況。在主護(hù)筒割除、樁頭鑿除后進(jìn)行小導(dǎo)管超聲波檢測(cè)，符合設(shè)計(jì)要求后澆筑承臺(tái)混凝土。承臺(tái)混凝土設(shè)計(jì)高度4m，按照1m、1.4m和1.6m的高度分3層逐層澆筑，完成每層澆筑后將相應(yīng)的內(nèi)支撐拆除。

摻加高效減水劑后的大體積混凝土其初凝時(shí)間可延長(zhǎng)至12h，塌落度為18cm～22cm，灌注前塌落度損失量為4cm～5cm，流動(dòng)性及和易性均有顯著改善，流動(dòng)半徑可達(dá)到6m，保證了水封后混凝土面平整度。

四、結(jié)語(yǔ)

結(jié)果表明，兩個(gè)鋼吊箱圍堰從沉放到承臺(tái)混凝土澆筑完畢共耗時(shí)3個(gè)月，施工速度快；鋼吊箱圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理且定位準(zhǔn)確，封底混凝土抽水處理后未出現(xiàn)滲漏，且混凝土表面未出現(xiàn)泥沙和坑洼，封底施工質(zhì)量有保證；單壁鋼吊箱結(jié)構(gòu)所用鋼材數(shù)量大大節(jié)省，吊箱側(cè)板同時(shí)起到承臺(tái)施工模板的作用，施工成本可控。