厦漳大桥23#过渡墩钢套箱龙骨回收施工技术

王荣勇

（中交第一公路工程局厦门工程有限公司 ，福建厦门 361021）

0 前言

钢套箱围堰在国内多个大型桥梁的深水基础建设中得到采用。但是由于其底板需淹没在水中，故底板的回收在施工中往往难以做到。厦漳大桥南汊主桥23#过渡墩钢吊箱施工通过多方论证，实现了底板中龙骨部分的回收，为今后底板全部回收的施工奠定了基础。

1 工程概述

厦漳跨海大桥连接厦门海沧区与漳州龙海市，是厦门市交通规划中三条南北通道之一，也是福建省规划“八纵九横”干线公路网中沿海大通道在闽南金三角区域的关键工程。路线长度9335.390 m，其中桥梁长度8630.9 m。厦漳跨海大桥Ⅳ标段主要是南汊主桥、南汊南引桥。路线总长为810.5 m。主桥采用双塔双索面组合梁斜拉桥，跨径组成为135 m+300 m+135 m＝570 m。

23#过渡墩承台设计为矩形＋两端半橄榄防撞形状，23#过渡墩外廓尺寸为顺桥向宽1350 cm×横桥向长3588.4 cm。23#承台底标高为-2.0 m，厚度为4 m。23#墩为水中承台，承台底标高距河（海）床2.5 m左右，采用有底钢套箱施工，钢套箱为围堰＋承台模板＋永久防撞设施“三合一”设计。承台采用C40海工混凝土，封底采用C25海工混凝土，厚度为1 m。

2 钢套箱设计

2.1 设计条件

桥址位于九龙江入海口，为中等强度潮汐河段、潮汐为非正规半日潮，日潮不等现象明显，但以落潮流为主。根据2009年8月3日在漳州召开的专家会要求，主墩钢套箱施工水文条件取20 a一遇，风速取30 a一遇。

平台顶标高：+6.5 m；双壁顶标高：+5.7 m；

承台底标高：-2.0 m；封底混凝土厚度：1.0 m；

设计高潮位：+3.5 m；设计低潮位：-1.5 m；

潮差：5 m；波高：2.0 m；波长：60 m；

设计水流流速：2.0 m/s水流偏角10°（与墩辅线夹角）；风速：35.5m/s；

混凝土握裹力：150 kN/m2；护筒直径：2.85 m。

2.2 钢套箱结构构造

钢套箱外轮廓尺寸：38.884 m(长)×16.5 m(宽)×8.7 m(高)，钢套箱壁板厚 1.5 m，总重约 500 t，由底板、壁体、内支撑、悬吊、定位系统及下放系统等六大部分组成，其中底板和壁体是围水结构。钢套箱结构见图1、图2所示。

图1 钢套箱平面图（单位：cm）

图2 钢套箱立面图（单位：cm）

2.2.1 底板

钢吊箱的底板采用HN500型钢焊接所形成的格构式结构，纵、横方向的主梁均采用工字钢，其上设置次梁将板格细化，次梁采用I12.6工字钢，面板为δ=6mm钢板。下放前，底板龙骨采用牛腿+贝雷横梁支撑及贝雷横梁吊挂，下放时，底板龙骨采用在壁板上设置牛腿吊挂，下放到位后，通过力学转换将承力结构转换至护筒顶（见图3、图4）。

图3 23#墩钢套箱底板龙骨平面图

图4 23#墩钢套箱支撑牛腿、底板龙骨及底面板实景

2.2.2 壁体

内外壁板间用水平环板、隔舱板等构件连成整体，组成双层板架结构。竖向的隔舱板为一级支撑结构，水平方向的环板为二级支撑结构，竖向次梁为三级支撑结构。

2.2.3 内支撑

钢吊箱内设置了一层水平内撑，其顶面标高为＋2.5m，材料为φ800×10mm的钢管（见图5）。

图5 3#墩钢套箱内支撑平面图

2.2.4 吊挂系统

在钢护筒上设置支撑牛腿及横梁，作为拉杆的上端支撑，拉杆采用Φ32精轧螺纹钢制作，拉杆的下端与钢吊箱底板相连，连接的方式为铰接（见图 6、图 7）。

2.2.5 定位系统

图6 3#墩钢套箱吊挂平面图

图7 23#墩钢套箱三种吊挂结构实景

为了保证钢套箱顺利下放，根据现场钢护筒偏位，设置水平定位系统和导向系统。在钢套箱下放过程中，导向系统与钢护筒之间保持有5～10 cm的空隙。

2.2.6 下放系统

由LSD主从随动控制液压提升（下放）系统、贝雷横梁、两道分配梁构成。钢套箱下放时总重量约为400 t，采用4个吊点，设置1台控制台控制2台液压泵站驱动4台LSD3500提升千斤顶。总的提升能力为4×350 t=1400 t,总体安全系数为1400÷400=3.5。由计算得到单个吊点最大力为1200 kN，故最大吊点处安全系数为 3500÷1200=2.9。

与常规的千斤顶提升技术比较，钢套箱整体下放具有以下特点：

（1）常规千斤顶提升技术完成的动作时主动向上提升，而整体下放时被动下放；

（2）千斤顶提升工程中，不需要入水，不受水流、潮水影响。

为了控制各吊点的受力，保证下放过程的同步性，采用计算机控制同步下放系统控制钢套箱下放。通过长距离位移传感器和油压传感器适时监控千斤顶的位移及荷载同步性（见图8、图9）。

图8 23#墩钢套箱下放平面图

图9 23#墩钢套箱下放实景

2.3 受力分析

根据钢套箱拼装、下放及使用要求，按照钢吊箱壁板拼装阶段、下放阶段、封底混凝土浇筑阶段、抽水完成阶段、浇筑第一层承台阶段、拆除内支撑阶段、浇筑第二层承台阶段等几种工况进行钢套箱受力分析。

承重结构转换过程：

拼装过程：钢套箱、底板系统由钢护筒支撑牛腿及横梁承担，拼装完成后底板龙骨由壁板上的吊挂牛腿与钢套箱连接成一体；

下放过程：钢套箱重量由下放横梁承担；

封底过程：钢套箱重量及封底混凝土重量由护筒上的吊挂横梁及吊挂牛腿承担；

抽水过程：钢套箱重量级封底混凝土重量由护筒与封底混凝土之间的粘结力承担。

3 施工工艺

3.1 总体施工方法

以钻孔灌注桩钢护筒为拼装钢套箱时的支撑。成桩后拆除钻孔平台，并在钻孔灌注桩钢护筒上同一水平高度焊接承重牛腿，在牛腿上拼装已制作好的底板，将侧板在底板上拼装。在钢护筒顶面设千斤顶支架，由千斤顶同步起吊钢套箱，割除牛腿，下沉钢套箱。这种方法不需要大型起吊设备，起吊时受周围环境的影响相对也较小，但在钢套箱拼装前必须拆除现有的钻孔平台，起吊后拆除钢套箱拼装平台，操作空间有限，对工期有一定影响。

龙骨在拼装完成前作为钢套箱的承重结构，拼装完成后直至抽水完成后，龙骨均由壁板上的吊挂牛腿与钢套箱连接成一体，并由牵引缆绳挂在栈桥上，抽水完成后，拆除壁板上吊挂，龙骨脱落入水，采用卷扬机在22#墩平台由牵引缆绳将龙骨抽出（见图 10、图 11）。

钢套箱拼装时，由承台中部向上下游对称拼装，实现合龙。并采用计算机控制整体同步下放，完成定位后，完成套箱封底。钢套箱施工关键工艺有钢套箱各结构的加工和拼装、钢套箱的整体下放、钢套箱的锁定及封底混凝土的施工。施工工艺流程见图12所示。

图10 龙骨端头吊点及牵引缆绳实景

图11 卷扬机抽出龙骨实景

图12 钢套箱施工工艺流程图

3.2 底板龙骨回收注意事项

底板回收的重点及难点为底板龙骨的结构形式设计、吊杆位置设置、吊挂横梁摆设等。具体如下：

（1）底板龙骨结构形式由传统的网格形改为条形，以避免龙骨套住护筒。

（2）吊杆位于底龙骨上的螺栓需与龙骨焊接固定，并在封底混凝土部分需要加套管，避免封底混凝土与吊杆粘结，使得吊杆无法抽出。

（3）底板龙骨为条形，因此整体行大不如网格形，故吊点位置在设计时需注意。

（4）封底完成后需及时将龙骨抽出，否则由于锈蚀、龙骨被掩埋等原因可能给龙骨回收增加困难。

4 结语

厦漳跨海大桥Ⅳ23#过渡墩钢套箱2010年12月底15日成功下放，并分别于2010年12月底顺利封底完成，且龙骨顺利回收，回收重量为35.342 t。

[1]JTJ 041-2000，公路桥涵施工技术规范[S].

[2]GB 50017-2003，钢结构设计规范[S].

[3]中国路桥集团第一公路工程局.公路桥涵施工手册[M].北京:人民交通出版社,1999.

[4]欧阳效勇，任回兴，徐伟.桥梁深水桩基础施工关键技术——苏通大桥南塔基础工程施工实践[M].北京：人民交通出版社，2006.