宁海特大桥主桥水中承台围堰施工

郑丽涵

(莆田市公路局　福建莆田　351100)



宁海特大桥主桥水中承台围堰施工

郑丽涵

(莆田市公路局福建莆田351100)

宁海特大桥主桥水中承台根据桥位处地质及水位情况，采用了钢管桩、钢吊箱和钢套箱三种围堰形式。文章介绍3种围堰的施工过程及关键工序(封底混凝土的浇筑)。

钢管桩； 钢吊箱； 钢套箱； 围堰；承台

1　工程概况

省道201线宁海特大桥，全桥分五联，共22跨，全长1 044m。桥梁采用为预应力混凝土连续箱梁结构，桥跨布置为(4×40+4×40)(北引桥现浇箱梁)+(45+5×70+45)(主桥悬浇箱梁)+(3×40+4×40)(南引桥现浇箱梁)， 左右幅分离，单幅桥面宽度20m，双向八车道，项目总投资3.08亿元。

宁海特大桥位于木兰溪下游，桥位河段为感潮段

(半日潮区)，最大水位标高4.6m，最低水位标高-2.50m， 最大潮差7.1m，主桥河床面淤泥层厚度大于7m，水中承台施工难度大。主桥左右幅包括过渡墩，共16个承台，有11个需要采用围堰施工。围堰型式选择及施工质量、安全性对水中承台的施工质量的影响较大。其中：3个采用钢管桩围堰施工，6个采用钢吊箱施工，2个采用钢套箱施工。钢套箱及钢吊箱由工厂直接定制，直接作为承台模板，钢管桩围堰施工完，需要搭设承台模板。承台及围堰的结构数据如表1所示。

表1　承台及围堰结构数据表

2　钢管桩围堰

10#墩承台围堰钢管桩采用Φ325钢管，壁厚8mm，单根长度12m。靠岸一侧钢管桩间距0.35m；其余三侧钢管桩间距0.5m，钢管桩外侧与8mm厚钢板焊接。钢板尺寸1.5×6m，钢板外侧设2根[14槽钢竖肋，间距1.1m。

2.1钢管桩插打

吊机的主钩吊住钢管桩的上口，副钩吊住钢管桩下口，同时提升使钢管桩悬空，然后主钩继续上升直至钢管桩垂直，最后松脱副钩。

吊机运钢管桩至沉桩位置，从定位架中缓慢下放，直至进入河床不沉，自稳为止。取下桩头上的千斤绳，用吊机主钩吊振动锤到桩头，用锤夹夹紧桩壁；启动振动锤(根据钢栈桥施工经验，振动锤采用DZ60型)沉桩，直至不再下沉为止。下沉过程中同时放松吊机的起重绳，控制锤身和桩身保持垂直状态。钢管桩插打过程对桩的垂直度进行检查，保证桩身的垂直度在1%L内。若一根钢管长度不够，还需焊接接长，此时应注意不应将首根钢管插打至水位以下，不便焊接。

2.2围囹及内支撑的安装

钢管桩插打完成后，应进行土方开挖(开挖至封底砼底)，并及时安装围囹、内支撑。共设置4层内支撑，如图1所示。

在钢管桩上标志出围囹的水平位置，在支撑的附近将托架焊接在钢管桩上，作为围囹安装的支承。围囹采用2I32工字钢。在岸上下料并连接好围囹型钢用吊车吊到托架上，紧贴钢管桩与其焊接；不能贴紧的在钢管桩和工字钢间加小钢板焊接。

在围囹上测设出内支撑的安装位置，并准确测量出两端围囹(或者围囹与护筒)之间的净距离；根据围囹的净距对内支撑钢管下料并将两端切割成企口。为保证钢管达到轴心受压的计算条件，轴线要保证和围囹的水平中线重合。支撑采用Φ426钢管，壁厚8mm。

吊车将支撑吊到对应的位置安装，围囹与支撑端头直接焊接牢固，围囹顶面与支撑钢管用连接钢板焊接。最后在围囹的转角处设三角支撑。

2.3侧板插打

侧板插打前，拆除导向圈梁的外圈梁。用吊车将侧板吊至施工位置，并使侧板紧贴钢管桩缓慢下沉，直至侧板进入河床不沉，自稳为止。用吊机主钩吊振动锤到侧板处，用锤夹夹紧侧板壁；启动振动锤沉桩，直至不再下沉为止。水位降低至河床面后，对侧板进行焊接，保证焊缝饱满，满足设计要求，焊缝高度不小于板厚。

3　钢吊箱

3.1钢吊箱结构

钢吊箱由底板、侧模、内支撑、底托梁及钢吊杆等组成。钢吊箱平面内空尺寸与承台设计尺寸相同，在浇筑承台混凝土时作为外模板；吊箱顶高程控制在5.0m。钢吊箱采用单壁结构，侧模高度为8.7m，模板间采用M20螺栓连接，接缝间用δ=1cm厚止水胶皮止水，保证吊箱壁板有足够的防渗水能力。钢吊箱如图2所示。

3.1.1底板

钢吊箱底板采用8mm厚钢板，尺寸为14.6m×8.8m，分为8块拼装：1类4.4m×2.7m制作2块，2类5m×4.4m制作4块，3类4.4m×1.9m制作2块。钢板底设[14槽钢竖肋，竖肋放置在底板受力梁上，受力主梁采用2[16的型钢。为了防止钢护筒处底板开孔时损伤主梁，主梁纵、横向间距需根据钢护筒位置调整以留有较大的富余值。

3.1.2侧模

钢吊箱侧壁采用单壁结构，面板为厚度为8mm，下侧板横肋为2[28槽钢，上侧板横肋为2[20槽钢，沿面板纵向从下至上每隔100cm布置一层；下侧板竖肋为[12，上侧板竖肋为[10,沿面板横向每间距30cm布置一根。钢吊箱壁体由8片可拆装的侧壁组成，侧壁与底板之间、侧壁之间连接采用φ30螺栓联接，中间垫1cm厚橡胶皮止水。

3.1.3支撑杆

在钢吊箱内口采用Φ426钢管设置了两层内撑，内撑设置在承台面往上30cm处和往上280cm处，即两道内支撑间距250cm。在钢吊箱内撑处设一层围囹，材料为2I25a型钢。撑杆主要起加强钢吊箱的强度和整体刚度的作用。

3.1.4钢吊杆

钢吊箱下放到位后，自身重量和封底砼荷载由Φ32mm精轧螺纹钢吊杆承受，一个墩总计24根，每根长12m。钢吊杆在封底混凝土施工完成、抽水转换受力(钢吊杆受力转换为护筒上焊设的拉压牛腿和封底砼共同受力)后拆除。

3.2钢吊箱安装

3.2.1顶梁、底梁及吊杆安装

在钢护筒顶沿横桥向安装2组贝雷片，每组2片，在贝雷片顶沿顺桥向安装2I32工字钢顶梁(共6道)，吊装2根2[16底梁(共6道)，梁与钢护筒之间预留15cm的间隙，顶梁和底梁之间设置4根Φ32精扎螺纹钢吊带(共24根)，在安装中注意使每根螺纹钢筋净长一致，同时在精扎螺纹钢外周设5.5m长套管(Φ48脚手管)，套管与底板结合处套一块橡胶皮，脚手管顶口位置套一螺帽，使脚手管压紧橡胶垫圈，防止封底砼进入脚手管与精扎螺纹钢粘结影响吊杆拆除。施工中要注意，套管顶应高出施工高水位，防止抽水后水由套管顶涌进入吊箱内，同时注意对精扎螺纹钢的保护，严禁点焊气割损伤精扎螺纹钢。底板安装过程如图3所示。

3.2.2侧模安装

底板安装完后，进行侧板安装，侧板与底板用M30螺栓连接，连接处加设δ=1cm厚止水橡胶；侧板之间用单排M30螺栓连接，在接缝间同样设橡胶皮止水。安装时应注意：先安装短边(被包模板)，然后安装长边侧模。侧模分块安装时应设临时钢支撑，保证拼装稳固及安全。拼装中必须拧紧连接螺栓，满足止水要求。

3.2.3内撑安装

为克服箱内外水头压力及承台砼浇注时的侧压力，钢吊箱内口设置两层内撑，内撑设置在承台面往上30cm和往上280cm高度处，材料为2I32工字钢围囹，Φ426钢管支撑。为增加钢吊箱的整体刚度，除内撑外，另外在钢吊箱4个角设置Φ426钢管角撑，角撑设的位置和围囹高度一致。

3.3钢吊箱下放就位

在钢吊箱4个角及中间各布置一台千斤顶(共6台)，对应6根Φ32精轧螺纹钢吊杆，为A组吊杆;其余18根吊杆分为B组(6根)和C组(12根)。吊杆分组如图4所示。千斤顶下面设置反力架，钢吊箱在下放前，要同时顶升千斤顶，调节每个千斤顶的行程，同时同步下放千斤顶，每次下放行程严格按15cm控制。钢吊箱沉放作业由专人负责指挥，其步骤如下：

(1)锁紧B组吊杆螺帽，B组吊杆承受吊箱重量；旋松A组吊杆螺帽20cm以上，再顶升千斤顶18cm，然后旋紧A螺帽。

(2)旋松B组吊杆螺帽，A组千斤顶承受吊箱重量;同时回缩千斤顶，使钢吊箱平稳下放，下放行程达到15cm后旋紧B螺帽，B组吊杆螺帽承受吊箱重量。

(3)重复步骤(1)和(2)，直到钢吊箱下放到设计标高。

(4)钢吊箱入水到达封底混凝土底标高-3.7m(封底混凝土厚1.2m)，进行调平吊箱，锁紧A、B组螺帽，使每根吊杆均匀受力。

(5)将C组精扎螺纹钢螺帽旋紧，使24根精扎螺纹钢同时受力。

4　钢套箱

钢套箱与钢吊箱施工过程基本相似，主要区别有：一是钢套箱可以不设底板(文献[2]中提到钢套箱有无底板，要根据施工需要)，钢吊箱必须要有底板，本工程采用有底钢套箱。二是钢套箱靠自重切土下沉至设计标高，吊杆主要作用是维持套箱平稳下沉。三是在套箱下放过程中需要采用水力机械进行水下挖土，即是用高压水泵将高压水枪射出的高压水流冲刷土层，使其形成一定的泥浆汇流至集泥坑，然后用吸泥泵(或空气吸泥机)将泥砂吸出，从排倪管排出箱外。水下挖土至封底标高并且保证套箱稳定后，方可停止作业。四是钢套箱下沉至设计标高稳定后即可拆除吊杆，而钢吊箱必须在封底混凝土浇筑后方可拆除。

5　封底混凝土的浇筑

5.1拉压牛腿设置

文献[1]中为了保障钢管桩与封底混凝土之间的握裹力，在钢管桩周侧设置环向螺旋钢筋网和径向钢筋，并在桩壁外侧布置剪力键(牛腿)，但通过计算1.0m的封底混凝土与钢管桩产生的粘结应力能够满足承台施工要求。本工程中每个钢护筒周围均匀布设4个拉压牛腿(如图5所示)，拉压牛腿由I16工字钢加工而成。工字钢顶部高出施工水位与钢护筒焊接固定，拉压牛腿长度根据施工时水位确定，埋入封底砼约50cm，封底砼强度达到设计强度的90%后，抽干吊箱内的水，将封底砼顶面以上15cm范围内的工字钢两边与钢护筒焊接固定，保证焊缝总长大于30cm，并将上部多余部分割除。

5.2导管布置

封底混凝土导管采用内径Φ273mm、壁厚8mm的无缝钢管制作，管节长度为3m、2m及1m等3种，管节之间连接采用快速螺纹接头。导管长10m～11m，底部距离底板(封底混凝土底标高)10cm～15cm，采用临时导管定型卡固定在操作平台上。导管布置图如图6所示，共布置6个浇筑点，每个浇筑点半径按5m控制。为保证导管有一定埋深，混凝土灌注顺利时，一般不随便提升导管，即使需要提管，每次提升的高度都严格控制导管的埋深不小于50cm。导管上部系白棕绳，控制导管倾斜，并挂设手拉葫芦控制导管高度。导管顶口与2m3集料斗相接，用拔球法灌注水下封底砼。

5.3混凝土浇注

5.3.1封底混凝土浇注平台搭设

钢吊箱下沉到位固定后，利用下放钢吊箱的顶梁作为主梁，在其上铺设型钢搭设封底砼操作平台。在护筒顶贝雷片之间铺设I16型钢，然后在型钢上铺设跳板、挂设安全网。在平台上架设导管固定架、料斗，并焊接固定。

5.3.2封底混凝土施工

混凝土导管封底从下游侧向上游侧推进，并保障混凝土连续不间断供应，以保证首批混凝土的需求(首批量为15.7m3)[2]。当某一处封底砼达设计标高后再进行其相邻导管封底时，应根据灌注量及浇筑时间，及时测量标高以指导布料，使混凝土均匀上升。混凝土浇筑临近结束时，全面测出混凝土面标高，根据测量结果，对混凝土面标高偏低的测点附近的导管增加灌注量，直至所测结果满足要求。当所有测点的标高满足控制要求后，结束封底混凝土灌注。

6　结语

宁海特大桥主桥下部结构施工过程中，克服了潮差近8m的困难，合理选择了钢管桩、钢吊箱和钢套箱三种承台围堰形式，有效保障承台施工质量，取得了良好的经济效益。

[1]黄增财，杨江虎，吴健，等.钢套箱封底混凝土与钢管桩间的握裹力分析[J].公路，2006(9)：84-87.

[2]董广文 .南京大胜关长江大桥主桥8号墩钢吊箱围堰封底施工[J].桥梁建设， 2009(1)：1-4.

Construction for the pile cap cofferdams underwater of the main bridge in Ninghai

ZHENGLihan

(Putian Bureau of Public Roads,Putian 351100)

According to the geology and the water level of the bridge site ,three kinds of cofferdam ,including steel tube pile，steel crane case and steel case ,have been selected for the pile cap cofferdams underwater of the main bridge in Ninghai. This paper introduces the construction process and the critial sequence(the placing of bottom concrete )of this three cofferdams.

Steel tube pile; Steel crane case; Steel case; Cofferdam; Pile cap

郑丽涵(1984.12-)，女，工程师。

E-mail:214638787@qq.com

2016-04-28

U445

A

1004-6135(2016)07-0087-04