钢吊箱围堰的结构设计与施工

时间：2024-05-20

郭大鹏

广东省梅州市蕉岭县水利水电勘测设计室，广东梅州 514100

钢围堰、钢吊箱围堰是深水构筑物基础施工的主要阻水方式。为了给深水构筑物及承台施工提供无水的干燥施工环境，通常设计钢吊箱围堰作为临时阻水结构，吊箱围堰侧板和底板上的封底混凝土形成一个相对封闭的无水区域，方便施工。钢吊箱围堰在大跨度、大深度的大型桥梁桥墩的施工中得到广泛应用。

1 钢吊箱围堰的结构设计

1.1 设计依据

根据我国相关政策法规和行业标准，钢吊箱围堰的结构设计一般要结合工程的基础施工设计图纸和《公路桥涵设计通用规范》、《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》及《钢结构设计手册》进行设计。

1.2 设计条件

1.2.1 水位

钢吊箱围堰施工时的最低控制水位和最高控制水位，要根据拟建工程所处水域的常年水文变化曲线来确定。

1.2.2 围堰尺寸

围堰的尺寸要结合拟建工程的基础承台尺寸以及围堰侧模和承台的制作安装空间，根据水文部门的监测数据推算出施工时的最高控制水位，这样就定出了围堰顶面的标高；经计算得出封底混凝土最小厚度后，再推算出围堰底板顶面的标高；同时初步拟定围堰内支撑的标高。

1.2.3 计算工况

设计计算要结合围堰施工的几个阶段分为：围堰拼装下沉阶段、围堰内浇注封底混凝土阶段、围堰抽水及承台施工前准备阶段和承台施工阶段。

1.3 结构设计

钢吊箱的结构构造由底板、侧板、内支撑、悬吊及定位系统组成。下面笔者就分别对其进行阐述。

1）底板的结构形式

通常情况下，底板由钢模板和型钢构成。就其结构形式可分为型钢网格分配梁底板以及空间桁架式底板。这两种结构形式各自具备优缺点，其中型钢网格分配梁底板的优点有：快捷方便、施工加工量小、底板安装工期短；其缺点是：分配梁底板刚度较小，当设计偏弱时，底板会产生较大的变形，从而导致浇注的封底混凝土受拉开裂，质量不易保证。空间桁架式底板的优点有：刚度较大，竖向变形小，容易保证封底混凝土质量；缺点是：底板加工工艺复杂，加工速度慢，工期较长。综合分析比较这两种结构形式，型钢网格分配梁底板具备的安装快捷简便，施工安装工程量较小，型钢所需的材料数量与空间桁架式底板基本等量，所以型钢网格分配梁底板运用的比较多。

2）侧板的结构形式

钢吊箱抵抗水平向静水压力、水流力和波浪力的受力构件就是侧板。侧板构造形式分为单壁围堰和双壁围堰。单壁围堰，顾名思义其只有一侧壁板，结构比较简单，方便加工和运输；缺点是必须现场拼装，下沉时受水流的影响较大，下沉较为困难，如下沉中发生侧倾等问题就不好调整。双壁围堰的下沉施工就方便的多，两层壁板中间存在隔舱，可以利用水的浮力，在于下沉过程中调节隔舱内的水量来调节吊箱的位置；但其结构复杂，预制拼装的难度较大。

3）内支撑的设计

内支撑的组成部分分为内团梁、水平撑杆及竖向支架三个部分。内团梁安装在侧板内壁牛腿上，在吊箱侧板的内侧。内团梁的主要作用是将侧板传递的荷载传给水平撑杆。水平撑杆主要是增加围堰的刚度，通过对吊箱侧板的支撑减小侧板变形和位移，竖向支架则是为了支撑水平撑杆，这样一来，还可以减小水平撑杆的自由长度。竖向支架的上端与水平撑杆焊接，底端焊接到底板上。

4）支吊系统的设计

以钻孔桩的钢护筒为主体和依托，由纵、横梁，吊杆及钢护筒组成悬吊系统。在护筒内侧牛腿支点上设置横梁，这样就将悬吊荷载通过钢护筒传递给桩基。吊杆的作用是将吊箱自重以及封底板的重量传给纵梁。吊杆下端固定于底板的吊杆梁之上，上端固定于支架的纵梁上。纵梁的作用是支撑吊杆，并将吊杆传来的荷载传给横梁。

2 钢吊箱围堰的施工

2.1 钢吊箱组装

吊箱制作完成后，应在加工场地进行试拼装，并将拼装好的每组吊箱进行编号。根据编号的顺序拆卸分片，先最底端再最顶端依次运输至平台顶。吊箱的拼装按照施工组织方案的步骤在钻孔平台完成，先后安装下沉吊箱吊杆及底梁，逐块拼装底板、底节吊箱、中节吊箱和上节吊箱。要求吊箱的拼装尽量不要中断，应整个吊箱一次拼装完毕，逐节下沉到位。安装吊杆时，穿过平台顶工字梁，用吊车下放底梁，然后连接吊杆及底梁。

2.2 钢吊箱下沉就位

对组拼好的吊箱进行全面检查、调整。下沉时，由指挥人员统一下令指挥，操作人员每次下落时指挥人员随时观察吊箱顶部是否水平及底部有无障碍情况。若发现吊箱下沉不均匀或倾斜时，应及时找出问题，调整水平后方可继续下沉。吊箱下沉速度为2m/h，全部下沉后进行标高精确调整。

2.3 灌注封底混凝土

吊箱围堰进行封底混凝土主要有4个方面的作用，第一是作为平衡重的主体；其二是阻止水的渗漏；其三是抵抗水浮力在吊箱底部形成的弯曲应力；其四作为浇筑承台混凝土的承重底模。钢吊箱围堰施工的成败关键因素之一就是封底混凝土的施工质量，施工时要从下游开始依次倒移向上游进行；应针对水位深度、水流速度、灌注面积大小等因素采取多点位的泵送混凝土快速灌注。在水封前，用自制的钢丝刷（或用射水的方法）将封底混凝土厚度范围内的钢护筒外壁表面附着物清除干净，以保证封底混凝土与钢护筒壁间的粘结力。浇筑封底混凝土时会置换出围堰内的水，可以在吊箱侧板上部开口或用水泵抽水等方式排水。