摘要：海洋环境下的高桩承台施工，面临流速大、稳潮时间短、台风等水文条件影响，施工难度大，本文着重介绍混凝土底板加钢侧板组合式单壁吊箱围堰的施工及控制。证明组合式吊箱围堰在海域高桩承台中的适用性，具有经济性高、加工简便、底板无需回收、结构简洁、施工周期短、易于倒用及周转等特点，可在海域高桩承台施工中广泛应用。
关键词：混凝土底板；钢吊箱；高桩承台；承台施工；
1 引言
近年来，随着桥梁设计与施工技术的飞速发展，跨海、跨江等大型桥梁也越来越多，高桩承台在我国深水基础设计中得到广泛应用，吊箱围堰作为即经济又安全实用的施工方法被广泛应用到深水高桩承台的施工中。因此高桩承台的施工技术作为桥梁基础施工的关键技术就显得尤为重要。一般而言跨江跨海等大型桥梁中水中高桩承台个数较多，承台施工方案的经济性对整个桥梁施工经济效益有很大的关系。如何在满足吊装和受力的基础上尽量减少底板的成本是控制整体施工成本的关键。经过方案计算与对比，钢侧板加混凝土底板组合式吊箱围堰就应运而生了。钢侧板加混凝土底板组合式吊箱围堰吊箱围堰构造除包括底板、侧板外，施工时还用到悬吊及定位系统等，根据水位的高低和施工荷载的大小，选择单壁围堰或双壁围堰。相对钢围堰来说，组合式吊箱围堰经济性高，且下沉简单、方便。下面着重介绍混凝土底板的单壁吊箱围堰的在海洋环境下的施工及控制。
2 海洋环境对施工的影响因素
2.1潮汐：潮汐是影响施工的一个关键因素，每天有两次的涨落潮。在天文大潮期间，最大潮差在7m以上，平均也有四米左右。
2.2流速：每天两次的涨落潮使海流流向多变，而且流速大。
2.3风速大：全年极大风速（≥8级）平均为11.1d，全年各月均有出现，夏季台风时有发生。平均2.56个/年；
2.4紊流：由于风、潮交互作用和海边特殊地形、地貌等诸多因素，造成滩涂区海水出现流向多变的紊流，局部地区冲刷严重。
3 方案选用
3.1根据特殊的施工环境和施工特点，前期进行潮水调查，利用潮水退后间隙4-5个小时时间，使用施工快捷、费用较低、安全使用的承托受力构件结构物（牛腿），利用护筒结构物将四个牛腿钢板分块与钢护筒双面焊接，使之成为一个整体，提供强大的支撑。
3.2由于潮水的影响，钢吊箱施工放样困难，使用装配式混凝土底板后，由于有固定的平台，利用GPS全球卫星定位系统对控制点进行静态测量，然后使用全站仪对钢吊箱进行施工放样，确保测量的精确度。
3.3由于海洋环境下的高桩承台施工，面临流速大、海域风大、冲刷严重、稳潮时间短、台风等水文条件影响，所以需制定一个操作简单、使用便捷的施工方案，以便满足快速施工的要求，减少成本投入。最终确定采用结构简便、经济、安装拆除方便的单壁组合式吊箱围堰作为承台施工的模板围护结构和承重结构。并根据承台结构形式，可将组合式吊箱围堰分为不同的块段结构加工，整体拼装下放。保证承台快速、安全、经济的完成施工。
4 混凝土底板钢吊箱的结构计算
4.1 计算工况
钢吊箱按以下三种控制工况进行计算：围堰整体下放到位；堵漏封底后抽水完成；低水位浇筑承台。
4.2 计算荷载
计算中考虑吊箱所受的荷载包括：静水侧压力、混凝土浇筑时产生的侧压力、水流力、波浪力、风荷载。
4.3 各工况下围堰结构计算
吊箱在各工况的受力计算主要利用MIDAS进行，建立三维空间有限元结构模型，从计算可知吊箱各构件的受力和变形满足要求。从应力图可知侧板小肋应力最大发生在侧板的拐角处，设计时对此处进行了局部补强。
4.3.1 混凝土底板的计算
混凝土底板计算以较不利的封底施工的工况进行计算，对混凝土底板进行配筋设计，确定合适的钢筋布置，确保混凝土底板不会出现少筋及超筋破坏。另外，混凝土底板块段之间的连接计算也很重要，根据最不利受力确定连接形式，保证接缝处受力。
4.3.2 围堰抗浮计算
由计算可知，围堰整体抗沉仅靠封底混凝土的粘结力无法满足要求，需依靠封底撑杆共同承担。根据受力进行撑杆设计，并根据受力确定焊接长度，确保进行封底时围堰的整体抗沉满足要求。
4.3.3 封底混凝土强度计算
围堰封底采用强度为C20的混凝土，封底混凝土受力最不利工况为承台浇筑完成后。主要荷载：围堰自重+封底混凝土自重+承台自重。经建模计算，封底素混凝土在护筒0.5m范围外最大应力为0.5MPa。考虑水下混凝土表层质量差，养护时间短等因素，根据《公路钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土桥涵设计规范》（JTJD62-2004），素混凝土满足要求，不需配筋加固。
5 混凝土底板组合式吊箱围堰的特点及施工流程
和钢底板围堰相比，混凝土底板围堰有如下的特点：（1）混凝土底板钢吊箱属于单壁钢吊箱系列，其壁板直接作为承台模板使用，并承担其临时阻水创造内部无水施工环境的作用，可以最大幅度的节省钢材用量；（2）混凝土底板加工简便，并且不影响施工进度，底板的预制可与钻孔桩施工同时进行；（3）减小封底厚度，可以与封底混凝土共同受力，简化了施工工序；（4）充分利用钻孔桩的4个钢护筒设置吊挂系统，节省了起吊设备的费用。（5）混凝土底板可以直接作为承台支撑和防护层，降低了钢材的消耗。由于采用了一次性混凝土底板结构，施工后无需拆除，从而大大缩短了施工时间和费用。
混凝土底板组合式吊箱围堰的施工流程：装配式混凝土底板预制→钢护筒拼装牛腿→装配式混凝土底板拼装→装配式混凝土底板调整、固定、湿接缝施工→围堰钢侧板、内支撑安装→围堰下放→围堰调整、护筒周围堵漏→围堰封底→等待封底混凝土达到设计强度→围堰内抽水、割护筒、凿桩头、清基→后续承台钢筋、混凝土等施工。
5.1 施工准备工作
5.1.1清除钻孔平台所有杂物。精确测量钢护筒的平面位置及倾斜度，作为底模开孔的依据。
5.1.2 探测障碍物探测钢护筒外侧有无障碍物。水文、气象 观察与收集水文及气象资料。
5.1.3钻孔桩完成后，拆除部分钻孔平台。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在施工高水位以上的护筒相应位置根据需要设置牛腿，在牛腿上搭建围堰拼装平台。
5.2组合式吊箱围堰的混凝土底板制作及拼装
5.2.1组合式吊箱围堰的底板由四块C30混凝土预制板组成，分别编号，同时预制。在预拼场按设计浇筑每块预制混凝土底板，并埋设预埋件，底板开孔位置各墩位钢护筒按实际插打位置定位，保证块段之间连接的准确性。
5.2.2待预制混凝土底板达到强度后安装侧模托架。
5.2.3利用浮吊拼装围堰底板，调整四块底板的标高与水平方位，使其高差不大于5mm，焊接底板预埋件，将4块底板连接成整体。对底板拼接缝处混凝土浇筑。
5.2.4安装侧模及内支撑，且做好侧模及底板间的连接及堵漏。按设计标高割除钢护筒并对护筒顶进行加固，在护筒上安装吊挂设备，准备下放吊箱围堰。
5.3混凝土底板组合式吊箱围堰的组成及安装
5.3.1组合式吊箱围堰主要由混凝土底板、钢侧板及内支撑、下放系统、支承系统五部分组成，底板和侧板是围堰的主要阻水结构并兼作承台模板。
1）吊挂系统 吊挂系统由井架、承力梁、链条葫芦、吊带等组成。井架采用型钢拼装而成，下端通过工字钢固定在钢护筒上，上端安装承力梁，用于承担钢吊箱的全部重量及调整钢吊箱的标高。每个钢护筒设一套吊挂系统。沿护筒外围对称设置4根抗浮型钢，抗浮型钢下端与吊箱底板预埋件焊牢，上端与钢护筒焊牢，抽水时可防止吊箱上浮。
2）作为承台施工围护结构的吊箱侧板，施工中主要承受承台混凝土的侧压力、水流力及波浪力，取施工水位+1.98m进行计算，以保证侧模的截面抵抗矩满足要求，在荷载共同作用下不会出现侧板失稳。同时侧板的高度要考虑浪高的影响，防止在进行混凝土浇注和养护的过程中，海水溅入吊箱，影响承台混凝土结构的防腐性、耐久性。
3）组合式吊箱围堰的内支撑对应的位置采用钢板进行受力分配。内支撑与侧板之间通过螺栓连接。组合式吊箱围堰下放到位后，于低水位时焊接撑杆与护筒之间的连接板，拆除下放吊挂系统，进行体系转换，改由支承系统承受组合式吊箱围堰及封底混凝土及承台混凝土的部分重量，每块混凝土板设五个支撑点，支承牛腿及撑杆按吊点的最大反力进行设计。
5.3.2围堰侧板、内支撑安装
待围堰底板拼装完成后，在底板牛腿上安装侧板及内支撑。侧板与底板间连接竖向利用长拉杆拉紧，并在外侧拼缝位置压注发泡材料及砂浆止水；水平向利用U型槽限位，抵抗水压力及混凝土侧压力。侧板间靠连接螺栓拧紧。侧板安装完成后，安装围堰内支撑。
5.3.3 围堰的下放、固定
待围堰底板、侧板、内支撑及吊挂系统安装且调平并经检查合格后，安装导向架，进行围堰的下放。通过吊挂系统缓慢下放围堰，围堰每下放5cm，需调平一次。整个吊箱慢速均匀地沉入水中。当围堰下放到设计位置，现场在底水位时将围堰底板与护筒间临时超死，避免围堰在波浪及风荷载作用下出现大的晃动。
5.3.4封底混凝土的浇筑
围堰封底前需检查连通孔是否打开及畅通。封底混凝土采用C20水下混凝土，封底混凝土厚度1.1m。封底混凝土灌注顺序是根据导管的布置依次进行，并且应对称、交错地依次拔球、灌注。封底混凝土灌注方法与钻孔桩混凝土灌注类似，整个混凝土灌注过程中，须避免混凝土的任何一个接头面出现初凝现象，以确保混凝土的整体性。混凝土灌注过程中，应加强测量工作，以确保整个围堰内的封底混凝土标高满足施工设计要求。
待封底混凝土强度达到设计要求后，关闭侧板连通孔，割除护筒，凿除桩头，清理围堰基坑进行承台施工。
5.3.5 组合围堰箱内作业
封底混凝土强度达 80%以上才能开始箱内抽水，抽水过程中时刻观察吊箱的变形情况，确认稳定后才 能进行箱内作业。作业内容包括：1、抗渗防漏处理；2、将抗浮槽钢焊于封底混凝土上面的护筒根部，拆除井架，切除多余钢护筒。此时依靠钢吊箱及封底 混凝土的重力、混凝土与钢护筒的粘结力、磨擦力、抗浮槽钢的反压力来共同承担钢吊箱的浮力；3、封底混凝土表面找平、清理干净。在桩基础检验合格后 再按普通承台和墩身混凝土的工艺施工（即模板涂 油、扎钢筋、浇混凝土等工序）4、厚大体积混凝土浇筑时应采取措施防止水化热。
5.3.6 吊箱拆除
承台及墩身混凝土达到了拆模强度后，由潜水员下水把吊箱侧模的连结螺栓拆除，在水上吊车的配合下，很容易回收全部的侧模和支撑。
6 施工过程控制要点
（1）吊箱底板组拼时注意接缝要按设计要求焊接牢靠，湿接缝要及时浇筑并保证其强度。
（2）注意吊箱的定位和施工过程中的随时纠偏，围堰拼装、下沉过程中，为防止吊箱顶面高差过大、中心偏位、吊箱倾斜，须注意各吊点受力均匀，对钢护筒顶面标高及分配梁顶标高控制，并采用水准仪进行测量检查。
（3）下沉吊箱应缓慢，吊箱定位导向装置拉杆应连接牢固；
（4）封底混凝土施工过程中，为防止封底混凝土漏水、封底混凝土与钢护筒粘接力不够，须严格控制混凝土和易性、坍落度，严格遵循配合比、严格控制封底混凝土厚度，封底前确保钢护筒表面干净、按图纸要求焊接剪力钢筋。注意首盘封底混凝土的数量。
（5）堰内抽水时，注意吊箱侧板变形情况，必要情况下可增设内支撑；
（6）拼装侧板须注意接缝的密封和模板变形的调整，吊点必须焊接牢固。
7 结束语
该组合式吊箱结构简单、受力明确、投入机械设备少、拼拆迅速、操作方便、稳定可靠、易于周转。减少了传统钢底板吊箱围堰的用钢量，保证了经济性。混凝土底板加钢侧板组合式单壁吊箱围堰的成功应用，为海洋环境下高桩承台及墩身施工争取到了宝贵的时间，取得了较好的经济效益和社会效益。并为海域高桩承台施工积累了经验。
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论文作者:王慧娟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第1期
论文发表时间:2019/3/29
标签：围堰论文; 混凝土论文; 底板论文; 封底论文; 组合式论文; 结构论文; 荷载论文; 《基层建设》2019年第1期论文;