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東海大橋承臺混凝土套箱分塊拼接施工安全分析

文檔作者：黃向平，莫景逸文檔來源：中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2024年02月22日
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2013年7月第7期 城市道橋與防洪 管理施工 219
東海大橋承臺混凝土套箱分塊拼接施工安全分析
黃向平，莫景逸
(中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，上海市200030)
摘要：東海大橋采用混凝土套箱法對非通航孔中高墩橋梁承臺進(jìn)行施工。套箱形狀為長方形，比圓形套箱具有較大的迎浪面，受
力更不利。因其體積較大，吊裝和運(yùn)輸都受到施工條件的限制，海上施工的周期也較長，受天氣的影響大。針對以上不利因素，從施
工安全、施工條件、施工進(jìn)度、經(jīng)濟(jì)合理性等角度出發(fā)，提出了適用于長方形套箱分塊拼裝方案，并采用大型有限元分析軟件對施
工過程進(jìn)行仿真分析，為施工工藝方案的選擇和施工流程優(yōu)化提供依據(jù)。
關(guān)鍵詞：方套箱；分塊拼接；承臺施工；東海大橋
中圖分類號：U445 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1009—7716(2013)07—0219-03
0 前言
東海大橋是舉世矚目的上海國際航運(yùn)中心洋
山深水港區(qū)最主要的工程之一。大橋從蘆潮港開
始至洋山深水港區(qū)，總長度達(dá)31．053 km，工程規(guī)
模巨大。大橋所處海區(qū)海況惡劣，一年中海上安裝
工程有效作業(yè)天數(shù)為180 d，可供混凝土澆筑的天
數(shù)也僅為240 d。整座大橋從2002年8月開始施
工，須在2005年底竣工完成。
非通航孔橋梁的承臺套箱分兩類：圓套箱和
方套箱。其中圓套箱施工已順利展開，一天最多可
安裝4個套箱，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)；方套箱長
27．85 m，寬10．2 m，高4．35 m，體積較大，原計劃
采用鋼套箱方案。混凝土圓套箱的順利安裝增強(qiáng)
了施工單位采用混凝土套箱的信心，提出大套箱
是否能采用混凝土套箱，將混凝土圓套箱的施工
工藝推廣到大套箱上。這樣，整個非通航孔的承臺
安裝的工期都可得到保證。
1 承臺套箱施工方案
國內(nèi)大江大河上的橋梁承臺套箱大都采用鋼
套箱，工藝較成熟。但是，在東海大橋使用鋼套箱
有其自身的特點(diǎn)：一是東海大橋?qū)偻夂９こ蹋鸪?
鋼套箱成為一道難度和風(fēng)險較高的工序；二是東
海大橋橋墩工程量大，鋼套箱需周轉(zhuǎn)才能保證施
工方案的經(jīng)濟(jì)性，從安裝到拆除需幾個月的時間，
這期間螺栓可能銹蝕且位置在封底混凝土底部，
須選擇在天氣好、潮位低的時候進(jìn)行。受天氣潮位
的影響，鋼套箱的周轉(zhuǎn)次數(shù)很難保證。
若采用混凝土套箱，承臺澆完后不用拆除，受
收稿日期：2013一O1—15
作者簡介：黃向平(1976一)，女，福建羅源人，高級工程師，從
事路橋、巖土設(shè)計研究工作。
天氣潮位的影響相對小，施工更安全，經(jīng)濟(jì)更合
理。但是混凝土套箱重量較大，對運(yùn)輸和起吊設(shè)備
的要求較高。若采用整體吊裝方案，需要大型浮
吊，現(xiàn)有的吊裝設(shè)備不能充分利用；而采用分兩塊
拼接方案，每一塊的重量與整個圓套箱的重量相
當(dāng)，能夠充分利用現(xiàn)有的設(shè)備條件，實(shí)現(xiàn)快速安裝
承臺套箱的目的。
經(jīng)過認(rèn)真權(quán)衡鋼套箱和混凝土套箱的優(yōu)缺
點(diǎn)，本著盡可能減少海上作業(yè)時間，盡快提高套箱
剛度的原則，提出了將方套箱分兩u形吊裝，水
上拼接的施工方案，施工流程如下：
陸上分片預(yù)制套箱_÷方駁上拼裝u形套箱一
起吊u形套箱一將兩片u形套箱正確定位并支
撐在樁上一連接好樁頂和鋼扁擔(dān)，焊好拼裝部分
鋼梁、鋼板一澆灌封底混凝土一現(xiàn)澆套箱壁濕接
頭 封底混凝土達(dá)到85％強(qiáng)度后，拆除部分鋼扁
擔(dān)，澆筑第一層承臺混凝土 第一層承臺混凝土
達(dá)到85％強(qiáng)度后，拆除全部鋼扁擔(dān)，澆筑第二層承
臺混凝土。
2 套箱構(gòu)造
整個套箱長27．85 m，寬10．2 m，承臺內(nèi)布置
16根鋼樁，空間有限元模型見圖1。套箱中間處設(shè)
置鋼扁擔(dān)(見圖2)，并擱置在樁上，套箱吊裝時吊
點(diǎn)設(shè)在鋼扁擔(dān)上；套箱底部采用鋼底板結(jié)合鋼底
梁來承受澆筑混凝土的重量；在樁間的鋼扁擔(dān)與
鋼底梁設(shè)吊桿以減小底梁跨徑。因套箱分塊吊裝，
則半個套箱呈開口u形，開口處設(shè)桁架(見圖3)
保證套箱具有足夠的剛度以防變形。
3 計算分析
3_1 荷載標(biāo)準(zhǔn)
從開始安裝套箱到施工完承臺只需經(jīng)歷幾十
220 管理施工 城市道橋與防洪 2013年7月第7期
(a)拼接前
(b)拼接后
圖1 方套箱空間有限元模型
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圖2方套箱鋼扁擔(dān)布置圖(單位：mm)
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圖3 方套箱桁架布置圖(單位：mm )
天時間，取過大的波浪可能造成套箱設(shè)計上的浪
費(fèi)，過小的波浪則可能不滿足施工安全。不同的工
序其施工風(fēng)險性也不一樣，經(jīng)過研究，套箱拼接前
的水位采用施工期水位及波高，套箱拼接后的水位
施工期水位與使用期的水位都考慮，波高采用5 a
一遇的波高，取最不利控制計算。
(1)施工水位：1．86 in
(2)施工期波流：表層流速為2．53 m／s(套箱)；
垂線平均流速為1．93 m／s(基樁)；波浪要素H4％：
2 m ，T：5．05 s．L：38．6 1TI
(3)設(shè)計高水位：2．48 ITI
3．2 計算工況
套箱吊裝、安放須選擇較好的天氣，在波浪不
大，低潮位的時候進(jìn)行。因此，吊裝、安放兩階段僅
考慮套箱自重。
考慮到海上自然條件較差，受風(fēng)浪、流、潮水
影響大，在一個潮水內(nèi)把兩個u形連接好，但不一
定都能當(dāng)天澆完封底混凝土，這樣未澆封底混凝
土的套箱就要經(jīng)受風(fēng)浪荷載的考驗(yàn)。
澆完封底混凝土到封底混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度
這段時間，封底混凝土作為荷載，暴露在海上有一
定的時間段。此時結(jié)構(gòu)是否能承受得了大浪，是否
會影響封底混凝土的凝結(jié)質(zhì)量，是計算的關(guān)鍵。
封底混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度，拆除部分鋼扁擔(dān)
和吊桿，封底混凝土作為結(jié)構(gòu)的一部分計算。封底
完成后須抽水，因此這兩個階段的計算都需考慮
靜水浮力。靜水浮力和波浪浮托力的疊加可能控
制底板的配筋。表1為各計算T況。
表1 計算工況
計算工況 邊界條件與倚載說明
1 吊裝套箱
2 套箱擱置在4根支撐樁上
3 套箱鋼扁擔(dān)與各樁連接，考慮施工期水位的流和浪
套箱鋼扁擔(dān)與各樁連接后，澆筑封底混凝土，考慮
施工期水位及設(shè)計水位的流和浪
封底混凝土已達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度，澆筑承臺混凝土，考
慮施工期水位及設(shè)計水位的流和浪
3．3 受力特點(diǎn)
(1)與圓套箱相比，大套箱受波浪作用方向的
影響更大，長度寬度方向的剛度不同，波浪控制方
向?yàn)閷挾确较颉?
(2)圓套箱壁為拱形，受波浪作用后，受力表
現(xiàn)出軸力大彎矩小的特征，大套箱的長邊為直線
形，受浪后表現(xiàn)出軸力小彎矩大的特征。
(3)大套箱由兩個u形拼接而成，吊裝、擱置
的初始偏位可能造成拼接困難，整個過程需注意
位移控制。需足夠剛度的桁架保證吊裝擱置過程
的U形不產(chǎn)生過大的變形。
(4)封底混凝土達(dá)到強(qiáng)度前，套箱內(nèi)剛度取決
于套箱內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)，含鋼扁擔(dān)、鋼底板及底梁，鋼扁
擔(dān)、鋼底梁是結(jié)構(gòu)剛度的關(guān)鍵；封底混凝土達(dá)到強(qiáng)
度后，整個套箱具有一定的剛度，鋼扁擔(dān)的變形較
小，受力就相應(yīng)變小，鋼底梁、底板成為混凝土底
板的一部分，封底混凝土是結(jié)構(gòu)剛度的關(guān)鍵。
(5)承臺內(nèi)樁間距離不大，豎向荷載在混凝土
底板引起的彎矩遠(yuǎn)小于水平荷載。豎向荷載作用
下，在應(yīng)力圖上表現(xiàn)為樁周頂部受拉，跨中底部受
拉；在水平波浪力作用下，樁周一側(cè)頂部受拉，另
一側(cè)底部受拉。
(6)套箱與承臺相比，具有同樣的受浪面，但
套箱的豎向力及剛度比承臺小得多，因此樁的應(yīng)
2013年7月第7期 城市道橋與防洪 管理施工 221
力變形都較大，應(yīng)考慮這個施工階段的樁的受力
及變形是否超過使用階段。使用套箱法施工承臺
時，樁基設(shè)計須考慮因套箱吊放可能造成樁基變
形而引起的永久內(nèi)力因素。
4 套箱設(shè)計施工要點(diǎn)
(1)承臺的重量通過底板傳遞到樁上，計算中
偏安全地假定樁與底板之間的連接為鉸接。施工
中要采取一定措施保證樁與底板之間力的有效傳
遞。封底混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度前，可采取鋼底梁與
樁焊接或加抱箍等措施，封底混凝土設(shè)計時，可在
封底混凝土中適當(dāng)配筋保證樁與底板的連接?？?
根據(jù)不同的樁型采取不同措施，直樁應(yīng)采取更多
的措施，因?yàn)橹睒稑吨芊獾谆炷翆⒊惺芎艽蟮?
剪力，通過適當(dāng)配筋，既保證力的有效傳遞又保證
樁周的封底混凝土不被剪壞。對于斜樁，這部分力
除了由封底混凝土與樁之間的粘接力承擔(dān)外，還
有斜樁的彈力支承，故比直樁安全。
(2)當(dāng)套箱安裝后，如果兩個U形套箱安上后
未拼接而遇到較大波浪作用，樁基彎矩以及樁頂
位移都是較大的，故在套箱安裝后應(yīng)盡快拼接，盡
量縮短中間間隙時間，降低在此期間出現(xiàn)較大波
浪作用的概率，防止在此期間遇到較大波浪而使
套箱產(chǎn)生位移，造成控制套箱安裝精度不便。
(3)原則上在套箱安裝就位后，應(yīng)抓緊完成各
種鋼結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)、塞縫、排水，在預(yù)埋底板鋼筋、吊筋
與預(yù)埋件后，盡快澆筑封底混凝土，以使橋墩基礎(chǔ)
及早成為整體，以抵抗可能發(fā)生的較大波浪荷載，
并應(yīng)避免空箱情況下承受較大波浪荷載的情況，
確保工程安全。
(4)由于底板開孔原因，鋼底板上的次梁均斷
開，為保證底板結(jié)構(gòu)剛度，在套箱安放后，應(yīng)考慮
在每個樁上設(shè)置抱箍，并與鋼底板的次梁進(jìn)行聯(lián)
結(jié)，抱箍應(yīng)與樁夾緊，以改善這部分鋼底板上的受
力，也可改善樁與鋼底板之間力的可靠傳遞。
(5)東海大橋在海洋中，鋼樁經(jīng)過防腐，因此
不能在鋼樁上焊接型鋼，以免成為銹蝕通道。封底
混凝土與鋼樁的連接必須采取其他措施，可通過在
樁頂設(shè)置小扁擔(dān)，通過角鋼將作用在封底混凝土的
部分力傳至樁上，增加結(jié)構(gòu)施工過程的安全度。
(6)承臺混凝土體積較大，大體積混凝土的水
化熱不僅對承臺混凝土自身的質(zhì)量有影響，同時
可能會造成套箱內(nèi)外壁受熱不均，產(chǎn)生較大的溫
度應(yīng)力。因此有條件的情況下，應(yīng)盡量分層澆筑承
臺混凝土，同時采取冷凝，調(diào)整混凝土配合比等措
施降低水化熱。
5 結(jié)語
(1)根據(jù)東海大橋的海況條件，對東海大橋混
凝土套箱施工過程進(jìn)行細(xì)致全面的分析，分析套
箱在各種工況下的受力特點(diǎn)，提出了套箱設(shè)計施
工的要點(diǎn)，對指導(dǎo)施工具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。在條
件差、工期緊的情況下，下部結(jié)構(gòu)工期比預(yù)計提前
3個月，為東海大橋的順利施工走出關(guān)鍵的一步。
(2)分兩片u形吊裝水上拼接的做法的順利實(shí)
現(xiàn)，是一種創(chuàng)新，不僅使套箱結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)合理，而且
降低了作業(yè)人員水上工作的風(fēng)險，具有較大的借
鑒意義
(上接第215頁)
孔。用上海榮錦工貿(mào)有限公司YJ98—1膠水將新舊
橡膠帶粘結(jié)。橡膠板鋪設(shè)要平整，不得有皺褶現(xiàn)
象。防撞墻側(cè)面橡膠止水帶處用10 mm鋼板蓋封。
2．10 清理及封閉
清理齒板上雜物，用環(huán)氧砂漿灌注螺栓及螺
帽間隙，并用油膏(強(qiáng)塑粉)澆灌齒縫。
3 結(jié)語
本文詳細(xì)闡述了針對梳齒板伸縮縫各類病害
的維修措施，通過在$32申嘉湖高速全線數(shù)十條
伸縮縫的維修實(shí)踐，證明以上措施效果不錯。
(1)梳齒伸縮縫的破壞形式多種多樣，以梳齒
板跳動最為突出，維修時應(yīng)對癥下藥，盡可能在病
害初期就予以解決或加強(qiáng)早期預(yù)養(yǎng)護(hù)，以此降低
成本。否則梳齒板跳動造成齒板下混凝土碎裂，錨
固鋼筋生銹，維修成本就大大上升。目前采用帶自
鎖功能的施必牢螺栓現(xiàn)場使用效果較好，齒板松
動現(xiàn)象大大減少，可逐步推廣使用。
(2)齒板錨固螺栓絲牙損壞、螺栓斷裂的現(xiàn)象
也時有發(fā)生，通過加強(qiáng)檢查早發(fā)現(xiàn)早維修，更換螺
母的辦法，可避免由于絲牙損壞而不得不植筋或
種植螺栓。
(3)齒板下混凝土通常密實(shí)度難以保證，施工
時尤其應(yīng)加強(qiáng)振搗，避免空洞現(xiàn)象。

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