水中墩台采用反吊支架法施工的关键技术

 黄业

 [上海公路桥梁（集团）有限公司，上海200433]

摘要：水中墩台施工根据现有工艺大多采用同堰填土成陆施丁、桩基础抱箍支撑法、水中钢套箱沉底施工等方式。结合上海青浦曹芳泾桥施工实例，根据深河道、浅墩台的结构设计，介绍水中墩台反吊支架法施工工艺及构件验算一其施工工艺具有经济易用、保护河道环境、航道通行安全可靠等特点。通过合理安排和严谨的技术管理圆满完成水巾墩台的施工。经实践验证该技术的可行性和优越性，可为今后类似工况提供借鉴。

关键词：水中墩台；反吊支架法；施工技术；深河道；浅墩台

中图分类号：U445.559文章编号：1004-4655( 2016) 03-0096-04

 随着上海市启动新一轮“区区对接”建设工程，区与区之间一些道路受轨交、高速公路、河道等隔阻不相接的情况大有改善。但上海地处长江中下游段，水系发达，河道等级较高，跨越要求也较严。为保证顺利跨越天然河道，在保证施工质量及经济性同时，必须减少对河道环境及航道通行的影响。

1工程概况

 曹芳泾桥跨越漕芳泾，位于上海市青浦区练塘镇境内。漕芳泾现状河口宽140 m，市管Ⅵ级航道，通航净空顶面标高不低于+8.4 m（吴淞高程系统）。

 曹芳泾桥与道路设计中心线相正交，桥梁全长445.94 m，跨径组合为10×20 m+45 m+10×20 m。曹芳泾桥水中墩台共有6个，其中2个墩台P8、P13为临岸浅水段墩台；4个墩台P9、P10、P11、P12为水中墩台。

 漕芳泾河道现场实测常水位标高2.0 m（枯水期水位在1.6 m左右，高水位在3.2 m左右），河道深度最深处约为7m，平均深度约为6.5 m，临岸浅水段深度在2m以下。

 水中墩台为圆端矩形承台，其中P8、P9、P12、P13类型相同，尺寸为29.6 m×3.6 m×1.5 m，单个墩台重约400 t；P10、P11类型相同，尺寸为30.4 m×3.6 m×2.0 m，单个墩台重约547 t。拟建桥梁与河道相对位置见图1。

2施工特点、难点及方案比选

2.1施工特点与难点

 1)通航河道明水深。漕芳泾河有通航要求，河道经测量，河水平均深约6.5 m（现状河底标高约-4.5 m，常水位标高约2.0 m）。

 2)浅墩台白重大，对支架承载能力要求高。墩台结构分2种：P9、P12单墩台混凝土方量160 m3，白重约400 t。考虑到施工附加荷载，支架承载力在4 400 k N左右，方可确保安全；P10、P11单墩台混凝土方量219m3，自重约547 t。虑到施工附加荷载，支架承载力在6 020 k N左右，方可确保安全。

2.2方案比选

 水中墩台施工，通常采用围堰填土成陆、桩基抱箍支撑法以及钢套箱围堰法等形式。根据结构的特点和施工环境的影响进行方案比选。

 1)围堰填土成陆法。采用双排12 m以上拉森钢板桩，双排板桩间内填黏土形成围堰，围堰成形后采用素土回填形成陆上施丁。施工过程中土方同填及清理对河道环境影响较大，围堰占用河道对河道汛期排水影响较大，围堰措施费用成本高。

 2)桩基抱箍支撑法。利用施工完成的桩基外采用一定厚度的圆形钢板箍于墩柱上，利用摩阻力通过钢板箍上的牛腿支撑墩台支架的一种施工方法。但钻孔桩桩基抱箍法不如预制桩或者立柱体规则平整，摩擦力不易控制，加上水下安装与拆除抱箍较难实施。

 3)钢套箱围堰法。以钢模板为基础材料，通过拼合组装的方式装成套箱，沉入水中。通过钢套箱和封底混凝土形成围堰阻水，为水中墩台施T提供无水施工环境。考虑到钢套箱加工、运输和安装周期长，成本投入大，更适用于跨海大桥中超深水深，多个水中墩台连续周转施工。

 本工程最终采用水中墩反吊支架法。以水中墩的栈桥及钻孔灌注桩施T平台的钢管桩作为受力体系基础，利用双拼槽钢（或型钢）焊接在各个钻孔桩平台对应的钢管桩顶形成扁担。再用多根吊杆均匀分布穿挂在扁担上，吊杆上放置型钢纵梁形成水中墩台底模，按照常规施工工艺进行墩台施工。

 施工工艺原理是将墩台的重力由钢管桩支撑反力抵消形成力系平衡，优点是利用钻孑L灌注桩施工平台的钢管桩，形成受力反吊体系，从而进行快捷、连续施工。施工过程对环境影响小，周期短，经济性高。

3水中墩台反吊支架法施工流程、关键技术及经济性

 为实施曹芳泾桥P9、P10、P11和P12四个水中墩台施工，前期通过栈桥至各墩台位置，搭设钻孔桩施工平台。完成水中钻孔桩基施工后，利用水中钻孔桩平台钢管桩组成反吊支架体系进行水中墩台施工。

3.1水中墩台反吊支架法施工流程

 水中墩台反吊支架法的具体施工流程：利用钻孔桩施工平台的ф500 mm×10 mm钢管桩，桩顶沿顺桥方向对应2根钢管桩顶焊接双拼40c槽钢扁担。接着在每条双拼槽钢扁担上打孔穿挂4根ф34 mm圆钢吊杆，其后在吊杆下部设置4道25b双拼槽钢纵梁。最终在槽钢纵梁上放置方木隔栅和竹胶合板底模同定，完成水中墩台反吊支架体系。其反吊支架布置示意图以P10墩台为例（见图2）。

3.2施工关键技术

 1)保证支架体系的整体稳定性。反吊支架体系搭设过程中发现钢管桩桩顶标高有高差。因此，在钢管桩顶沿横桥向各设置一道双拼40c槽钢联系梁与钢管桩顶焊接（利用薄钢板调整标高，保证水平），再将槽钢扁担搁置在联系梁上。所有钢管桩连接形成整体，从而保证支架的整体稳定性。

 2)掌握河道水位变化。选择合适的施工时段，采取阻水措施。水中墩台反吊支架法立模时，对于河道常水位有要求，需墩台底模标高不低于常水位标高1m（最理想状态是高于常水位标高）。施工时应及时掌握河道水位变化，通过水务监测部门了解河道历年水位变化情况，选择河道低潮期及潮汐变化较小时段进行水中墩台施工。在上海区域内水中墩反吊支架法施工时间安排在秋冬季且避开农历初一和十五为宜。一旦无法避免潮汐变化大、河水位偏高时，为防河水从模板缝隙间倒灌人模，需采取以下阻水措施。

 (1)承台木模应尽量采用整板及刚度较大的材质拼接以减少拼缝数量及拼缝宽度。

 (2)采用防水塑料薄膜对模板外侧进行全包裹。

 (3)对墩台底模与钻孔桩的间隙加设封堵板并灌注水下混凝土进行封底处理。

 3)保证杆构件焊接质量。反吊支架体系中各类杆构件焊接拼接部位较多，而焊接处多为受力集中处，焊缝质量影响整个支架体系的结构安全，所以必须保证焊接质量，必要时需做焊缝探伤检测。

3.3施工经济性

 采用反吊支架法水中墩台施工过程质量、安全可控。施工进度从凿除桩头至所有墩台完成由原计划60 d提前至45 d，缩短的工期也为后期桥梁计划节点目标顺利实现打下良好的基础。

 反吊支架法施工所有材料为常用规格材质，市场上易采购或租赁，在支架体系拆除时予以回收，后期可在其他施工部位周转使用。本工程中共使用ф500 mm×10 mm钢管桩120余根，各类槽钢杆构件38 t，材料租赁及措施所有费用实际为38.8万元。

 若采用围堰填土成陆法施工，12 m拉森钢板桩的打拔520根，土方回填及清理约2 072 m3，材料租赁及措施费用测算为68.7万元。此外后期按水务部门要求进行河道恢复，河床底清淤的工作量也较大。

 若采用钢套箱围堰法施工，需要加工、运输、安装2套钢套箱，材料加工及措施费用测算为56.5万元。由于钢套箱为定制加工，一般无法周转使用，且整个施工周期也较长，约为70 d。

 相比较其他施工工法，反吊支架法施工水中墩台费用约为其他T法的2/3，其本身的经济性也得到较好的体现。

4水中墩反吊支架构件设计力学计算

4.1荷载情况及钢管桩设计取值

 以P10水中墩为例，P10墩台混凝土219m3，计重5 472 k N，考虑结构自重与施工荷载，附加荷载安全系数1.1，总荷载6020 k N。钢管桩设计共计30根，每根长23m。

4.2许用应力取值

 钢材取屈服强度235MPa，取安全系数1.6，得许用应力为145MPa。

4.3钢管桩承载力验算

 作为水中墩台反吊支架受力体系组成桩基础，采用ф500 mm×10 mm钢管桩，根据地质情况及河道深度对桩长及桩顶承载力进行设计验算。

 P10墩台单桩最大考虑设计荷载根据该墩台重为5 472×1.1=6 020 k N(附加荷载的安全系数取1.1)分配至30根单桩平均为200.67 k N。考虑到河床底下地质情况变化复杂，导致单桩承载力有差异，故取桩顶设计荷载：Q5=250 k N，桩长23 m，桩顶设计荷载验算如下。

 钢管人土深度假定为14．0m，管桩主要贯入至③层灰色淤泥质粉质黏土6～7.5 m及④，层草黄色沙质粉土10.0～14.0 m。

 根据JTJ 254-1998《港口工程桩基规范》第4.2.4条：

4.4钢管桩顶部连接扁担构件选用计算

 P10墩台钢管桩顶部设15根扁担构件，为简化计算，假定荷载均匀分布，则每根承重

401.3 k N，4根吊杆悬挂在扁担上，每根吊杆为集中荷载p= 100.3 k N，得知在跨中产生最大弯矩M=0.70p+2.12p=282.85 k N. m。

如图3所示三跨等跨距连续梁最大弯矩出现

145 M Pa，得W x≥235Cm3。可知25b槽钢W x=289.5 cm3，满足设计荷载要求，故采用双拼25b槽钢。

5结语

 水中墩台采用反吊支架法施工相比较其他施工工艺，具有经济易用、保护河道环境、航道通行安全可靠等特点。通过合理安排和严谨的技术管理圆满完成水中墩台的施丁，该法为同类工程提供借鉴。