海上承台施工技术

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海上承台施工技术

摘要：本文以象山港大桥第6合同段工程为背景，从承台钢吊箱设计、钢吊箱封底、承台钢筋混凝土及大体积混凝土养护等方面的施工，阐述海上承台施工的关键技术。结合工程实践，介绍透水透气模板布、可拆卸钢吊箱底板在承台施工上的应用。

关键词：承台；钢吊箱；大体积混凝土；

象山港大桥第六合同段承台均处于海中，分为整体哑铃型式和矩形式，为现浇式承台。承台施工采用钢吊箱海上围堰，分三次依次浇注封底、桩芯和承台混凝土。本标段承台施工共采用4套哑铃型钢吊箱、3套矩形钢吊箱，钢吊箱底板可拆除周转重复使用，施工工期较计划缩短四个月，从而大大节约施工成本。

1 工程概况

本标段承台施工包括：设计编号为P14～P23、P32～P52、P53～P70号（里程桩号：K25+733.834~K26+273.834和K26+813.834~K29+093.834）。其中P14～P23、P32～P52承台为整体哑铃形承台，平面尺寸22.25x8.5m，承台倒角2.4x2.0m，厚度3.0m；系梁平面尺寸4.25x4.5m，厚度为2.5m。封底混凝土厚度为0.8m。承台顶面设计高程为3.2m，底面高程为0.2m。C40砼，单个砼方量416.1m3；封底采用C25砼，单个封底方量103.1m3。P53～P70承台为整体式矩形承台，平面尺寸为21.60x9.6m，承台倒角2.4x2.4m，厚度3.0m；封底混凝土厚度为0.8m。承台顶面设计高程为3.2m，底面高程为0.2m。采用C40砼，单个砼方量546.3m3；封底采用C25砼，单个封底方量131m3。

由于特殊的地理位置和下垫面因素影响，桥位处的灾害性天气强度和频率明显强于内陆，但与海洋上又有明显区别。桥区年平均潮差约3.08m，最大潮差达5.65m，落潮流速较涨潮流速大，最大流速约1.5m/s，涨潮历时长于落潮近1小时。本标段海上承台施工受潮汐、风浪、雨水影响较大。桥位区天气变化复杂，夏季多高温及降雨，并有台风影响；冬季阵风较频繁。

2 承台施工技术方案

2.1 承台施工工艺流程

承台处于水位变动和浪溅区，采用钢吊箱围堰法以确保进行承台及其封底干施工。所有承台均采取一次性浇筑完成。本工程承台属于大体积混凝土，采取“内降外保”温控措施并采取淡水冷却循环养护。

承台施工共投入了2艘多功能作业船、1艘混凝土搅拌船，1艘150t起重船，开设2个工作面平行作业，施工顺序在不影响墩身施工的前提下同沉桩顺序。

承台施工工艺流程为：钢吊箱后场加工拼装

浮吊运送钢吊箱到现场并沉放安装 钢吊箱底板封孔加固及钢管桩周围剪力环焊接 封底砼浇注 封底砼强度达到70%以上，割除挑梁 钢管桩抽水吸泥并下放安装钢筋笼 桩芯砼浇注 绑扎承台钢筋、安装冷却水管及预埋件 承台砼浇注及养护 拆除钢吊箱壁体及底板。承台施工工艺流程图如图1所示。

图1 承台施工工艺流程

2.2 钢吊箱结构形式及沉放安装

2.2.1 钢吊箱结构设计

根据承台施工两种形式，加工哑铃型和矩形钢吊箱，壁体及底板设计均为可拆卸结构，分块制作，已达到周转重复使用。哑铃形吊箱壁体共加工4套，底板加工6套；矩形吊箱壁体加工3套，底板加工5套。

钢吊箱整体结构由壁体、底板、挑梁等构件组成，钢吊箱壁体顶标高+4.5m，总高度为5.1m，为保证钢吊箱拼装精度，钢吊箱内壁外形尺寸比承台每边外扩5cm。壁体主要由面板、环向梁、封边槽钢、加劲板组成，底板由面板、承重主梁、辅助梁、封边槽钢、拼接槽钢、加劲板组成。钢吊箱壁体与底板采取M22普通螺栓连接形成整体，安装桁架挑梁时，精轧螺纹钢吊杆应对准桁架挑梁竖杆孔位，连接底板。钢吊箱沉放安装时，通过桁架挑梁直接支撑在钢管桩顶上，形成钢吊箱的承重悬吊系统。钢吊箱结构图见图2、图3、图4、图5。

图2哑铃形承台钢吊箱平面布置图（单位：mm）

图3 矩形承台钢吊箱平面布置图（单位：mm）

为避免承台侧面出现锈斑、锈迹，影响承台外观质量，以及钢吊箱被海水腐蚀，在壁体及底板内外侧涂刷一层防腐油漆，使钢吊箱经久耐用，周转使用时不必再进行打磨除锈。

2.2.2 钢吊箱的沉放安装

钢吊箱沉放安装尽可能选择流速小于2m/s，风速小于5级，波高小于1m，相对风平浪静的条件下进行，大雨大雾的等恶劣条件，不宜进行沉放安装。由于钢吊箱的安装底标高为-0.6m，所以钢吊箱起吊运输工作在潮水退至-0.6m之前全部完成，在潮水退至相应标高时沉放安装。钢吊箱的沉放安装是承台施工的关键工序，主要做好以下几点：

1.在潮水退到标高-0.6m以下时，浮吊缓慢定位，直至钢管桩桩顶；

2．钢吊箱定位测量，主要观测钢吊箱的平面偏位尺寸，并根据偏位是否满足施工规范要求，决定是否进行移位调整；

3．当钢吊箱定位满足要求后，安装定位器，将挑梁支撑于钢管桩桩顶，对钢吊箱进行限位；

4．浮吊松钩，进行底板封孔加固及钢管桩周围剪力环焊接。

在一个潮水位尽量完成钢吊箱的沉放安装，以防止潮水对钢吊箱的冲击引起钢吊箱的移位。为减少海水对底板的托浮力，底板两端开两个内径为25cm孔，相应焊接连通器钢管

2.2 封底混凝土浇注浇注

在钢吊箱安装完毕后，确保封底混凝土在钢吊箱安装加固后1天内进行。在低潮位时浇注封底混凝土，采用一艘搅拌能力在100m3/h以上的搅拌船进行浇筑，混凝土通过布料杆直接输送至钢吊箱内，按每层40cm分层浇筑，分层振捣。哑铃形吊箱封底砼浇筑时间约在1.5小时左右，矩形吊箱封底砼浇筑时间约在2小时左右。浇注前对吊箱底板及侧壁隙缝或有可能漏浆处应进行用小钢板或其他材料封堵。

封底混凝土布料顺序：

先钢桩四周浇注中心吊箱内侧壁

浇筑到位后，进行顶面的整平处理，并预留集水坑，以便抽水，待封底混凝土强度达到设计强度的70%后，即可进行吊箱内抽水作业，封堵连通器管口，以便进行后续施工。

2.3 桁架挑梁拆除、桩芯混凝土浇注

当封底混凝土强度达到70%以上，在低潮位封闭连通器，拆除桁架挑梁，用砂石泵抽取钢管桩内水与泥浆直至设计桩底标高-11.8m，孔深达不到设计标高时回填砂。

下放安装钢筋笼，钢筋笼自桩顶以下每间隔2m沿周边均匀布设4～6个保护层垫块，并与钢筋笼可靠连接。施工过程中注意钢筋保护层的设置，确保钢筋保护层厚度及位置符合设计及规范要求。钢筋笼顶口水平插入2.5长型钢固定在钢管桩上以防上浮。在钢筋笼吊装完成后立即安装钢管内支撑，以避免钢吊箱变形。

混凝土浇筑采用导管法施工。施工过程中，混凝土搅拌船上的布料杆软管直接伸入钢管桩内，软管下口离桩芯底面不大于2m，确保第一节砼量及导管上升要求，随着混凝土浇筑导管逐渐提升，直至浇筑完成。在距混凝土顶面2m处，用插入式振捣棒进行振捣，确保混凝土密实。混凝土为自密实混凝土。为便于斜桩混凝土浇筑，可在钢筋笼内焊安导管提升滑道，防止钢筋笼箍筋阻碍，用2根∠100×100mm角钢焊制。

2.4 现浇承台施工

2.4.1 承台钢筋制作安装

承台钢筋的下料与弯曲是在陆上加工场内进行的，然后通过货船运送到施工现场，进行安装绑扎。底层钢筋网下料长度可利用实测桩位CAD绘图量测，以保证下料精度。

承台钢筋绑扎的过程要注意以下几点：

1．钢筋网片绑扎时不能与钢管桩接触，钢筋接头焊接时，焊渣不能损烧壁体已铺贴好的模板布；

2．海工混凝土对钢筋保护层要求较高，牢固安装定做的保护层定位块，确保钢筋保护层偏差满足规范要求，扎丝不得伸入保护层范围内，以防形成钢筋的腐蚀通道；

3．当墩身预埋环氧钢筋与承台钢筋相碰时，可适当挪动承台钢筋，为保证墩身混凝土保护层厚度，环氧主筋预埋尺寸适当内缩。不得损坏环氧钢筋外层涂料，同时需按设计要求安装钢管桩阴极保护预埋装置。矩形承台钢筋绑扎时需注意塔吊基础预埋件、转梯基础、拖泵基础等预埋件的位置和数量。

4．钢筋绑扎期间要尽量减少钢吊箱内积水，以防浇注承台时底层混凝土被洗浆，与封底混凝土接触面形成明显纱线。钢筋绑扎完必须清理底层杂物，尤其是钢吊箱壁体附近的钢筋废料，避免海水通过封底与承台的施工缝渗入形成锈水。

2.4.2 承台混凝土浇注

当承台钢筋绑扎完毕，各种预埋件检查无误后，浇筑承台混凝土。混凝土由海上搅拌船提供，拌和后的混凝土由搅拌转配备的布料管进行一次浇筑完成，不设施工缝。

承台混凝土浇筑时要控制以下加点：

1．浇筑前应检查钢吊箱内积水情况、杂物清理情况、倒角模板加固情况、墩身钢筋预埋情况、预埋件位置和数量和冷却水管有无破损等；

2．混凝土浇筑时按阶梯式分层布料，每层最大厚度不超过30cm，控制混凝土自由落体高度不大于2m；

3．承台混凝土浇筑后，对顶层、倒角处进行二次振捣，反复抹面。

2.4.3 大体积混凝土的养护

本工程承台属大体积砼，必须有效降低水化热，防止裂缝的产生。常温条件下可蓄淡水养护；冬季气温较低，为防止冰冻，在承台顶面不得洒水和蓄水，只能覆盖保温。

1．冷却管通水温控

在承台内设置2层冷却水管（φ30mm，壁厚为1.8mm的薄壁钢管），当承台混凝土初凝后表面泛白，通过埋设的冷却水管，采用钢吊箱内蓄淡水30cm的方法进行循环冷却养护；

2．覆盖式保温养护

桥区所在地，冬季气温较低，极端可达-6.9℃，混凝土浇筑后不仅要内部冷却降温，还要外部保温。在承台混凝土表面覆盖一层透明塑料薄膜，再盖一层气垫薄膜（气泡朝下），用砂袋或其他重物压紧盖严，防止被风吹开，影响养护效果。

2.5 钢吊箱壁体及底板拆除

待承台混凝土养护达设计强度的70%，不受海水侵袭时，方可拆除壁体及底板，在钢吊箱拆除的施工过程中，应加强对成品混凝土的保护，不得损伤承台混凝土表面或棱角。

拆除壁体时，由潜水员在低水位拧除吊杆与底板背梁处的螺栓。首先卸载吊杆受力，拆除钢吊杆和底模承力梁；然后将底板与侧模、侧模与侧模间的连接螺栓拧下，将钢吊箱侧板分块拆除。

底板之间没有连接，底板与混凝土脱离后，底板拆除按安全操作规程作业，用浮吊将底模分块从承台底下拉出放入船上，由模板工人进行清理，校正。底板拆除前，利用钢丝绳拴住底板受力梁，待卸载后，采用浮吊拆除底板受力梁。

3 可拆卸吊箱底板应用的推广

3.1 底板的拼装

根据本工程承台施工形式，哑铃型和矩形钢吊箱底板设计为可拆卸结构，分块制作，已达到周转重复使用。根据工程实践经验，哑铃形钢吊箱底板加工6套，每套可周转使用5次；矩形钢吊箱底板加工5套，每套可周转使用4次，底板可全部拆除。

底板拼装顺序：从中间向两边，每拼接一底板单元块应将背梁下方和底板面板上方的螺母拧紧，然后进行下一底板单元拼装。拼装时底板置于拼装平台上，在底板与侧壁、侧壁与侧壁之间的连接缝处粘贴膨胀止水条，底板与壁体连接示意图见图六。哑铃型底板结构图见图七，矩形底板结构图见图8。

图4 底板与侧壁连接示意图

底板主梁

底板主梁

轻型2[25

吊杆1

底板主梁

底板主梁

轻型2[25

图5 哑铃形底板结构图

底板3底板2底板1底板4底板5底板6主梁2[25主梁

HN248×124底板3底板2底板1

底板4底板5底板6主梁2[25

主梁HN248×124次梁[10

图6 矩形底板结构图

3.2 底板的拆除

3.2.1 技术准备

1．承台顶面预埋钢筋为钢索提供附着；

2．套箱下水前仔细检查各分块间是否焊接，保证底板各分块完全脱离；

3.2.2船机准备

表1 船机设备表

3.2.3 拆除的过程

1．低水位（底板露出水面）用钢丝绳将各底板分块系于承台顶面预埋筋；

2．高水位潜水员水下切割精扎螺纹钢；

3．第二个低水位起吊底板，先将底板一端系于浮吊钩，再将底板两端连于承台钢索解除，底板落入水中，浮吊缓慢退后、材料船上前，然后将底板置于材料船；

图7 底板各分块系于承台顶面预埋筋

图8 浮吊吊出底板置于材料船

通过实际操作施工，在底板加工、拼装及拆除过程中底板成功回收，使其重复利用，节约了施工成本。如按常规套箱施工，共需49套底板，通过实现底板回收再利用，实际仅加工11套底板，节省38套底板成本，按每套材料加工费约7.5万元计算，为项目部节省底板加工费共计285万元；另底板的成功回收再利用，加快了钢套箱周转沉放速度，保守估计缩短工期1个月，减少了每月船机租赁费用投入，为项目部创造了可观的经济效益。

4 结语

本标段承台工程通过优化钢吊箱结构设计，合理安排工作面，采取有利措施，承台施

工进度大有提高，较计划提前4个月，节省了施工投入，取得了较好的经济效益。

参考文献

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[3] JTJ 025-86,公路桥涵钢结构及木结构设计规范[S]；

[4] 周永兴，路桥施工计算手册[M]，北京，人民交通出版社，2004