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  1. 本书以西江大桥为背景，针对复杂条件下深水大跨双线铁路连续刚构柔性拱特大桥施工中有关深水板梁隔舱式双壁钢吊箱围堰设计与施工技术等关键问题进行了系统研究。主要成果：深水板梁隔舱式双壁钢吊箱围堰设计与施工技术成果。基于16Mn钢锥形桩尖（16Mn钢环形套箍）加强钢管桩桩端、斜桩支撑及护筒跟进的深水裸岩栈桥平台设计与施工及稳定性控制研究成果。基于外置围檩拼装式（预应力）栓接组合单壁钢吊箱施工技术研究成果。
  2. 本书突出工程实际应用，结合西江特大桥案例，对大桥的设计、施工、风险评估、施工物流管理等做了一般的介绍，重点阐述了在复杂条件下栈桥平台、钻孔灌注桩、钢吊箱围堰等的施工工艺，尤其是大跨度桥梁竖转的施工和施工安全监控，解决了我国转体施工技术工程实践相对落后的问题，能为类似工程提供丰富的经验，促进复杂条件下桥梁转体施工技术的进一步发展。

    在编著本专著时，我们得到了西南交通大学尹紫红副教授、陈伟庆副教授及研究生郭潇、向东、乔盈丹、杨邦强等的大力帮助和支持，再次表示衷心感谢。

    限于作者的水平，书中难免有不妥之处，欢迎读者批评指正！
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  1. 第6章  双壁钢吊箱围堰设计与施工
    6.1  研究背景
    6.1.1  研究现状
    钢吊箱有单壁钢吊箱和双壁钢吊箱两种形式[34]。单壁钢吊箱结构简单，用钢量小，方便加工及拼装；双壁钢吊箱施工主动性高，可充分利用水的浮力进行吊箱的拼装与下沉，刚度大，隔水性好，更适应深水、流速大、大尺寸承台的施工要求，还可兼做承台的防撞结构。有底钢吊箱围堰进行深水高桩承台的施工技术是我国研究开发的。同国外广泛采用的无底钢围堰相比，钢吊箱具有施工工期短、水流阻力小、不需沉入河床、材料用量少、经济合理等诸多优点，但作为一悬挂系统，其可靠度明显低于无底钢围堰[35]。
    桥梁深水高桩承台基础的混凝土施工，采用吊箱围堰的方法，在铁路桥梁方面，20世纪50年代见于浙江的奉化、余姚两桥；70年代中期见于上海黄浦江桥。两者的设计方式大体相同。1978年年底开工的广茂线肇庆西江大桥，其水中的2、3、4号墩均为4根大直径钢管柱高承台基础。承台混凝土的灌注亦采用吊箱式围堰的施工方法。但在设计上有别于常例，采用了拆装式水密底板的结构方案[36]。
    1999年10月正式开工的鄂黄长江公路大桥的钢吊箱外径33.0 m，内径30 m，壁厚1.5 m，A标吊箱高32 m、重1100 t，B标套箱高32.75 m、重800 t。吊箱全高共分6节，每节分8块，每块内设隔舱板和竖向联系劲性骨架。封底混凝土厚7 m，C20水上混凝土3807 m3，一次浇筑完成[37]。
    泉州刺桐大桥承台采用钢吊箱围堰，钢吊箱尺寸为15m×11m×8m（长×宽×高），吊箱面积为136.12 m2，为了保证承台的干施工，钢吊箱的底部采用水下不离析混凝土封底，设计厚度1m，混凝土等级为C15。为了提前抽水施工，要求提高混凝土的强度为20 MPa，在混凝土强度达到15 MPa时（大约5d）抽水进行干施工[38]。
    南京长江第二大桥北汉桥的基础施工中，为节省用钢量、增加施工的安全可靠性，根据承台结构尺寸大（30.02m×14m）、水流条件和河床位置等实际情况，采用了体积巨大的双壁有底沉浮式钢吊箱围堰。外形的尺寸长×宽×高为34.02m×17.60m×12.08m，内部净平面尺寸为32.02m×16.60 m[39]。
    辽河特大桥提出了改进的轻型高桩承台吊箱施工方法。该方法把吊箱分成上、中、下3节，运用汽车吊在水上作业平台上拼装吊箱，吊装时用拉筋焊接在一起，拉筋固定在桩护筒上。吊箱的上两节可重复利用，与传统的钢围堰砌筑承台相比能节省大量钢材。该轻型吊箱施工方法经过辽河特大桥深水施工作业的实践检验，证明其具有施工操作方便、定位准、经济效益高等特点[40]。
    杭州湾跨海大桥南滩涂区采用钢吊箱围堰进行承台的施工，同时提出了利用装配式钢吊箱底板钻孔桩钢护筒支撑和潮水涨落间隙，进行水中承台钢吊箱围堰的设计与施工技术[41]。
    沙湾特大桥在钢吊围堰上进行了创新设计，这些钢吊箱主要由箱体、支撑系统和吊挂系统组成。与一般吊箱不同的是：它一无吊梁，二是吊杆与压力撑为同一杆件，即拉压杆[42]。
    夹江大桥钢吊箱针对急流在设计上提出一些新颖的东西：先求出流水压力，然后在钢吊箱迎水面侧板和封底混凝土间设置竖向斜撑，以确保钢吊箱在各工况下不被急流冲垮；采用圆环钢板、钢圈、长条砂布袋和水下不离散混凝土组成密封圈，确保主桩护筒周围混凝土不被急流淘洗；采用钢筋混凝土预制板代替传统钢底板，节约投资；采用卷扬机配合滑车组的办法，整体下放钢吊箱，省去了大型浮吊，也避免了采用多台葫芦而容易产生的应力集中现象[43]。
    苏通大桥南北主墩采用了双壁钢吊箱，平面尺寸为120 m×52 m，为世界之最，封底混凝土厚度为3.0 m[44]。
    经过几十年的发展，从技术角度来讲，吊箱围堰的设计与施工技术已趋于成熟；从经济角度来讲，与其他施工方法相比较，吊箱围堰使用材料最为节省。因此，国内外桥梁深水基础高桩承台的施工，绝大多数采用了吊箱围堰的施工方法 [45-52]。传统吊箱的设计基本采用了桁架及隔舱结合的壁板结构形式，所用材料品种多、加工周期长、结构复杂。
    6.1.2  工程概况
    主桥采用（110＋2×230＋110）m连续刚构拱结构。主墩141#～143#墩为深水基础，最大水深35 m，均采用12根2.8 m大直径钻孔灌注桩，顺桥向3排，横桥向4列，桩中心间距6.6 m，高桩矩形承台如图6-1所示。下承台结构尺寸为16m×21.6m×5 m，四角为2.4 m圆角；承台底位于水下17 m。主桥布置形式见图6-2。
     
    图6-1  基础平面布置（单位：cm）
     
    图6-2  主桥布置立面图（单位：cm）
    桥址处：F＝23259.15km2，Q1%＝47894.01 m3/s，v1%＝2.3 m/s，H1%＝8.854 m，Q0.33%＝51624.993 m3/s，H0.33%＝9.344 m，主桥墩施工水位7.134 m。
    6.1.3  研究目标
    通过对高桩承台双壁钢吊箱围堰施工技术研究，确保承台在预定工期内顺利完成，从而为整座桥梁按期完工打下良好的基础；在保证质量的前提下加快进度、节约材料、节约机械台班和人工工日，方便施工，以达到节省施工成本和施工工期的目标。
    6.2  钢吊箱设计
    6.2.1  方案比选
    大型深水高桩承台的施工多采用双壁钢吊箱围堰，桁架格构式双壁钢吊箱是应用较多的一种吊箱结构形式，但其使用的材料品种多、加工周期长、内部支撑结构体系庞大，对工程施工进度有一定的影响。板梁隔舱式双壁钢吊箱是根据吊箱的受力特点对传统的吊箱设计进行创新形成的新型吊箱结构。
    课题组在充分的研究和分析后，对桁架格构式方案（传统方案）和板梁隔舱式方案（创新方案）两种双壁钢吊箱围堰设计方案进行了技术可行性及经济合理性对比，两种设计方案具体如表6-1所示。
    表6-1  双壁钢吊箱围堰设计方案
    对比项目 桁架格构式方案（传统方案） 板梁隔舱式方案（创新方案）
    总体结构 圆角矩形双壁钢吊箱：内壁长21.7 m、宽16.1 m；外壁长24.532 m、宽18.932 m；吊箱内外壁之间间距1.4 m，吊箱高21.5 m。吊箱在高度方向上分5节，自下而上分别为6.4 m、3.6 m、4.0 m、4.0 m、4.5 m，最上面一节为单壁。吊箱内外壁板间竖向、水平向均采用桁架作为受力结构 圆角矩形双壁钢吊箱：内壁长21.7 m、宽16.1 m；外壁长24.5 m、宽18.9 m；吊箱内外壁之间间距1.4 m，吊箱高21.5 m。吊箱在高度方向上分3节，自下而上分别为6.0 m、7.5 m、8.0 m。吊箱内外壁板间竖向采用板梁式隔舱板作为受力结构，水平桁架作为辅助结构增加抗扭刚度
    使用材料 全部采用Q235B材料 内外壁板、隔舱板、隔舱板上纵横加劲肋均采用Q345B材料，底板全部和横向角钢采用Q235B材料
    侧壁板 内外壁板厚度有两种，＝8 mm（第1节至第4节，高17 m），＝6 mm（第5节，高4.5 m）。壁板水平加劲板□8×60 mm。壁板竖向加劲角钢∟100×63×10 mm。水平桁架的弦板为□20×220＋□12×95和□20×220 mm两种，斜杆为L125×125×12 mm，直杆为L90×90×10 mm；桁架间距为600 mm、800 mm、1000 mm、1200 mm四种。竖向桁架斜杆为L75×75×5 mm角钢。隔舱板厚度分两种，厚度从下到上分别是＝14 mm、10 mm；在隔舱板与内外壁板相交处，分别设置10 mm×430 mm的壁板加强板 内外壁板厚度，＝6 mm。壁板水平加劲角钢有两种，L100×63×10 mm和L90×56×8 mm；间距为300 mm、400 mm两种。隔舱板厚度分3种，厚度从下到上分别是＝12 mm、10 mm、8 mm；在隔舱板与内外壁板相交处，分别设置□10×300 mm的壁板加强板，在隔舱板上设置横向和竖向加劲板，厚度为10 mm
    底板 板厚＝6 mm；隔舱内底板加劲角钢L100×63×8 mm；小龙骨为焊接工字钢400 mm，小龙骨为间断，并在间断处与大龙骨焊接连接。大龙骨为焊接工字钢600 mm，顺线路方向的大龙骨为连续，顺水流方向的大龙骨为间断，并在间断处与顺线路方向连续大龙骨焊接连接 板厚＝6 mm；隔舱内底板加劲角钢L100×63×8 mm；小龙骨为焊接工字钢400 mm，小龙骨为间断，并在间断处与大龙骨焊接连接。大龙骨为焊接工字钢600 mm，顺线路方向的大龙骨为连续，顺水流方向的大龙骨为间断，并在间断处与顺线路方向连续大龙骨焊接连接
    水平内支撑 设3道水平支撑，下道支撑中心线距承台底面3.194 m，支撑为螺旋焊钢管1020×14 mm；中间支撑中心线距下道支撑中心线距离为3.40 m，支撑为螺旋焊钢管720×12 mm；上道支撑中心线距中间支撑中心线距离为4.40 m，支撑为螺旋焊钢管720×12 mm；顺线路的支撑为连续，水流方向的支撑为间断，支撑间焊接采用相贯线坡口焊接 设3道水平支撑，下道支撑中心线距封底混凝土顶面7.2 m，支撑为螺旋焊钢管720×12 mm；中间支撑中心线距下道支撑中心线距离为4.8 m，支撑为螺旋焊钢管720×12 mm；上支撑设在吊箱顶面下0.5 m处，支撑为426×10 mm螺旋焊钢管。顺线路的支撑为连续，水流方向的支撑为间断，支撑间焊接采用相贯线坡口焊接
    续表
    对比项目 桁架格构式方案（传统方案） 板梁隔舱式方案（创新方案）
    抗拉压柱 设32根抗压（拉）柱，每根柱由2［40a槽钢拼成箱型断面，长20.894 m，每根抗压（拉）柱都要与中间内支撑用钢板焊接连接，以便减少自由长度，增加抗压（拉）柱的稳定 设26根抗压（拉）柱，每根柱由2［36a槽钢拼成箱形断面，长20.894 m，每根抗压（拉）柱都要与中间内支撑用钢板焊接连接，以便减少自由长度，增加抗压（拉）柱的稳定。在抽水过程中，间隔3 m用两根20a槽钢与钢护筒之间焊接一道连接杆件
    质量 钢吊箱总质量936.2 t，其中侧壁板、底板、内支撑质量和为842.7 t，附属结构抗拉（压）柱86.0 t，定位轮重7.5 t 钢吊箱总质量786.6 t，其中侧壁板、底板、内支撑质量和为708.3 t，附属结构抗拉（压）柱69.8 t，定位轮重7.5 t
    对两种设计方案进行比选，比选情况见表6-2。
    表6-2  双壁钢吊箱围堰设计方案对比表
    对比项目 桁架格构式方案（传统方案） 板梁隔舱式方案（创新方案）
    优点 缺点 优点 缺点
    总体结构 结构尺寸合理，桁架格构式双壁钢吊箱是比较成熟的吊箱施工技术，已经在多座桥梁施工中被采用 高度上分节较多，现场拼装施工周期长 结构尺寸合理，竖向板梁式隔舱板抗弯能力强，水平桁架只作为增加抗扭刚度的辅助结构。高度上分节少，现场拼装施工周期短 第一次采用，没有实施实例供参考
    使用材料 材料材质单一，便于采购，管理方便 材料规格较多 材料规格较少 材料材质分两种，需分别管理
    侧壁板 第5节，高4500 mm为单壁。内外壁之间采用桁架结构连接，计算模型简单，受力明确 内外壁板厚度有两种，水平桁架的弦板均为钢板，需现场加工，工作量大，使用材料型号较多 内外壁板厚度仅一种，吊箱壁在竖向所受水平力由内部隔舱的板梁结构承受，箱体竖向抗弯能力大 吊箱壁板在竖向均为双壁结构
    底板 两种方案一致 两种方案一致
    水平内支撑 设3道水平支撑 材料截面尺寸较大，底层支撑位置靠下，下层承台需分次浇筑 设3道水平支撑
    抗拉压柱 截面强度较高，不需与护筒设置多处连接 截面强度富余值较大，使用材料数量较多 截面强度满足要求，使用材料数量较少 需与护筒设置多处连接
    质量 钢吊箱总质量936.2 t 钢吊箱总质量786.6 t
    经过对比分析和论证，板梁隔舱式双壁钢吊箱围堰结构合理，使用材料规格少，加工和拼装工作量小，材料用量比桁架结构少用约150 t，确定双壁钢吊箱采用隔舱板梁式双壁组合结构。
    6.2.2  板梁隔舱式双壁吊箱设计
    吊箱结构设计分为侧壁板、底板、内支撑、抗拉压柱4个部分，底板开孔，设有纵横两个方向的加强筋。根据对以往桥位处西江洪峰水位调查结果，钢吊箱设计施工水位采用＋7.5 m。吊箱底面标高－13.274 m，吊箱顶面标高＋8.226 m。平面适应承台设计为圆角矩形，以吊箱内壁作为下承台施工的侧模。吊箱内外壁之间间距1.4 m，内壁长21.7 m、宽16.1 m，外壁长24.5 m、宽18.9 m，吊箱高21.5 m。
    钢吊箱在高度上分3节，自下而上分别为6.0 m、7.5 m、8.0 m。吊箱内部在高度方向上设有3道支撑。吊箱每节在平面上分成10块，四角圆角各为1块，长边直板各分成2块，短边直板各分成1块。
    侧壁板：内外壁板厚度＝6 mm。壁板水平加劲钢板有两种，∟100×63×10 mm和∟90×56×8 mm；间距为300 mm、400 mm两种。隔舱板采用竖向板梁式结构，间距1.5 m、1.6 m，厚度从下到上分别是＝12 mm、10 mm、8 mm；在隔舱板与内外壁板相交处，分别设置□10×300 mm的壁板加强板，在隔舱板上设置横向和竖向加劲板，厚度为10 mm。其结构见图6-3、图6-4。
     
    图6-3  双壁钢吊箱立面结构图
     
    图6-4  双壁钢吊箱平面结构图
    6.3  双壁钢吊箱结构计算分析
    根据钢吊箱拼装下放、封底、承台墩柱浇筑的施工过程，对吊箱下放和封底混凝土浇筑、封底混凝土固结后抽水、下承台混凝土浇筑、承台固结后拆除底节支撑、中间支撑体系转换、支撑系统的稳定性等工况和对钻孔桩的影响用有限元方法进行结构计算分析，结果显示吊箱结构在承台墩身的施工过程中是安全的。
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  1. 第1章 绪论 1.1 国内外连续刚构钢管混凝土拱桥的发展状况 1.2 转体及其关键施工技术 1.3 钢吊箱围堰关键施工技术第2章 工程概况 2.1 工程简介 2.2 工程建设条件 2.3 施工技术难点和创新第3章 栈桥平台施工 3.1 栈桥平台布置 3.2 栈桥施工 3.3 平台施工 3.4 裸岩河床栈桥平台稳定性解决措施 3.5 本章小结第4章 钻孔灌注桩施工 4.1 大直径钻孔灌注桩现状 4.2 桥梁概况 4.3 钢护筒制作及下沉 4.4 钻孔桩施工过程 4.5 钻孔过程中出现问题后的处理措施 4.6 本章小结第5章 单壁钢吊箱围堰设计与施工 5.1 研究背景 5.2 单壁钢吊箱设计与施工技术 5.3 钢吊箱的设计 5.4 单壁吊箱结构计算 5.5 单壁钢吊箱施工 5.6 本章小结第6章 双壁钢吊箱围堰设计与施工 6.1 研究背景 6.2 钢吊箱设计 6.3 双壁钢吊箱结构计算分析 6.4 吊箱加工工艺 6.5 钢吊箱拼装下放施工工艺 6.6 本章小结第7章 0#块设计与施工 7.1 研究背景 7.2 0#块托架设计与施工 7.3 0#块模板设计 7.4 施工过程 7.5 结论第8章 竖转施工技术研究 8.1 研究背景 8.2 钢管拱竖转总体施工设计思路 8.3 建立钢管拱竖转体系 8.4 竖转体系在西江特大桥竖转施工中的运用 8.5 竖转施工控制技术 8.6 本章小结第9章 主拱竖转结构验算 9.1 计算说明 9.2 总体布置及施工步骤 9.3 施工过程计算 9.4 非正常工况计算 9.5 提升大梁计算 9.6 塔架预埋件计算 9.7 结论及建议第10章 竖转施工风险评估研究 10.1 风险识别 10.2 风险评价 10.3 风险控制和管理 10.4 风险控制措施 10.5 本章小结第11章 连续刚构柔性拱线形监控及仿真分析 11.1 研究背景 11.2 总体施工方案 11.3 监控方案 11.4 施工控制与分析 11.5 具体实施措施 11.6 本章小结第12章 经济社会效益分析 12.1 经济效益 12.2 社会效益第13章 基于施工物流管理的铁路桥梁质量保证体系研究 13.1 研究背景 13.2 现实状况 13.3 目标 13.4 具体实施措施 13.5 结论参考文献...查看更多

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