水中系梁施工方案
【摘要】：介绍了水中系梁采用部分预制结合别离式套箱施工方法，并对关键部位进行了验算。
关键词：水下系梁、别离式套箱、系梁预制、结构验算
1 选定方案
我公司承建的连盐高速公路桥—海河大桥位于连盐高速公路K113+627处，河道系天然港道、主航道，河道宽60m左右；2#、3#墩在河床中间，并设置横系梁，系梁顶标高为0.40，底标高-0.80。河流通航水位1.62，系梁在水下。
本桥设计的系梁净长840cm，截面尺寸为120cm×120cm。系梁底部与桩顶齐平，距水面高度约左右。另外，6~7月份施
盖梁1.62130130墩柱120系 梁 工系梁时，正值水位高峰季节，更不易施工。系梁砼方量12.1m3，适用于采用有底钢套箱施180180桩工。但有底钢套箱是利用基础顶部做为承力点，
必须先浇筑封底砼，施工难度较大，浪费较多。因此根据本桥的结构特点，并多方考证，拟采用部分系梁预制结合别离式套箱的方案进行水中系梁施工。
2 水中系梁施工工艺
2.1 系梁预制
根据桩距及套箱外径大小，拟定预制系梁长度6m，系梁总重21.6T，吊装需采用大吨位吊车安装。系梁离河岸较远，对吊装不利。为此我们采用系梁直接在水上钻孔平台上预制，而后吊装的方案。
预制前，首先对水中排架进行加固，且同时对排架桩的承载力进行验算，满足要求后实施预制。排架加固后，铺设型钢与底板使之形成平台，而后在平台上铺设系梁底模、绑扎钢筋，安装侧模并浇筑砼。强度到达75%后，拆除模板，并对端部实行凿毛处理。预制系梁时，纵向主筋长度按6.4m与7.4m控制。 2.2 钢套箱的结构形式
钢套箱按底标高-1.30、顶标高2.20控制，即套箱竖向长度3.50m，内径300cm。钢套箱采用δ=10mm的A3钢板加工而成，为保证环向刚度，在套箱内壁采用[10型钢进行环向加固，加固的位置分别在套箱底部、距顶部1.20m处。套箱底板也采用δ=10mm的A3钢板，并根据测量的护筒位置在底板上开孔，孔洞的直径较护筒直径大10cm。为保证底板刚度，在套箱底部用型钢加强。套箱壁上根据计算好的系梁位置进行开孔，孔洞的大小与系梁截面尺寸相吻合。套箱与系梁的连接是通过∏型的钢抱箍与套箱焊接而成,抱箍之间用螺栓连接，抱箍与系梁之间用橡胶垫，并同时涂上早强型玻璃胶。对于洞口处四周用钢板及型钢进行加强。
系梁钢套箱B吊架葫芦2.3 系梁、套箱的安装与准备
吊装安装
B护筒平台1.62A - AB - B系梁及套箱安装示意图将预埋于同一桩顶的两根竖向型钢进行加固连成整体形成支墩，横梁采用箱型钢梁，形成吊装。
套箱与系梁的加固
套箱与系梁拼装后，为保证套箱与系梁的相对稳固，将套箱的上、下部与系梁之间用型钢做拉杆进行固定。 2.4 系梁、套箱的安装与拆除
起吊系梁及套箱：将连接好的套箱与系梁由两个20t手拉葫芦起吊悬挂于吊架上。
拆除平台：将系梁底部位于系梁的范围内的平台拆除。 系梁及套箱就位：平稳下放系梁及钢套箱至设计标高。 套箱封底：用砂袋塞封底套箱底板与护筒的缝隙，然后在套箱内的钢护筒外侧浇筑水下砼，进行套箱底部砼封底。封底厚度由计算所得。
系梁浇筑：待封底砼到达一定的强度后，抽于套箱及护筒内的水，清理桩头，切割部分钢护筒，按照设计要求调整桩头钢筋，并按设计长度接长系梁纵向主钢筋，绑扎箍筋及桩头钢筋，支立系梁接长段模板，浇筑桩头及系梁部分砼，切割桩头以上的钢护筒。钢套箱待立柱完成以后进行水下切割拆除。
3 验算
10003502.00直径20cm长度600cm1.623.1 地基承载力的计算
搭建钻孔及系梁预制平台的木排桩如右图所示：
-4.00根据勘测的地质报告所示，2#、3#墩所在的1~2层地质参数如下：
地质层：0~~-5.0层为亚粘土。亚粘土层内摩擦角ψ°；土的容重： r13， r2=19.3 kN/m3。天然孔隙比：e1=0.653，e2=0.792。亚粘层土[б0]=150 kPa。
圆木桩为落叶松,桩长按6m设计，木桩进入第一层土h1=0.9 m，进入第二层土h2=3.1 m。
由于b>2 m，h >3 m，且h/ b<4，故修正后的地基容许承载力按下式计算：
[б]= [б0]+k1r1(b-2)+ k2r2(h-3)
其中，由验算手册可知，亚粘土层的宽度修正系梁取k1=0、深度修正系数值取k2=1.5，r2=∑rihi/∑hi kN/m3。 3.2 排架桩承载力计算
考虑群桩作为整体基础，桩基础可视为如右图所示的ABCD范围内的假想实体：
则： a=a0+2htg(ψ
b= b0+htg(ψ
b0A 平 台ψ/4aa0ChBD其中，a0=10m，b0，，ψ°
作用在桩基础上的竖向荷载：系梁重量G1 、木桩重量G2、浇捣过程中砼倾倒荷载〔4.0 kPa〕及砼振捣产生的荷载〔2.0 kPa〕，模板重量可忽略不计。
bh2N=216+45.2+6.0x10x3.5=471.2 kN
由公式：бmax=rl+N/A=19.4x4.0+471.2/(10.53x3.77)
=.4<[б] = 169.4kPa 合符要求
其中，系梁砼重量:xx 6x 25=216 kN; 木桩：G2=40x(π2 kN; 3.3 系梁吊装系统的计算
cm2，ix=5.19cm，杆件长度L0=5.5m。轴向应力[б]=140 MPa 横向杆件采用箱型钢梁，截面如右图所示： 查得W=4026cm3，构件长L=10m，型钢重G3N〔型钢每延米重3.391 kN〕，弯曲应力[бw]=145 MPa。
单个套箱重G4=πx1.502x3.5x78.5=25.9 kN 1〕竖向支撑构件稳定性计算 由λ= L0/ ix=106，得φ=0.548。 由б=N/A=〔G1 +G3 +2G4〕/〔4A〕
=<0.548[б]= 76.7MPa 符合要求
2〕横向构件稳定性计算 根据横梁承重形式，横梁受力如右图所示：
由N1=N2=〔G1+2G4〕/2=133.9 kN
Ra= Rb= 〔N1+N2+ G3〕/2=150.85 kN
RaRb2.5mN15mN22.5m36cm3mm3mmA3钢板36cmMmax=ql2/8+ Rax5- N1x=461.76 kN•m
由λ=αx (L/ h) x (rx/ry)=50，得φ=0.828。其中，焊接件系数α取值为1.8，正方形截面的回转半径rx 、ry相同。
由бmax= Mmaxx1000/4026
=114.7 MPa <0.828[бw]=120 MPa 符合要求
3.4 封底砼厚度的计算
套箱底端的封底砼厚度必须满足：
F-〔G4+W1/2〕≤πD[τ]h 计算所得：封底砼厚度h≥0.41m； F—单个套箱所受的浮力。 F=Krwx10xπ2 kN D—内护筒直径；
[τ] —钢护筒与封底砼之间的容许摩擦力，取100 kN/ m2； rw—水的容重，10 kN/ m2； V—套箱体积,； K—安全系数，取2.0； W1—预制系梁水中的重量
W1=G1-ρg V =216-10 kN。
4 结语
4.1 系梁预制与分围堰施工节省了大量材料，同时加快了施工进度。 4.2 对于桩基面三桩式的水中系梁施工，根据实际情况拟定施工方案。如同样正在承建的运棉河大桥的水中系梁，因系梁较短，无法预制，
则采用钢板围堰施工。
