57、杭州湾跨海大桥Ⅴ标钢吊箱设计

武汉港湾工程设计研究院 吴维

摘 要：采用钢吊箱工艺进行恶劣海况条件下的跨海大桥承台施工，文章系统介绍了杭州湾大桥钢吊箱的设计。 关键词：跨海大桥 承台 吊箱

1 前言

杭州湾跨海大桥位于浙江境内，北连上海南侧的嘉兴市，南接宁波西面的慈溪市，桥梁全长36公里，海上桥长32公里。

工程所处海湾为世界第三的强潮涌海湾，潮汐类型为浅海半日潮，潮差大，波浪大，潮急流乱，季风强劲，台风时常光顾，施工条件恶劣。这恶劣的自然气候，给设计工作带来巨大技术挑战。

2 项目概况及设计条件 2.1 项目概况

本工程为中引桥水中低墩区70m跨的承台单壁钢吊箱设计。该段引桥里程桩号为K+027～K59+767，长5740m，单幅宽为16.5m，双幅共计166个桥墩。

引桥墩基础为打入式钢管桩高桩承台结构。钢管桩直径为1.5m，每墩6：1斜桩8根，20：1斜桩1根。承台平面为圆形，直径10.5m。承台顶标高+3.00m，底标高+0.20m。

2.2 设计条件 2.2.1 设计水位及高程

设计高潮位 4.91m（十年一遇） 设计低潮位 –3.00m 吊箱顶标高 6.10m 吊箱底标高 –0.60m

2.2.2 设计荷载

设计风速 13.0m/s（六级风） 校核风速 30.7m/s 表面流速 4.25m/s

波 高 H=1.0m T=1.2s H=1.5m T=1.3s

H=4.75m T=7.46s （校核）

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局部冲刷深度 10m 一般冲刷深度 3m

3 钢吊箱结构设计 3.1 钢吊箱设计思路和原则

(1) 钢吊箱等结构设计需满足各种施工工况的施工荷载，波浪和水流作用下强度和稳定性要求；

(2) 钢吊箱不仅需满足受力要求，还要便于安装、拆卸和调整其位置，且在安装、拆卸过程中不影响承台施工；

(3) 钢底板结构能够承受封底混凝土的施工荷载，主次梁的布置尽量简化，便于开设桩孔，且有利于竣工后承台底部的美观；

(4) 考虑到现场的拼装和拆除作业的便利，侧壁分成两节，共计6片。 (5) 根据施工程序安排，尽量避免最不利工况的叠加。

3.2 钢吊箱结构型式

第2节顶标高 6.1第2节底标高 5.1第1节顶标高 5.1承台顶标高 3.0平均高潮位 2.52桩顶标高 1.7承台底标高 0.2钢套箱底标高-0.6平均低潮位 -2.12钢套箱结构总图 2

钢吊箱平面

3.2.1 侧壁板

钢吊箱侧壁板为单壁，壁体分二节。上节段高1.0m，下节段高5.7m。沿高度方向设置五道环梁。8mm厚面板加角钢竖肋。每节吊箱侧板分成可拆装的三片，相互间用螺栓连接。模板底部与底板用不锈钢螺栓连接，便于使用周转。

3.2.2 底板

底板结构是主、次梁上加钢面板。面板厚8mm，主梁为工字钢，次梁由工字钢与角钢组成。为减少海水浮托力对钢吊箱底板及砼的影响，在吊箱底板上设置4个直径为20cm的减压钢管。

3.2.3 钢扁担

钢扁担为钢桁架结构。上、下弦杆由2根槽钢拼焊成箱形构件，竖杆为钢管，斜杆为角钢。钢扁担与壁体销接，在吊箱脱钩后搁置在桩顶上，然后用角钢与桩壁焊接，钢扁担与吊杆连接将力传至桩上。

3.2.4 吊杆

用8根直径32mm的钢筋做吊杆连接底板与挑梁，与挑梁共同作用，使底板均匀承受吊箱和封底砼的重量，将力传至钢管桩。

3.3 钢吊箱结构计算模型及工况说明 3.3.1 计算方法及模型

钢吊箱的结构采用计算机ANSYS程序（实体模型）进行计算。由钢吊箱与钢管桩

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共同承受施工荷载、水流力、波浪力、静水压力、浮托力及砼等的作用。

3.3.2 设计工况说明

根据现场的施工实际考虑以下五种设计工况：

工况一：钢吊箱整体起吊安装,设计低潮位-3.0m,波高1.0m ,风速<13.0m/s ； 工况二：钢吊箱安装到位，挑梁及拉压杆安装好，卸压阀开,设计高潮位4.91m,设计垂线最大平均流速2.5m/s,风速<13.0m/s ；

工况三：钢吊箱内浇筑封底砼, 卸压阀开,设计低潮位，设计垂线平均最大流速2.5m/s,风速<13.0m/s ；

工况四：封底砼强度达100％，抽水，拉压杆及挑梁解除，卸压阀已封堵。设计高潮位4.91m，波高为1.0m、3.0m、4.75m；

工况五：吊箱内封底砼强度达100％，抽水，拉压杆及挑梁解除，卸压阀已封堵。设计低潮位-3.0m，一次性浇注承台厚2.8m。

4 钢吊箱保温措施

承台按100年使用寿命设计，砼设计标号为C40海工高性能混凝土。海工砼具备优越的性能，但它产生水化热高，使内外温差大，表面易产生裂纹。为了解决这一问题采取了承台砼内部降温和外部保温措施。即通过布设冷却水管，降低水化热峰值；钢吊箱外围增设保温层，在高程为+0.2~+3.0m范围，以竖肋为支承点，加焊δ3mm钢板形成一厚为10cm的空腔，其内注入聚氨脂泡沫塑料液体，现场发泡，形成保温层。

5 结语

（1）设计从结构上保证了吊箱不仅能反复周转使用，节约投资，缩短施工工期，而且保证了承台砼的质量。

（2）结构设计合理，经济效益明显。每个吊箱可重复使用四至五次。

（3）钢吊箱的保温措施，使承台外表裂缝降低到最小，通过检测，少量的裂纹其宽度均小于0.08mm，效果良好。

钢吊箱在恶劣的海洋环境条件下成功的设计及实施，为外海桥梁的施工提供了新颖实用的良好方式。

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武汉港湾设计研究院 2004.8.16

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