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东海大桥承台混凝土套箱分块拼接施工安全分析

文档作者：黄向平，莫景逸文档来源：中交第三航务工程勘察设计院有限公司		点击数：	更新时间： 2024年02月22日
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2013年7月第7期 城市道桥与防洪 管理施工 219
东海大桥承台混凝土套箱分块拼接施工安全分析
黄向平，莫景逸
(中交第三航务工程勘察设计院有限公司，上海市200030)
摘要：东海大桥采用混凝土套箱法对非通航孔中高墩桥梁承台进行施工。套箱形状为长方形，比圆形套箱具有较大的迎浪面，受
力更不利。因其体积较大，吊装和运输都受到施工条件的限制，海上施工的周期也较长，受天气的影响大。针对以上不利因素，从施
工安全、施工条件、施工进度、经济合理性等角度出发，提出了适用于长方形套箱分块拼装方案，并采用大型有限元分析软件对施
工过程进行仿真分析，为施工工艺方案的选择和施工流程优化提供依据。
关键词：方套箱；分块拼接；承台施工；东海大桥
中图分类号：U445 文献标识码：B 文章编号：1009—7716(2013)07—0219-03
0 前言
东海大桥是举世瞩目的上海国际航运中心洋
山深水港区最主要的工程之一。大桥从芦潮港开
始至洋山深水港区，总长度达31．053 km，工程规
模巨大。大桥所处海区海况恶劣，一年中海上安装
工程有效作业天数为180 d，可供混凝土浇筑的天
数也仅为240 d。整座大桥从2002年8月开始施
工，须在2005年底竣工完成。
非通航孔桥梁的承台套箱分两类：圆套箱和
方套箱。其中圆套箱施工已顺利展开，一天最多可
安装4个套箱，积累了一定的经验；方套箱长
27．85 m，宽10．2 m，高4．35 m，体积较大，原计划
采用钢套箱方案。混凝土圆套箱的顺利安装增强
了施工单位采用混凝土套箱的信心，提出大套箱
是否能采用混凝土套箱，将混凝土圆套箱的施工
工艺推广到大套箱上。这样，整个非通航孔的承台
安装的工期都可得到保证。
1 承台套箱施工方案
国内大江大河上的桥梁承台套箱大都采用钢
套箱，工艺较成熟。但是，在东海大桥使用钢套箱
有其自身的特点：一是东海大桥属外海工程，拆除
钢套箱成为一道难度和风险较高的工序；二是东
海大桥桥墩工程量大，钢套箱需周转才能保证施
工方案的经济性，从安装到拆除需几个月的时间，
这期间螺栓可能锈蚀且位置在封底混凝土底部，
须选择在天气好、潮位低的时候进行。受天气潮位
的影响，钢套箱的周转次数很难保证。
若采用混凝土套箱，承台浇完后不用拆除，受
收稿日期：2013一O1—15
作者简介：黄向平(1976一)，女，福建罗源人，高级工程师，从
事路桥、岩土设计研究工作。
天气潮位的影响相对小，施工更安全，经济更合
理。但是混凝土套箱重量较大，对运输和起吊设备
的要求较高。若采用整体吊装方案，需要大型浮
吊，现有的吊装设备不能充分利用；而采用分两块
拼接方案，每一块的重量与整个圆套箱的重量相
当，能够充分利用现有的设备条件，实现快速安装
承台套箱的目的。
经过认真权衡钢套箱和混凝土套箱的优缺
点，本着尽可能减少海上作业时间，尽快提高套箱
刚度的原则，提出了将方套箱分两u形吊装，水
上拼接的施工方案，施工流程如下：
陆上分片预制套箱_÷方驳上拼装u形套箱一
起吊u形套箱一将两片u形套箱正确定位并支
撑在桩上一连接好桩顶和钢扁担，焊好拼装部分
钢梁、钢板一浇灌封底混凝土一现浇套箱壁湿接
头 封底混凝土达到85％强度后，拆除部分钢扁
担，浇筑第一层承台混凝土 第一层承台混凝土
达到85％强度后，拆除全部钢扁担，浇筑第二层承
台混凝土。
2 套箱构造
整个套箱长27．85 m，宽10．2 m，承台内布置
16根钢桩，空间有限元模型见图1。套箱中间处设
置钢扁担(见图2)，并搁置在桩上，套箱吊装时吊
点设在钢扁担上；套箱底部采用钢底板结合钢底
梁来承受浇筑混凝土的重量；在桩间的钢扁担与
钢底梁设吊杆以减小底梁跨径。因套箱分块吊装，
则半个套箱呈开口u形，开口处设桁架(见图3)
保证套箱具有足够的刚度以防变形。
3 计算分析
3_1 荷载标准
从开始安装套箱到施工完承台只需经历几十
220 管理施工 城市道桥与防洪 2013年7月第7期
(a)拼接前
(b)拼接后
图1 方套箱空间有限元模型
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图2方套箱钢扁担布置图(单位：mm)
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图3 方套箱桁架布置图(单位：mm )
天时间，取过大的波浪可能造成套箱设计上的浪
费，过小的波浪则可能不满足施工安全。不同的工
序其施工风险性也不一样，经过研究，套箱拼接前
的水位采用施工期水位及波高，套箱拼接后的水位
施工期水位与使用期的水位都考虑，波高采用5 a
一遇的波高，取最不利控制计算。
(1)施工水位：1．86 in
(2)施工期波流：表层流速为2．53 m／s(套箱)；
垂线平均流速为1．93 m／s(基桩)；波浪要素H4％：
2 m ，T：5．05 s．L：38．6 1TI
(3)设计高水位：2．48 ITI
3．2 计算工况
套箱吊装、安放须选择较好的天气，在波浪不
大，低潮位的时候进行。因此，吊装、安放两阶段仅
考虑套箱自重。
考虑到海上自然条件较差，受风浪、流、潮水
影响大，在一个潮水内把两个u形连接好，但不一
定都能当天浇完封底混凝土，这样未浇封底混凝
土的套箱就要经受风浪荷载的考验。
浇完封底混凝土到封底混凝土达到设计强度
这段时间，封底混凝土作为荷载，暴露在海上有一
定的时间段。此时结构是否能承受得了大浪，是否
会影响封底混凝土的凝结质量，是计算的关键。
封底混凝土达到设计强度，拆除部分钢扁担
和吊杆，封底混凝土作为结构的一部分计算。封底
完成后须抽水，因此这两个阶段的计算都需考虑
静水浮力。静水浮力和波浪浮托力的叠加可能控
制底板的配筋。表1为各计算T况。
表1 计算工况
计算工况 边界条件与倚载说明
1 吊装套箱
2 套箱搁置在4根支撑桩上
3 套箱钢扁担与各桩连接，考虑施工期水位的流和浪
套箱钢扁担与各桩连接后，浇筑封底混凝土，考虑
施工期水位及设计水位的流和浪
封底混凝土已达到设计强度，浇筑承台混凝土，考
虑施工期水位及设计水位的流和浪
3．3 受力特点
(1)与圆套箱相比，大套箱受波浪作用方向的
影响更大，长度宽度方向的刚度不同，波浪控制方
向为宽度方向。
(2)圆套箱壁为拱形，受波浪作用后，受力表
现出轴力大弯矩小的特征，大套箱的长边为直线
形，受浪后表现出轴力小弯矩大的特征。
(3)大套箱由两个u形拼接而成，吊装、搁置
的初始偏位可能造成拼接困难，整个过程需注意
位移控制。需足够刚度的桁架保证吊装搁置过程
的U形不产生过大的变形。
(4)封底混凝土达到强度前，套箱内刚度取决
于套箱内钢结构，含钢扁担、钢底板及底梁，钢扁
担、钢底梁是结构刚度的关键；封底混凝土达到强
度后，整个套箱具有一定的刚度，钢扁担的变形较
小，受力就相应变小，钢底梁、底板成为混凝土底
板的一部分，封底混凝土是结构刚度的关键。
(5)承台内桩间距离不大，竖向荷载在混凝土
底板引起的弯矩远小于水平荷载。竖向荷载作用
下，在应力图上表现为桩周顶部受拉，跨中底部受
拉；在水平波浪力作用下，桩周一侧顶部受拉，另
一侧底部受拉。
(6)套箱与承台相比，具有同样的受浪面，但
套箱的竖向力及刚度比承台小得多，因此桩的应
2013年7月第7期 城市道桥与防洪 管理施工 221
力变形都较大，应考虑这个施工阶段的桩的受力
及变形是否超过使用阶段。使用套箱法施工承台
时，桩基设计须考虑因套箱吊放可能造成桩基变
形而引起的永久内力因素。
4 套箱设计施工要点
(1)承台的重量通过底板传递到桩上，计算中
偏安全地假定桩与底板之间的连接为铰接。施工
中要采取一定措施保证桩与底板之间力的有效传
递。封底混凝土达到设计强度前，可采取钢底梁与
桩焊接或加抱箍等措施，封底混凝土设计时，可在
封底混凝土中适当配筋保证桩与底板的连接。可
根据不同的桩型采取不同措施，直桩应采取更多
的措施，因为直桩桩周封底混凝土将承受很大的
剪力，通过适当配筋，既保证力的有效传递又保证
桩周的封底混凝土不被剪坏。对于斜桩，这部分力
除了由封底混凝土与桩之间的粘接力承担外，还
有斜桩的弹力支承，故比直桩安全。
(2)当套箱安装后，如果两个U形套箱安上后
未拼接而遇到较大波浪作用，桩基弯矩以及桩顶
位移都是较大的，故在套箱安装后应尽快拼接，尽
量缩短中间间隙时间，降低在此期间出现较大波
浪作用的概率，防止在此期间遇到较大波浪而使
套箱产生位移，造成控制套箱安装精度不便。
(3)原则上在套箱安装就位后，应抓紧完成各
种钢结构联结、塞缝、排水，在预埋底板钢筋、吊筋
与预埋件后，尽快浇筑封底混凝土，以使桥墩基础
及早成为整体，以抵抗可能发生的较大波浪荷载，
并应避免空箱情况下承受较大波浪荷载的情况，
确保工程安全。
(4)由于底板开孔原因，钢底板上的次梁均断
开，为保证底板结构刚度，在套箱安放后，应考虑
在每个桩上设置抱箍，并与钢底板的次梁进行联
结，抱箍应与桩夹紧，以改善这部分钢底板上的受
力，也可改善桩与钢底板之间力的可靠传递。
(5)东海大桥在海洋中，钢桩经过防腐，因此
不能在钢桩上焊接型钢，以免成为锈蚀通道。封底
混凝土与钢桩的连接必须采取其他措施，可通过在
桩顶设置小扁担，通过角钢将作用在封底混凝土的
部分力传至桩上，增加结构施工过程的安全度。
(6)承台混凝土体积较大，大体积混凝土的水
化热不仅对承台混凝土自身的质量有影响，同时
可能会造成套箱内外壁受热不均，产生较大的温
度应力。因此有条件的情况下，应尽量分层浇筑承
台混凝土，同时采取冷凝，调整混凝土配合比等措
施降低水化热。
5 结语
(1)根据东海大桥的海况条件，对东海大桥混
凝土套箱施工过程进行细致全面的分析，分析套
箱在各种工况下的受力特点，提出了套箱设计施
工的要点，对指导施工具有较大的现实意义。在条
件差、工期紧的情况下，下部结构工期比预计提前
3个月，为东海大桥的顺利施工走出关键的一步。
(2)分两片u形吊装水上拼接的做法的顺利实
现，是一种创新，不仅使套箱结构经济合理，而且
降低了作业人员水上工作的风险，具有较大的借
鉴意义
(上接第215页)
孔。用上海荣锦工贸有限公司YJ98—1胶水将新旧
橡胶带粘结。橡胶板铺设要平整，不得有皱褶现
象。防撞墙侧面橡胶止水带处用10 mm钢板盖封。
2．10 清理及封闭
清理齿板上杂物，用环氧砂浆灌注螺栓及螺
帽间隙，并用油膏(强塑粉)浇灌齿缝。
3 结语
本文详细阐述了针对梳齿板伸缩缝各类病害
的维修措施，通过在$32申嘉湖高速全线数十条
伸缩缝的维修实践，证明以上措施效果不错。
(1)梳齿伸缩缝的破坏形式多种多样，以梳齿
板跳动最为突出，维修时应对症下药，尽可能在病
害初期就予以解决或加强早期预养护，以此降低
成本。否则梳齿板跳动造成齿板下混凝土碎裂，锚
固钢筋生锈，维修成本就大大上升。目前采用带自
锁功能的施必牢螺栓现场使用效果较好，齿板松
动现象大大减少，可逐步推广使用。
(2)齿板锚固螺栓丝牙损坏、螺栓断裂的现象
也时有发生，通过加强检查早发现早维修，更换螺
母的办法，可避免由于丝牙损坏而不得不植筋或
种植螺栓。
(3)齿板下混凝土通常密实度难以保证，施工
时尤其应加强振捣，避免空洞现象。

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