用于水下高桩承台施工的钢吊箱系统及施工工艺

摘要

本发明是关于一种用于水下高桩承台施工的钢吊箱系统及施工工艺，其由受力梁、钢吊箱、悬吊系统及牛腿组成。其中，在四根钻孔桩钢护筒常水位以上焊接牛腿，以牛腿为支撑拼装钢吊箱；钢吊箱通过支撑于钻孔桩钢护筒内桩顶上的悬吊系统吊起，割除支撑牛腿，下沉至设计标高，在钢吊箱内浇筑封底混凝土层，抽干钢吊箱内的水，在无水状态下，再次在四根钻孔桩钢护筒焊接牛腿，通过螺栓将受力梁、钢吊箱底板、封底混凝土层与该牛腿固结并承重，最后施工找平混凝土层和承台、桥墩。本发明使钢吊箱的拼装、起吊、承重的荷载均传递到工程钻孔桩上，减少了辅助设备，操作方便简单，节约了成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种公路桥梁领域的桥梁基础施工机械和工艺，特别是涉及一种用于水下高桩承台施工的钢吊箱系统及施工工艺。

背景技术

随着我国国民经济的蓬勃发展，推动了公路交通基础设施超前发展，特别是近年来跨江越海渡河湖的水中桥梁建设工程越来越多，水中桥梁基础日新月异，钻孔桩基础、沉井基础、沉箱基础、地下连续梁基础以及各种组合基础广泛应用。基础施工围水方法不断创新，双壁钢围堰、单臂钢围堰、锁扣钢管桩围堰、钢板桩围堰、无底钢套箱围堰、有底钢吊箱围堰等各种围水方法技术不断进步。有底钢吊箱围堰独树一帜，由于其不着河床，钢吊箱围堰的材料要省的多，且下沉简单，施工方便，安全可控，其缺点在于构造较为复杂，制造精度要求高。尽管钢吊箱围堰在桥梁深水基础施工方面有很多优点，但也有一定的局限性，因为钢吊箱围堰有底，仅适用于高桩承台。目前，国内外桥梁深水基础高桩承台的施工大都采用钢吊箱围堰施工方法。钢吊箱作为承台施工的挡水和模板结构，是通过钢吊箱的箱壁和底板上的封底混凝土，为承台施工提供干施工条件，钢吊箱需要用自身的悬吊结构来承担各种工况下的荷载，结构除要满足抵抗水下水压力外的强度外，更要具有防渗露水的严密拼缝。钢吊箱围堰要设计的结构还要相对简单，便于现场搬运、组拼、下沉和拆除。

传统的钢吊箱施工方法与钢围堰施工方法一样，钢吊箱在岸上加工厂制造，驳船上组拼成整体运至墩位处，大型起重船起吊下沉就为，设置临时钢管桩设施承载钢吊箱。后来进行技术改进，将用吊车吊机替代起吊船，但吊车吊机需行走栈桥和吊重平台，用吊车吊机将钢吊箱下沉至设计标高后,仍然要通过打设临时钢管桩承重系统，支承钢吊箱、封底混凝土、承台混凝土自重和钢吊箱浮力荷载。这样既浪费施工成本，又耽误施工进度。

有鉴于上述现有的钢吊箱技术存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种新的用于水下高桩承台施工的钢吊箱及施工工艺，能够改进一般现有的传统的钢吊箱技术，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的传统的钢吊箱技术存在的缺陷，而提供一种新的用于水下高桩承台施工的钢吊箱系统及施工工艺，所要解决的技术问题是使其不需要大型起重船或大型起重吊机，不借助临时钢管桩等其他辅助设备,方便简单,便于操作,节约了施工成本，加快了施工进度，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。

本发明的另一目的在于，提供一种用于水下高桩承台施工的钢吊箱系统及施工工艺，所要解决的技术问题是使其整个施工过程均在无水状态下操作,不需要潜水设备、水下安装切割设备和潜水人员,节省了相关费用,降低了施工成本，从而更加适于实用。

本发明的另一目的在于，提供用于水下高桩承台施工的钢吊箱系统及施工工艺，充分利用工程钻孔桩承载，使钢吊箱拼装、下沉时的自重力以及封底混凝土和承台混凝土的自重荷载由工程钻孔桩承载，从而节约工程成本，提高工程进度，更加适用高桩承台施工。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的用于水下高桩承台施工的钢吊箱系统,包括：

——牛腿。共有4个牛腿，该4个牛腿分别设置在根钻孔桩钢护筒位于常水位以上的顺桥向的外侧缘。

——受力梁。由2根受力梁和多根次受力分配梁组成，其中，所述的每一根受力梁顺桥向设置在2个牛腿上，多根次受力分配梁横桥向设置在2根受力梁上。

——钢吊箱。由顺桥向侧板和顺桥向侧板、横桥向侧板和横桥向侧板及钢吊箱底板组成。其中所述的钢吊箱底板设置在多根次受力分配梁上，所述的顺桥向侧板和顺桥向侧板垂直于钢吊箱底板且顺桥向设置在钢吊箱底板的左侧和右侧，所述的横桥向侧板和横桥向侧板垂直于钢吊箱底板且横桥向设置在钢吊箱底板的前侧和后侧。

——悬吊系统。由4根钢支撑梁、2根悬吊横梁、4根导链组成，其中，所述的4根钢支撑梁的底端分别固定在4根钻孔桩钢护筒内的钻孔桩桩顶中心处，该4根钢支撑梁的顶端分别支撑悬吊横梁，所述的4根导链的上端与悬吊横梁连接，该4根导链的底端分别与顺桥向侧板、顺桥向侧板连接。

前述的用于水下高桩承台施工的钢吊箱系统，其中所述的钢吊箱在吊离牛腿10cm高时，割除在常水位之上时设置的牛腿。

前述的用于水下高桩承台施工的钢吊箱系统，其中所述的钢吊箱下沉到它的钢吊箱底板顶面至承台底设计标高以下1m处，在该钢吊箱处于由悬吊系统悬吊状态时，在该钢吊箱底板上设置封底混凝土层。

前述的用于水下高桩承台施工的钢吊箱系统，在抽干钢吊箱内的水时，再次在4根钻孔桩钢护筒顺桥向的内侧缘距钢吊箱底板顶面75cm处分别设置牛腿，并通过螺栓将受力梁、钢吊箱底板、封底混凝土层与该牛腿固结在一起。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的用于水下高桩承台施工的钢吊箱系统的施工工艺，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：在常水位以上安装牛腿。在位于常水位以上的4个钻孔桩钢护筒的外侧缘顺桥向焊接牛腿。

步骤2:安装受力梁。共有2根受力梁顺桥向安装在4个牛腿上。其中，所述的每2个牛腿上顺桥向安装1根受力梁，在该2根受力梁上横桥向安装固结多根次受力分配梁。

步骤3:在常水位以上拼装钢吊箱。首先将钢吊箱底板安装在多根次受力分配梁，通过螺栓将受力梁、次受力分配梁和钢吊箱底板固定在一起，然后将所述的两个顺桥向侧板垂直顺桥向分别安装在钢吊箱底板上的左侧和右侧，将所述的两个横桥向侧板垂直横桥向分别安装在钢吊箱底板上的前侧和后侧，该顺桥向侧板、横桥向侧板均通过螺栓固定在钢吊箱底板上，此时，由牛腿承担钢吊箱及受力梁产生的自重力，并通过牛腿将前述自重力荷载传递到钻孔桩钢护筒上。

步骤4：安装悬吊系统。首先将4根钢支撑梁的下端分别固定在4个钻孔桩钢护筒内的钻孔桩顶中心处，然后，将2根悬吊横梁安装在4根钢支撑梁顶端上，将4根导链的上端安装在悬吊横梁上，将4根导链的下端分别安装在两顺桥向侧板的上端。

步骤5：切割牛腿。先通过悬吊系统的4根导链将钢吊箱及受力梁向上提升距离牛腿10cm高处，此时受力梁、钢吊箱以及悬吊系统产生的自重力由悬吊系统承担，并通过悬吊系统将前述自重力荷载传递给到钻孔桩钢护筒内钻孔桩顶上，完成受力转换后，将处在常水位以上焊接在4个钻孔桩钢护筒上的牛腿全部切割掉。

步骤6：钢吊箱下沉就位。用悬吊系统的4根导链将钢吊箱及受力梁下沉，使钢吊箱下沉至其钢吊箱底板顶面低于承台底设计标高的1.0m处，该钢吊箱的顺桥向侧板、横桥向侧板的顶端均在常水位以上，所述的钢吊箱处于被所述悬吊系统悬吊状态，此时，该钢吊箱、受力梁以及悬吊系统产生的自重力均由悬吊系统承担，并通过悬吊系统将前述自重力荷载传递到钻孔桩钢护筒内钻孔桩顶上。

步骤7：浇筑封底混凝土层。先在处于悬吊状态下的钢吊箱的钢吊箱底板）顶面上浇筑混凝土，浇筑成70cm厚的封底混凝土层，同时在封底混凝土层、钢吊箱底板及受力梁上预留与牛腿互相对应的圆孔，待封底混凝土层达到设计规定的强度后，抽干钢吊箱内的水，此时，受力梁、钢吊箱、悬吊系统的自重力以及受力梁、钢吊箱的浮力荷载均由悬吊系统传递到钻孔桩钢护筒内钻孔桩顶上。

步骤8：焊接牛腿。在钢吊箱内的4根钻孔桩钢护筒顺桥向距钢吊箱底板顶面75cm处的内侧缘上分别焊接牛腿，在每一个牛腿上预留有圆孔。

步骤9：通过螺栓将受力梁、钢吊箱底板、封底混凝土层和牛腿栓接在一起，使受力梁、钢吊箱、封底混凝土层的自重力以及受力梁、钢吊箱的浮力由牛腿承担，并通过牛腿将前述重力和浮力荷载传递到钻孔桩钢护筒上；完成受力体系转换后，拆除钢支撑梁、悬吊横梁和导链。

步骤10：浇筑找平混凝土层。在封底混凝土层上浇筑混凝土，浇筑成30cm厚找平混凝土层，并将牛腿埋入找平混凝土层内，此时，受力梁、钢吊箱、封底混凝土层、找平混凝土层的自重力以及受力梁、钢吊箱的浮力由牛腿承担，并通过牛腿将前述自重力和浮力荷载传递到钻孔桩钢护筒上。

步骤11：破除钻孔桩头，在找平混凝土层达到设计规定强度后，破除承台底设计标高以上的钻孔桩钢护筒及钻孔桩钢护筒内的钻孔桩头。

步骤12：施工承台。在找平混凝层上施工承台，此时，受力梁、钢吊箱、封底混凝土层、找平混凝土层、承台的自重力以及受力梁、钢吊箱的浮力由牛腿承担，并通过牛腿将前述自重力和浮力荷载传递到钻孔桩钢护筒上。

步骤13：施工桥墩。在承台达到设计规定的强度后，在承台上施工桥墩，此时，受力梁、钢吊箱、封底混凝土层以及找平混凝土层的自重力以及受力梁、钢吊箱的浮力由牛腿承担，并通过牛腿将前述自重力和浮力荷载传递到钻孔桩钢护筒上，而该承台的自重力由钻孔桩钢护筒内的钻孔桩承担，该桥墩混凝土自重力荷载由承台传递到钻孔桩钢护筒内的钻孔桩上。

步骤14：拆除钢吊箱，在承台施工完毕且桥墩施工到常水位以上后，将顺桥向侧板、顺桥向侧板、横桥向侧板、横桥向侧板拆除，被保留的受力梁、钢吊箱底板、封底混凝土层、螺栓、找平混凝土层、牛腿构成承台底部构成额外保护层。

借由上述技术方案，本发明至少具有下列优点：

1、在常水位以上的钻孔桩钢护筒上焊接牛腿，在牛腿上拼装钢吊箱，钢吊箱拼装在水面以上作业，将力直接传递到钻孔桩上，不需要借助其他辅助支撑设施，节约了施工成本；

2、在钻孔桩钢护筒内的钻孔桩顶中心处上安设悬吊系统，用悬吊系统起吊沉放钢吊箱，将力直接传递到钻孔桩上，不需要借助其他大型起吊设备，方便简单，加快了施工进度；

3、通过悬吊系统将钢吊箱下沉至使钢吊箱底板低于承台底设计标高1米处，浇注封底混凝土层，并将钢吊箱里面的水抽干，再在钻孔桩钢护筒的内侧缘上焊接牛腿，通过螺栓将钢吊箱与牛腿栓接，由牛腿承担钢吊箱、封底混凝土、承台以及水的浮力，不需要借助其他辅助支撑设施，降低了施工成本，

4、承台与墩身整个施工过程均在无水状态下操作，不需要潜水设备、水下安装切割设备和潜水人员，节省了相关费用，方便简单，便于操作。

5、在常水位以上设置的牛腿上进行钢吊箱拼装时，该牛腿承受钢吊箱的自重和受力梁的荷载，在钢吊箱起吊沉放时转换成由悬吊系统承担钢吊箱和受力梁的自重荷载，当钢吊箱下沉到承台设计标高以下时，转换成由再设置的牛腿承担受力梁、钢吊箱、封底混凝土层、找平混凝土层和承台混凝土的自重荷载的荷载以及水的浮力，在上述荷载的转换过程中均以工程钻孔桩为依托进行受力体系转化，不需要设置临时钢管桩实施，方便简单，便于操作。。

6、用预制混凝土底板代替钢底板，节约了成本，减少了钢材的浪费。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

本发明的具体结构及其制造工艺由以下实施例及附图详细给出。

附图说明

图1是本发明的钢吊箱系统在常水位以上的时结构示意图；

图2是本发明的钢吊箱平面结构示意图；

图3是本发明的钢吊箱下沉时处于悬吊状态时结构示意图；

图4：是本发明的钢吊箱系统在常水位以下时结构示意图；

图5是本发明浇筑承台、桥墩的结构示意图

1：钻孔桩钢护筒         2：牛腿

3：受力梁

31：主受力梁            32：次受力分配梁

4：钢吊箱

41：顺桥向侧板          42：顺桥向侧板

43：横桥向侧板          44：横桥向侧板

45：钢吊箱底板

5：悬吊系统

51：钢支撑梁            52：悬吊横梁

53：导链

6：封底混凝土层         7：牛腿

8：螺栓                 9：找平混凝土层

10：承台                11：桥墩

12：常水位              13：承台底设计标高

具体实施方式

以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的用于水下高桩承台施工的钢吊箱系统及施工工艺详细说明如后。

请参阅图1、图2所示，本发明较佳实施例的在常水位以上时的用于水下高桩承台施工的钢吊箱系统，由牛腿2、受力梁3、钢吊箱4、悬吊系统5组成，其中：

所述的牛腿2，共有4个牛腿2。该4个牛腿2分别设置在位于常水位12以上的4根钻孔桩钢护筒1顺桥向的外侧缘。

所述的受力梁3，由2根受力梁31和多根次受力分配梁32组成。其中，在一根受力梁31顺桥向设置在2个牛腿2上，另一根受力梁31顺桥向设置在另两个牛腿2上。多根次受力分配梁32横桥向设置在两根受力梁31上。

所述的钢吊箱4，由顺桥向侧板41和顺桥向侧板42、横桥向侧板43和横桥向侧板44及钢吊箱底板45组成。其中，所述的钢吊箱底板45设置在多根次受力分配梁32上。所述的顺桥向侧板41和顺桥向侧板42垂直于钢吊箱底板45且顺桥向设置在钢吊箱底板45的左侧和右侧。所述的横桥向侧板43和横桥向侧板44垂直于钢吊箱底板45且横桥向设置在钢吊箱底板45的前侧和后侧。

所述的悬吊系统5，由4根钢支撑梁51、2根悬吊横梁52、4根导链53组成。其中，所述的4根钢支撑梁51的底端分别固定在4根钻孔桩钢护筒1内的钻孔桩桩顶中心处，该4根钢支撑梁51的顶端分别支撑悬吊横梁52。所述的4根导链53的上端与悬吊横梁52连接，该4根导链53的底端分别与顺桥向侧板41、顺桥向侧板42连接。

参阅图3，在所述的钢吊箱4在吊离牛腿210cm高时，割除在常水位12之上时设置的牛腿2。

参阅图4，在所述的钢吊箱4向下沉，使钢吊箱底板45的顶面至承台底设计标高13以下1m处，该钢吊箱4处于由悬吊系统5悬吊状态时，在该钢吊箱底板45上设置封底混凝土层6。

参阅图4，在封底混凝土层6达到设计强度时，抽干钢吊箱4内的水，再次在4根钻孔桩钢护筒1顺桥向的内侧缘距钢吊箱底板45顶面75cm处分别设置牛腿7，并通过螺栓8将受力梁3、钢吊箱底板45、封底混凝土层6与该牛腿7固定在一起。

依据本发明提出的用于水下高桩承台施工的钢吊箱系统的水下高桩承台施工工艺，主要包括以下步骤：

步骤1：在常水位以上安装牛腿2。在位于常水位12以上的4个钻孔桩钢护筒1的外侧缘顺桥向焊接牛腿2；

步骤2：安装受力梁3。一根受力梁31顺桥向安装在2个牛腿2上，另一根受力梁31顺桥向安装在另2个牛腿2。在该2根受力梁31上横桥向安装固结多根次受力分配梁32.

步骤3：在常水位12以上拼装钢吊箱4。首先将钢吊箱底板45安装在多根次受力分配梁32上，并通过螺栓将多根次受力分配梁32和受力梁31和钢吊箱底板45固定在一起。然后将所述的顺桥向侧板41和顺桥向侧板42垂直顺桥向分别安装在钢吊箱底板45上的左侧和右侧，将所述的横桥向侧板43和横桥向侧板44垂直横桥向分别安装在钢吊箱底板45上的前侧和后侧，该顺桥向侧板41、顺桥向侧板42、横桥向侧板43、横桥向侧板44均通过螺栓固定在钢吊箱底板45上。此时，由牛腿2承担钢吊箱4及受力梁3产生的自重力，并通过牛腿2将前述自重力荷载传递到钻孔桩钢护筒1内的钻孔桩上；

步骤4：安装悬吊系统5。首先将4根钢支撑梁51的下端分别固定在4个钻孔桩钢护筒1内的钻孔桩顶中心处。然后，将2根悬吊横梁52安装在4根钢支撑梁51顶端上，将4根导链53的上端安装在悬吊横梁52上，将4根导链53的下端安装在顺桥向侧板41和顺桥向侧板42的上端；

步骤5：切割牛腿2。先通过悬吊系统5的4根导链53将钢吊箱4及受力梁3向上提升距离牛腿210cm高处，此时受力梁3、钢吊箱4以及悬吊系统5产生的自重力由悬吊系统5承担并通过悬吊系统5将前述自重力荷载传递给到钻孔桩钢护筒1内钻孔桩顶上，完成受力转换后，将处在常水位12以上焊接在4个钻孔桩钢护筒1上的牛腿2全部切割掉；

步骤6：钢吊箱4下沉就位。用悬吊系统5的4根导链53将钢吊箱4及受力梁3下沉，使钢吊箱4下沉至使其钢吊箱底板45顶面低于承台底设计标高13的1m处，该钢吊箱4的顺桥向侧板41、顺桥向侧板42、横桥向侧板43、横桥向侧板44的顶端均在常水位12以上，所述的钢吊箱4处于被所述悬吊系统5悬吊状态，此时，该钢吊箱4、受力梁3以及悬吊系统5产生的自重力均由悬吊系统5承担，并通过悬吊系统5将前述自重力荷载传递到钻孔桩钢护筒1内钻孔桩顶上；

步骤7：浇筑封底混凝土层6。先在处于悬吊状态下的钢吊箱4的钢吊箱底板45顶面上浇筑混凝土，浇筑成70cm厚封底混凝土层6，同时在封底混凝土层6、钢吊箱底板45及受力梁3上预留与牛腿7互相对应的圆孔，待封底混凝土层6达到设计规定的强度后，抽干钢吊箱4内的水，此时，钢吊箱4、受力梁3、悬吊系统5的自重力以及钢吊箱4、受力梁3的浮力荷载由悬吊系统5传递到钻孔桩钢护筒1内钻孔桩顶上；

步骤8：焊接牛腿7。在钢吊箱4内的4根钻孔桩钢护筒1顺桥向距钢吊箱底板45顶面75cm处的内侧缘上分别焊接牛腿7，在每一个牛腿7上预留有圆孔；

步骤9：通过螺栓8将受力梁3、钢吊箱底板45、封底混凝土层6和牛腿7栓接在一起，使受力梁3、钢吊箱4、封底混凝土层6的自重力及受力梁3、钢吊箱4的浮力由牛腿7承担，并通过牛腿7将前述的重力和浮力荷载传递到钻孔桩钢护筒1上，完成受力体系转换后，拆除钢支撑梁51、悬吊横梁52和导链53；

步骤10：浇筑找平混凝土层9。在封底混凝土层6上浇筑混凝土，浇筑成30cm厚找平混凝土层9，并将牛腿7埋入找平混凝土层9内，此时，受力梁3、钢吊箱4、封底混凝土层6、找平混凝土层9的自重力以及受力梁和钢吊箱4的浮力由牛腿7承担，并通过牛腿7将前述自重力和浮力荷载传递到钻孔桩钢护筒1上；

步骤11：破除钻孔桩头。在找平混凝土层9达到设计规定强度后，破除承台底设计标高13以上的钻孔桩钢护筒1及钻孔桩钢护筒1内的钻孔桩头；

步骤12：施工承台10。在找平混凝层9上施工承台10，此时，受力梁3、钢吊箱4、封底混凝土层6、找平混凝土层9、承台混凝土的自重力以及受力梁3、钢吊箱4的浮力由牛腿7承担，并通过牛腿7将前述自重力和浮力荷载传递到钻孔桩钢护筒1上；

步骤13：施工桥墩11。在承台10达到设计规定的强度后，在承台10上施工桥墩11，此时，受力梁3、钢吊箱4、封底混凝土层6以及找平混凝土层9的自重力以及受力梁3、钢吊箱4的浮力由牛腿7承担，并通过牛腿7将前述自重力和浮力荷载传递到钻孔桩钢护筒1上，而该承台10的自重力由钻孔桩钢护筒1内的钻孔桩承担，该桥墩混凝土自重力荷载由承台10传递到钻孔桩钢护筒1内的钻孔桩上(见图5)；

步骤14：拆除钢吊箱4，在承台10施工完毕且桥墩11施工到常水位12以上后，将顺桥向侧板41、顺桥向侧板42、横桥向侧板43、横桥向侧板44拆除，被保留的受力梁3、钢吊箱底板45、封底混凝土层6、螺栓8、找平混凝土层9、牛腿7构成承台10底部的保护层（见图5）。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。