单壁式钢套箱围堰施工技术应用

　　摘要：本文通过扬州市邗江区吉安路仪扬河大桥主跨基础承台钢套箱围堰的施工，概括总结了大、中体积单壁钢套箱围堰的设计要点及施工工艺。
　　关键词：钢套箱，设计，制作，施工
　　
　　一、工程概述：
　　扬州市邗江区吉安路南延伸段仪扬河大桥主跨桥梁型式为双幅变截面预应力混凝土连续箱梁，主跨上部采用挂蓝悬臂浇筑施工，主跨下部结构采用门型板式墩身，桥墩承台厚3m，平面均采用矩形布置，承台边长为16.5m*7.7m（横桥向*顺桥向），承台底埋于河床下，属低桩承台，基础采用群桩基础，每个承台下设8根1.8米直径的钻孔灌注桩。承台顶标高：+3.0m，承台底标高：0.0m，承台高3.0m，施工水位标高为5.0m，采用单壁钢套箱围堰施工。施工时承台处河床标高为0.7m,，河床土层覆盖层为淤泥质粉质粘土，平均层厚为10.8m。水流较为平缓。
　　二、钢套箱设计：
　　1、钢套箱形式的确定：根据河床的地质情况、承台埋深及主墩水中承台的特点，采用单壁无底钢套箱。
　　2、钢套箱的顶、底标高确定：根据仪扬河历年水文资料及一般以十年一遇的水位作为施工水位，故将施工水位定为▽5.0m，因流速不大，只考虑0.7m安全高度，所以套箱围堰顶标高定为5.7m；底标高：承台底标高为0.0m，封底混凝土厚度为1.2m，围堰吸泥下沉后用蛇皮袋装粘土铺平的处理高度约为0.3m，再考虑套箱的底脚切入河床0.8m，则底脚标高应为-2.3m，套箱围堰总高度为h=5.7－（-2.3）=8.0m。
　　3、承台平面尺寸：套箱围堰下沉至设计标高后封底抽水，变水中施工为陆上施工，同时套箱又兼作浇筑承台的外模。为了保证承台轴线的精确，故在承台外缘放出5cm，作为钢套箱在下沉时的偏差余量，所以在设计钢套箱围堰时，平面净尺寸为：净（16.5+2×0.05）×（7.7+2×0.05）=16.60×7.8m。套箱围堰总高8.0m，拟分为上下两层。底层高3m，上层高5m。
　　4、钢套箱结构组成：钢套箱由正面和侧面面板组成，分上、下两层。上层钢套箱高5m，正面板尺寸为414*500cm,数量8块,侧面板尺寸为4.04*500cm，数量4块；下层钢套箱高3m,正面板尺寸为414*300cm,数量8块,侧面板尺寸为4.04*300cm，数量4块。钢套箱各层面板采用螺栓连接；钢套箱由面板、纵肋、横肋、吊环、连接螺栓、橡胶密封条组成。钢套箱面板厚度δ＝6mm，横向设[10槽钢间距为50mm，竖向肋采用I14a工字钢，间距500mm,面板四周设∟140×140×10角钢与相邻面板连接，连接螺栓开孔Ф22mm，孔距150mm单排，螺栓M20*65mm,并垫以4mm厚的橡胶皮，防止漏水。吊点设在横桥向的两侧的套箱钢板上，吊点为δ＝20mm钢板吊环。钢套箱拟设三层围令，上层围令设置标高▽3.5m处为内围令；中层围令设置标高▽1.5m处为外围令，下层围令设置标高▽0.2m处为外围令。上、中、下层钢围令分别采用I25a、双拼I40a和I32a工字钢。为了增加钢套箱的整体稳定性和强度，套箱内设底层、中层、上层水平支撑，底层支撑采用I32工字钢位于标高1.0m处，中层支撑采用I32工字钢，位于标高3.2m处，上层支撑采用I25工字钢，位于标高4.5m处；钢支撑端部采用□40×40钢板焊接于套箱内壁，浇筑砼时将支撑拆除。
　　5、上层钢套箱重量为32.73t,下层钢套箱重量为24.89t,围令和钢板重18.14t,每个钢套箱总重量为75.76t.
　　三、钢套箱的制作：
　　1、钢套箱制作：钢套箱制作在岸边的平地上进行，平整加工焊接平台。根据钢套箱的设计图进行钢套箱围堰的焊接、钻眼、拼装加工。检查钢套箱的各部分尺寸、模板垂直度和对角线方正情况，钢套箱在试拼装合格后方可进行下一步工作。
　　2、钢套箱运输：钢套箱分块使用50T汽车吊装运输运至水中钢管桩拼装平台上。
　　3、钢套箱拼装：由于套箱是分层分块制作再装配，所以安装前需要在拼装平台上预先拼装好，先拼装底层，拼装时用吊线陀、直角尺控制套箱的垂直度、直角，套箱的垂直度、直角直接影响与上一层套箱的连接。套箱板块连接缝之间放置4mm厚的橡胶皮，防止漏水影响日后的抽水施工承台工序。
　　四、钢套箱的下沉：
　　（1）、利用长臂挖掘机在河中钢管桩工作平台上将河床标高挖至标高+0.2左右，且在钻孔作业中严禁将钻渣弃于河中，在套箱围堰下沉前复测河床标高，重新整理平整。
　　（2）钢套箱采用整体下沉，套箱拼装好后（一共2层），用Φ14mm的钢丝绳将套箱同一侧上下2层的吊点连接起来，保证吊装时二层的吊点同时受力。两台75T浮吊船同时起吊，安排专人指挥，按预先定出的套箱位置沿导向桩下放，安装过程中用两台全站仪观测控制。
　　（3）套箱入水后放慢下降速度，在套箱进入泥层前再次校正套箱轴线位置、垂直度。套箱利用自重下沉停止后，考虑河床存在坡度以及淤泥厚度不均，如果套箱不均匀下沉，套箱垂直度会偏向河床相对较低的一边，松开吊车钢丝绳。在套箱上顺桥向安放4根32#工字钢作为支架，在套箱顶面4个角分别安放10t卷扬机，卷扬机钢丝绳拴在工作平台脚手桩上，利用卷扬机拔桩产生的向下的压力（由于脚手桩顶有盖枕连接同一排的所有脚手桩，卷扬机拔桩时同一排的桩都受力所以不会把钢丝绳拴住的桩拔起）先将下沉量最小的一边下压至和其它边水平，然后用水准仪测出套箱四角的顶标高及当时水面高程，算出套箱应入水深度，在套箱四角用红漆标出（红漆以上一段为套箱露出水面的高度），然后同时开动四个角的卷扬机，将套箱压至预先设定的顶标高位置（顶标高＋5.7m）。吊移卷扬机。用Φ25钢筋把套箱的四个角焊在钢管桩上，防止套箱由于水流等外力的作用产生偏移。
　　（4）在套箱下沉过程中过程中辅以吸泥下沉：用水力冲射空气吸泥机在水下挖土，水力机械冲土的主要设备包括吸泥器(水力吸泥机或空气吸泥机)、吸泥管、扬泥管和高压水管、离心式高压清水泵、空气压缩机等。当围堰下沉到设计标高时调整围堰到设计位置，然后测量围堰内各点的标高，用吸泥机将高处吸平至设计标高，低洼处则用大粒径碎石回填，沿围堰外围四周测量河床标高，保证钢套箱的底脚切入河床0.8m，钢套箱埋入深度为1.5m.,防止水流穿孔进入围堰内。
　　五、钢套箱砼封底：
　　(1)封底混凝土底下碎石垫层采用6-8cm大粒径碎石处理，厚度50cm,防止浇筑承台封底混凝土时泥浆或淤泥碎石上翻。封底混凝土底标高-1.2m，封底砼标号采用C25砼，砼坍落度控制在19~21cm。封底砼厚1.2m。封底时间控制在6个小时内完成。
　　（2）在水中平台支架顶用32#工字钢和脚手板搭设网格式灌注支架平台，放置料斗和导管，此平台作为测量平台、拆导管平台、导管提升平台、灌注平台。
　　（3）套箱封底砼采用导管法水下砼封底：钢吊箱下沉到位后，定位、加固套箱，潜水工水下用钢丝刷冲刷砼封底段主护筒周围，以保证封底砼与主护筒之间有良好的粘结力，布设导管以及砼泵送管，导管底口悬空控制在15-20cm。由于封底面积过大（16.6*7.8m）,所以采用多根导管灌注,导管作用半径控制在1m～2m之间。
　　（4）在套箱内垂直放入内径250mm的钢制导管，导管底口距底面20cm~30cm，导管顶部装有砼储料斗。砼浇筑时，在料斗中储满砼，打开料斗封球，此时导管内的水和空气在砼的重压下由导管底口排出，瞬间砼通过导管压向基底，在导管周围堆成一个平坦的砼圆锥体，将导管底口埋住使水不能从底口进入导管。再灌注的砼通过导管不断的灌入锥体内。随着导管的提升，砼在水下摊开和提升，直至达到设计标高.
　　（5）灌注前精确探明基底各部位的标高，先灌注低洼处的封底砼，以免高处导管内的砼往底处流淌造成导管底口脱空或埋入的厚度过薄，导致导管进水。由于导管之间有桩阻隔，所以在承台四角和桩基外侧靠近承台套箱部位会形成死角，应在死角位置加密布置导管，先灌注死角处的导管。
　　（6）使用多根导管灌注，由于砼生产量及运输限制，各导管不能一次同时灌注，使基底砼在同一水平面上普遍均匀升高的办法，所以采用分项逐根灌注的办法。灌注顺序为：从底到高逐个进行，从周边到中间依次灌注，防止基底浮泥及封顶浮浆集中在封底砼周围。
　　（7）在灌注封底砼的同时，应随时测量围堰内外水头差，并及时向外排水，使围堰内外水头基本保持一致。
　　六、施工抽水控制
　　1、抽水：封底混凝土强度达到设计强度后即可进行抽水，周边应平衡抽水，抽水的布置、速度应保持均衡且应和套箱壁板保持一定距离，同时应密切注视套箱的变形情况和套箱是否漏水。
　　2、为防止抽水过程中发生意外，保证套箱安全，配备套箱外向套箱内灌水的水泵。一旦发生异常，立即向套箱内灌水，恢复内外平衡。经检验处理后，再继续施工。
　　结论：单壁钢套箱围堰和双壁围堰相比具有施工工艺简单、进度快，钢材用料少，拼装加工平台尺寸小的优点，同时减少了浮吊船的起吊吨位，从而大大地降低了施工成本，加快了施工进度和降低了施工操作难度。由本工程承台围堰施工的经验来讲，由于水中承台在不同工程中存在不同条件的外界因素，施工情况不尽相同，因地制宜，在保证质量的前提下灵活合理的选用施工方法，对改善施工条件，降低施工成本，减少工程投资可以起到非常重要的作用。
　　
　　参考文献：人民交通出版社《路桥施工计算手册》
　　人民交通出版社《桥涵》（上、下册）
　　交通部《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）

《单壁式钢套箱围堰施工技术应用》

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