大型深水基礎單壁鋼套箱圍堰施工技術

張 利

(中鐵十八局集團 第五工程有限公司，天津 300450)

大型深水基礎單壁鋼套箱圍堰施工技術

張 利

(中鐵十八局集團 第五工程有限公司，天津 300450)

結合上海至武威高速公路沙坡頭黃河特大橋11號主墩水中承臺施工實例，重點介紹低樁承臺深水基礎特大型單壁鋼套箱圍堰的構造、設計技術條件，以及鋼套箱的下沉等技術。

深水基礎 單壁鋼套箱圍堰 施工技術

1 工程概況

沙坡頭黃河特大橋位于寧夏回族自治區中衛縣常樂鎮小灣村西側，系上海至武威公路中寧至孟家灣段跨越黃河的一座特大橋梁。橋址區屬黃河上中游，主河道寬 250 m，施工常水位1 241.20 m，實測水位1 241.00 m，水深6.0～7.0 m，水位漲落高度 1.0 m，水流平均速度3 m/s。沙坡頭黃河特大橋全長1 341.5 m，主跨采用65 m+2×120 m+65 m的連續剛構箱梁。水中11號墩位于黃河主河道。墩身高度55.4 m，承臺尺寸28.8 m×13.2 m×4.0 m(長 ×寬 ×高)。河床為卵石土，卵石土層8～10 m深，其承載力1 000～1 200 kPa。

2 鋼套箱設計

2.1 套箱頂高程的確定

由于本套箱在冬季施工，而設計冬季流冰水位1 241.55 m，所以本套箱頂高程取1 242.00 m。比流冰水位高出0.45 m。

2.2 設計荷載及驗算項目

2.2.1 荷載種類

①套箱自重(包括套箱分隔倉、側板、支撐定位系統);②新澆封底混凝土自重(封底混凝土取1.0 m厚);③新澆結構混凝土自重(包括結構混凝土澆筑時的施工荷載);④按3.0 m/s的流速所產生的動水壓力;⑤設計水深的靜水壓力。

2.2.2 計算工況、荷載組合及計算項目

1)階段一

工況：整體套箱吊裝，荷載組合①，計算內容為套箱側板、吊裝支撐系統受力計算。

2)階段二

工況：套箱封底抽水前，荷載組合為①+④，計算內容為套箱側板、定位系統及加固措施的受力計算。

3)階段三

工況：套箱封底抽水后，荷載組合為①+②+③+④+⑤，計算內容為套箱整體穩定性驗算;封底混凝土厚度、套箱支撐體系分析。

3 單壁鋼套箱圍堰施工

3.1 鋼套箱的結構形式

套箱由側板、吊裝支撐系統、導向定位系統及分隔倉組成。

3.1.1 套箱側板

鋼套箱周邊尺寸比承臺設計尺寸每邊加寬10 cm，鋼套箱底比承臺底低1.5 m，頂面高出實測水位1.0 m，按設計水深計算，鋼套箱的高度為8.5 m;因此鋼套箱內部尺寸為：長29.0 m，寬13.4 m，高8.5 m，鋼套箱作為承臺模板。鋼套箱加工成3節，即最下節高度2.5 m，相鄰節高度3 m，最上節高度3.0 m。橋梁下部結構施工完成后，拆除最上節鋼套箱，其下2節不再拆除。鋼套箱構造詳見圖1。

3.1.2 吊裝支撐系統

由于鋼套箱尺寸大、水又深，為防止水的側壓力對鋼套箱產生較大變形，故鋼套箱內設水平支撐2層，支撐骨架橫橋向為 φ500×10 mm鋼管，順橋向為 φ300×10 mm鋼管，每層支撐橫橋向2道，順橋向5道，支撐相交處采用焊接，并用10 mm厚的鋼板進行加固。吊裝支架安設在鋼護筒上，采用高3.0 m，懸臂長度為1.6 m的支架，支架主撐用 φ220 mm鋼管，附著斜撐用φ100 mm鋼管，主撐頂端安設導向定滑輪。單壁鋼套箱圍堰吊點支架詳見圖2。

圖1 單壁鋼套箱圍堰結構示意(單位：cm)

圖2 鋼套箱吊點支架系統(單位：cm)

3.1.3 導向定位系統

在每節鋼套箱的內側以中心為對稱點，焊接長度為2.5 m的定位鋼支撐，鋼支撐用 φ220 mm鋼管、I20a、及∠75×75×10組合焊接而成。施工過程中，應千萬注意支撐外側角鋼的垂直和水平位置的精確性。為防止鋼套箱在下沉過程中因流水過急受到阻礙，可配備2個20 t的手拉葫蘆進行鋼套箱牽引。

3.1.4 套箱分隔倉

由于鋼套箱尺寸較大，當灌注封底混凝土時，為避免導管下部的混凝土形成錐體狀，擴散不均勻，封底不嚴密，所以在套箱底部設混凝土分隔倉。分隔倉內部平面布設標準尺寸為2.5 m×2.5 m，高1 m。邊緣空隙大于2.5 m時應增設分隔倉。分隔倉設此尺寸一則滿足施工需要，二則避免與樁基礎發生沖突。分隔倉采用10 mm厚的鋼板焊制而成。

3.2 鋼套箱施工

3.2.1 鋼套箱加工與試拼裝

鋼套箱在專用加工場地由專業人員進行加工。加工完成后，首先在加工場地內試拼裝，檢驗產品加工質量，如剛度、平整度、接縫錯臺、接縫嚴密性、螺栓孔等是否滿足要求。

3.2.2 箱的定位及加固

由于鋼套箱整體質量約145 t，考慮到施工方便易控，在鋼套箱每節距上端50 cm處共布設14個主起吊點。吊裝支撐架沿承臺四周14個樁基全部布置，14個主起吊點均設在吊裝支撐架上。吊裝支撐架與加勁鋼管斜支撐均采用活動鉸連接，鉸只考慮承受豎向拉力，吊裝時吊索所產生的水平力由吊裝支撐架平衡，并且每個支撐桿頂部安裝定滑輪。

3.2.3 鋼套箱拼裝與下沉

作業平臺二次加固與補強完畢，將鋼套箱板分塊運輸至作業平臺上，按編號組裝，分塊分節在平臺上拼裝。拼裝時采用汽車吊吊模，人工配合組裝。

1)依據設計圖，首先安裝底節套箱模板，分塊用螺栓連接緊密。底節形成封閉的環，上下左右節與節之間的接縫采用橡膠墊連接，保證密封不滲水。之后焊接混凝土分隔倉，分隔倉可事先加工，在現場組合焊接成整體。在拼接過程中，可利用鋼護筒的牛腿作為臨時支撐平臺。

2)鋼套箱下沉前，在每節鋼套箱的內側以中心為對稱點，焊接長度為2.5 m的定位鋼支撐，鋼護筒最外側按與鋼套箱內側間距設置導向工字鋼，防止鋼套箱整體下沉時偏位。然后采用14個手拉葫蘆通過定滑輪導向吊裝系統將鋼套箱吊起，使之離開鉆孔平臺，拆除防礙其下沉的搭設平臺用的木板、工字鋼等，然后用手拉葫蘆逐漸下沉鋼套箱。在整個下沉過程中，采用14個10 t手拉葫蘆同步作業，下沉第一節時應對鋼套箱四腳點進行精確抄平和定位，從而保證鋼套箱垂直下沉。

3)依據底節的拼裝方法，拼接第二節，之后安裝第一層內圈梁，內圈梁采用2根I20b型工字鋼直接焊接在鋼套箱內側壁上，其作用是將內鋼支撐與套箱側壁聯結在一起，避免單根鋼管頂在面板上產生應力集中，該工字鋼在水平上形成封閉的環狀。依第一節的方法，下沉鋼套箱。

4)依照第二節的方法，拼接第三節鋼套箱與第二層內圈梁，下沉鋼套箱。鋼套箱著床后，緩慢下放，使之切入覆蓋層中，穩定于河床上。若鋼套箱有偏移傾向，在鋼套箱頂上加配重使之平衡下沉。

鋼套箱穩定后，再在四周鋼護筒的外側壁準確加以固定，拆除鋼套內側所有平臺(鋼護筒吊點支架系統不拆除)和采用汽車吊吊振動錘振動拔除鉆孔平臺鋼管樁，再用長臂挖掘機將河床內的大卵石清除;當下沉至離設計底面高程還有50 cm時，用長挖機進行四周清底，待鋼套箱緩慢下沉到設計高程后，對鋼套箱切入土層的情況進行檢查，保證切入土層充分。必要時，需要派潛水員下水檢查。經檢查合格后，方可進行水下混凝土封底。

3.3 分隔倉與鋼管內支撐的安裝

為縮短工期，加快施工進度，分隔倉與鋼管內支撐均在鋼套箱整體側模下沉到位后將中間施工平臺及鋼管樁全部拆除后再進行安裝。具體做法是在鋼套箱整體側模下沉到位后，將河床初步平整(可在鋼套箱內外側拋填小片石或卵石進行填平)，然后再搭設臨時輕型分隔倉拼裝平臺。由于整體分隔倉較輕，質量不到2 t，所以將吊點轉移至套箱側模上，通過扁擔梁整體吊起，拆除臨時平臺后再下沉分隔倉。分隔倉下沉到位后，再進行混凝土的封底。當封底混凝土強度達到設計強度后，邊抽水邊在已焊接好的內圈梁上焊鋼管內支撐。

3.4 混凝土封底

3.4.1 用分隔倉法布置導管

導管的平面布置以每個分隔倉為單位，能使各導管有效半徑互相銜接。導管的立面布置是在圍堰頂搭設灌注支架，以懸掛漏斗及導管。支架頂部設置灌注平臺，平臺上搭設有儲存混凝土的料槽。灌注從一端開始，分倉逐個進行，拔出導管向后周轉使用。

3.4.2 灌注封底混凝土

封底采用C30早強混凝土，在灌注過程中，須嚴格控制混凝土的分布厚度，確保封底混凝土的質量。為了避免水位壓力差破壞尚未達到強度的封底混凝土，在河水面以上5～10 cm處的套箱壁割除直徑為20 cm孔洞，從而保證套箱內水位與黃河水位一致，并要求2 d后及時將其孔洞進行堵焊;或用一臺水泵根據水位差值進行跟班抽水。

4 結語

封底混凝土灌完后，即可以按正常工序進行承臺施工。當承臺混凝土強度達到設計強度的75%左右，可安排拆除鋼套箱。

現沙坡頭黃河特大橋已經建成，施工實踐證明，單壁鋼套箱圍堰取得了較好的施工效果。

［1］鐘振方.深水基礎圍堰施工方案比選［J］.鐵道建筑，2009(2)：6-8.

［2］尤丁劍.流灌河1#橋深水樁基礎填充式雙壁鋼圍堰設計［J］.鐵道建筑，2009(5)：26-27.

443.16+2

B

1003-1995(2011)03-0013-03

2010-10-14;

2010-12-08

張利(1978— )，女，湖北浠水人，工程師。

(責任審編 孟慶伶)