集美大橋鎖口式鋼套箱圍堰設計與施工

鮮正洪，粟學平

(路橋華南工程有限公司，廣東 中山 528403)

國內已有過鎖口式套箱圍堰的施工方法。孫建勛［1］結合青島海灣大橋水中墩施工實例，對鎖口式鋼套箱圍堰的工藝原理及所需材料設備做了簡要介紹。楊順民［2］根據廈門跨海特大橋水中承臺數量多、工期緊、套箱圍堰施工要求周期短等不利特點，采用了鎖口套箱圍堰的獨特設計思路，重點介紹了鎖口套箱圍堰各工況受力狀態下的計算結果。文獻［3］介紹桂林解放橋重建工程中平衡拱橋水平推力的基礎，實施中所用鎖口鋼管帷幕樁圍堰的設計、試驗和施工技術，取得了較好的效果。

本文以集美大橋為例，介紹了海上鎖口式鋼套箱圍堰設計及施工工藝，解決了潮漲潮落淺灘處承臺拆除難題;提高了套箱圍堰的止水性能，解決了一系列問題，可為以后類似施工提供一些參考。

1 工程概況

集美大橋是廈門出島交通網絡規劃中的跨海通道之一。大橋位于廈門島北部的潯江海域，南接廈門本島湖里區，北連集美區，東臨東海。該大橋C2合同段主要為中引橋，共有 29個墩(27#～55#墩)，全長1 500 m，包括道路橋和 BRT橋下部結構的348根基樁、87座承臺和87座墩身。本合同段承臺根據功能劃分為道路橋和BRT橋，道路橋又分為RA類和RB類，BRT橋分為BA類和BB類。所有承臺頂高程設在+0.5 m處，均采用四邊形圓倒角承臺，圓倒角半徑1.35 m。地表水主要為海水，對混凝土具有腐蝕作用，承臺采用C45高性能防腐蝕混凝土。集美大橋海域的潮汐類型屬于正規半日潮，根據一段時間的觀測，最高水位約為3.5 m。由于缺乏系統資料，施工最高水位采用+4.0 m。最大潮差6.92 m，最小潮差0.99 m，平均潮差3.98 m。平均海平面0.35 m，50年一遇波浪高度為2.88 m。橋位處海床最大一般沖刷為0.5 m，最大局部沖刷為3.8 m。

工程區地層分別為填筑土、填砂、淤泥、粗砂、殘積亞黏土、脈巖殘積亞黏土。基巖為強風化至微風化的花崗巖、脈巖。

2 鎖口式套箱方案設計及施工工藝［4-6］

2.1 承臺施工特點

工程承臺體積大，高性能防腐混凝土施工須采取溫控措施。要求在60 d內完成一個墩位上的3幅承臺套箱和墩身施工，規模大、工期緊。鋼套箱加工精度要求高，橋址區常受臺風襲擊，平均每年受6～7次臺風影響，且降雨較多(平均降水量為1 183.4 mm)，在環境惡劣的潯江海域中準確安裝、定位難度大。除此之外，工程處于南北主橋中間，施工作業線長，水上作業船舶多，棧橋干擾頻繁，且可能與相鄰合同段之間產生干擾，施工組織難度大，工作面難以展開。

2.2 鎖口式套箱方案設計

通過比較和多方討論，決定采用單壁無底鋼套箱作為承臺止水圍堰和承臺模板。擬定套箱總高度為9.5 m，頂高程為+4.5 m，底高程為-5.0 m。套箱分成上下兩節，為盡量使平縫高出承臺，應盡量將平縫提高，這樣可使平縫拆除方便、減小水壓力作用。為了能滿足套箱拼裝時吊裝能力的要求，還應使上下兩節重量相差不大。綜上所述，設計底節長6 m，頂節長3.5 m，為減少拼縫和套箱的有效周轉，套箱按最小承臺RB類承臺為母板，每節分成8塊，另三類承臺通過增加75 cm、105 cm、100 cm寬度拼裝而成。RB類套箱總體布置如圖1所示。

圖1 RB類套箱總體布置(單位:cm;高程:m)

2.3 鋼套箱卡口式捆綁連接設計

根據每個承臺海床面的高低選擇卡口連接方式，海床面以上采用螺栓，海床面以下采用卡口捆綁。這種接縫處理方式可解決部分套箱在淤泥的拆除，既能保證施工質量又能提高施工工效、節約成本。承臺澆筑完成且強度達到后，即可拆除套箱，利用卡口承擔潮水和土壓力作用的剪力，而鋼絲繩捆綁承擔拉力。因此，只需擰開繩卡，將鋼絲繩抽出，底節套箱即能松開，便于分節段順利吊出，見圖2?？诮Y合鋼絲繩捆綁在套箱圍堰的應用，有效解決水中、淤泥中套箱的拆除難題，成倍地加快了套箱施工進度。鋼管鋼絲繩的捆綁，結合接縫處的陰陽接頭處理，接口密實，止水性好，有效解決了套箱接縫的漏水。套箱安拆方便快捷，套箱變形小，是一種良好的套箱接口處理方式。

圖2 卡口結合鋼絲繩捆綁連接拼裝

2.4 鎖口式套箱施工工藝流程

2.4.1 施工平臺拆除

基樁檢測合格后方可拆除鉆孔平臺并對套箱范圍內的海床進行第一次清淤。①范圍:按平臺鋼管樁以內的整個范圍施工。②深度:在封底混凝土下設置0.5 m厚的砂袋隔離層，以提高封底混凝土的質量，按“封底混凝土1.4 m、砂袋層0.5 m”反算坑底高程為-4.7 m至-3.9 m不等。

2.4.2 拼裝套箱下沉支架及動力系統

1)承臺套箱下放時為避免鋼護筒局部失穩，應在鋼護筒內設置十字撐，以增強其穩定性。

2)拼裝托架的搭設應盡量避免異物掉入河床內，以免影響承臺套箱的正常下沉。

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3)承臺套箱下放的動力系統主要由8臺10 t手拉葫蘆組成，每邊各設置2臺，設置應均勻、對稱。

2.4.3 轉運、拼裝和下沉

1)在運輸、拼裝過程中嚴禁野蠻作業，避免發生扭曲變形。套箱圍堰壁板與封底混凝土、承臺混凝土接觸部分不得有焊疤，以免增加拆除難度;套箱板轉運時應按拼裝順序進行轉運。

2)導向采用型鋼制作，且與鋼套箱之間的間隙控制在2 cm以內。應進行測量放樣，施工時確保其豎直后再進行焊接。

3)用一臺50 t履帶吊將套箱板吊在托架上進行拼裝，套箱板間要加橡膠墊(厚1 cm左右)，橡膠墊對接時采用企口形式。連接螺栓要分次緊固，經多次調整仍不能對齊的螺栓孔，可用小一級的螺栓(φ20 mm)連接。套箱板外形尺寸經過調整后，安裝外圍囹，然后按照設計位置焊接內支撐和拉桿。

4)套箱下沉時要統一指揮，若發現套箱平面位置(全過程測量監控)和垂直度偏差過大，應及時停止下沉，查明原因，糾正偏差后繼續下沉。下沉到位后，對套箱板平面位置、外形尺寸、高程等進行全面檢查，檢查合格后固定套箱板于主護筒上。

2.4.4 清理基底

套箱下沉到位后，適當清理整平海床淤泥，并對封底混凝土厚度范圍內的鋼護筒進行清理，然后施工砂袋墊層。

1)潛水工在進行清理海床淤泥時應盡量控制海床至設計高程，以確保砂袋墊層厚度。砂袋的拋投過程中應盡量避免砂袋碰撞護筒及內支撐，以免砂袋破壞。砂袋應碼放平整，潛水工碼放砂袋時應控制好砂袋頂高程，以確保封底混凝土的厚度。

2)承臺封底混凝土底部高程分別為-3.4 m、-3.7 m、-3.9 m，封底厚度為1.4 m。為避免潮漲潮落的水頭變化對封底混凝土造成不利影響，在套箱上開設2個連通管，保證內外水頭一致，不存在水頭差。

3)封底前清理圍堰壁和護筒四周的淤泥，并在套箱壁板內外堆砌砂袋以防止套箱反穿和涌沙、涌水。

4)在封底混凝土澆筑前，測量人員使用GPS在鋼套箱內壁及樁身上標出封底混凝土頂面高程，以此控制封底混凝土的高程。

3 鋼套箱圍堰滲漏問題的處理

3.1 滲漏原因

1)豎向和橫向連接角鋼和面板均不夠平整，焊接后嚴重變形，連接處的橡膠墊無法形成致密的接縫而形成滲漏，這是滲漏主要原因。

2)砂袋墊層下面為流塑狀淤泥，封底混凝土下料時容易將淤泥翻起，夾在封底混凝土內，形成薄弱環節，抽水后被擊穿，形成滲漏。

3)套箱拼裝順序出錯，把底節內外圍囹拼裝順序搞反，導致封完底解除底節內支撐后套箱變形，使混凝土與套箱壁板脫離并且漏水。

4)封底混凝土質量不穩定，局部混凝土和鋼護筒、套箱壁板粘結不牢，產生滲漏。

3.2 滲漏處理

1)首先從結構上對鋼套箱的設計進行優化。改正套箱底節內外圍囹拼裝順序，防止混凝土與套箱壁板脫開造成滲漏。在角鋼上加焊三角板加勁，提高其剛度，改善接縫平整度，套箱平縫滲漏有效好轉。

2)更換壓縮性高、厚度一致的橡膠墊，減少橡膠墊接縫，盡量整塊地鋪墊;接縫采用“堵漏王”、瀝青等處理，有效提高了套箱防滲性能。

3)為避免淤泥翻起，抓泥宜超深50 cm，再拋砂袋回填擠淤，盡量鋪設均勻，同時派潛水人員或者在低潮水位時進行水下鋪平，杜絕淤泥等雜物夾在封底混凝土中，形成薄弱部分而在高潮水下反穿。

4)圍堵結合。采用抓斗在套箱外圍抓泥回填，最大限度地減少外圍水壓力，再利用棉紗結合膨脹膠進行內部塞填處理，對滲漏嚴重的則利用低潮位完成承臺的澆筑，保證了承臺的施工在無水狀態下進行。

通過采取以上措施和加強施工現場管理、優化施工工序，鋼套箱滲漏問題得到有效控制，止水效果明顯，減少了套箱堵漏時間。

4 結語

本文介紹了集美大橋鎖口式鋼套箱圍堰的設計，解決了潮漲潮落淺灘處下臥式承臺套箱的拆除難題，提高了套箱周轉利用率，節省了施工費用。所采取的相關措施有效提高了套箱的止水性能，解決了套箱滲漏問題，保證了承臺施工質量，希望能為日后淺灘處下臥式承臺施工提供一些參考。

［1］孫建勛.青島海灣大橋鎖口式鋼套箱圍堰設計與施工［J］.施工技術，2009，38(11):109-112.

［2］楊順民.廈門跨海特大橋鎖口套箱圍堰設計［J］.鐵道建筑，2009(9):32-35.

［3］孟鋼，劉曉霞.大型推力基礎中鎖口鋼管帷幕樁的設計與施工［J］.橋梁建設，2002(5):67-70.

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

［5］熊建輝，孫建華，聶井華.水中墩基礎施工用鎖口式鋼圍堰:中國，IL 022236430［P］.2003-03-05.

［6］中華人民共和國國家標準.GB50017—2003 鋼結構設計規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2003.

［7］中華人民共和國國家標準.GB50205—2001 鋼結構工程施工質量驗收規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2001.