深水承臺有底鋼套箱圍堰施工設備與方法

陳連剛

（中鐵十九局集團第六工程有限公司，江蘇無錫 214000）

1 工程概況

陶樂黃河特大橋全長1776 m，橋寬14 m。橋孔布置為3530 m+60 m+590 m+60 m+530 m，全橋47 跨，主橋為7 孔60 m +590 m +60 m 預應力混凝土連續箱梁，掛籃懸灌施工；引橋為30 m 預應力混凝土T 梁，5 孔一聯，先簡支后連續。橋梁地基的巖土體以細砂、粉砂、亞粘土為主。細砂：分布于橋區上部，厚085.0 m，飽和，08.0 m 松散—稍密，[0]=120 kPa，i=35 kPa，813 m 中密，[0]=190 kPa，i=40 kPa，1385 m 中密—密實，[0]=250 kPa，i=50 kPa；粉砂：分布于細砂層之中，呈透鏡體狀，以夾層出現，厚1.525.5 m，中密，[0]=200 kPa，i=50 kPa；亞粘土：分布于細砂層之中，部分以夾層出現厚1.04.4 m，[0]=300 kPa，i=55 kPa。考慮到陶樂黃河特大橋39#墩水流較急且較深，采用常規鋼套箱圍堰會因水流沖刷下游沉至河床，上游套箱側會出現46 m 的懸空，提出采用有底鋼套箱圍堰施工，即在雙壁鋼套箱圍堰安裝完成后，采用泥漿泵與抓斗相結合的方式將侵占封底混凝土的泥土清除，然后安裝吊底、在圍堰內灌注水下封底混凝土，抽水后施工承臺和墩身。

2 深水承臺有底鋼套箱圍堰施工設備

深水承臺有底鋼套箱圍堰施工采用設備見表1。

3 深水承臺有底鋼套箱圍堰施工方法

（1）雙壁鋼套箱施工。鋼套箱為圓形、雙壁，外徑22.6 m，內徑20.2 m，高8.4 m 。雙壁鋼套箱采取先分塊、分節預制，然后運送到現場進行分節組裝，靠套箱自重和刃腳依次下沉。為縮短工期，施工中增加鋼吊底。按照運輸和起吊要求，施工中鋼套箱平面分成8 塊，各塊圓心角45，外弧長8.875 m，內弧長7.933 m。豎向分為3 節，每節長2.4 m。豎向設加勁肋蟻63635 mm，間距為296 mm（外壁板上）、264 mm（內壁板上），鋼套箱內外壁板間設豎向桁架，弦桿蟻75756 mm，腹桿為蟻63635 mm。平面分塊采用焊接，施焊時制定焊接順序及采取控制焊接變形措施，各塊允許制造誤差為：弧長0+10 mm；高度2400依10 mm；半徑依5 mm。鋼套箱每節制作完后，采用平板拖車和25 t 汽車吊運送到河邊，用船浮運至橋墩位置后，通過浮吊放置到鉆孔平臺上進行組裝。

（2）下沉鋼套箱。將4 個門式吊架焊接到鉆孔平臺上，4 個門式吊架均設置20 t 倒鏈2 臺。焊接完第一節套箱與刃腳后檢驗水密性，保證水密性合格。為使下沉鋼套箱不受水流沖擊的影響，在鋼護筒側壁迎水面焊接牛腿。準備工作完成后，用倒鏈懸吊起鋼套箱進行位置測量，合格后拆除鋼套箱放置平臺，同時操作4 組倒鏈進行首節鋼套箱下沉施工，保證鋼套箱同步下沉。首節平臺下沉到規定位置后，按首節鋼套箱同樣的方法進行第二節和第三節鋼套箱的下沉施工。下沉套箱時使用2 個20 t 倒鏈，一個主操作，另一個備用，以防倒鏈出現機械故障導致鋼套箱下沉不均勻。施工全過程設專人用口哨指揮，禁止盲目操作。下沉施工過程中，應設專人負責鋼套箱的監測工作，保證鋼套箱的垂直度和平面位置滿足規定要求。

（3）施工鋼吊底。有底鋼套箱鋼吊底由上、下承系統構成（圖1）。下承系統由10 mm 厚鋼板、2I36、I20、[8 構成，上承系統由2I45、2I36 構成，兩者之間用32 mm 精扎螺紋鋼連接。有底鋼套箱鋼平面分塊見圖2。鋼吊底部件在工廠預制，然后運送到現場進行焊接組裝。先施工由11 塊設2 個吊鉤的的弧形封板和主底板構成的底板，底板外邊緣距套箱和護筒壁10 cm，采用現場組焊。底板制作完后，采用平板拖車和25 t 汽車吊運送到河邊，用船浮運至橋墩位置后通過浮吊組裝各部件。步驟：先將2I36 底橫梁端部直接焊接在鋼套箱內壁上（底橫梁標高以適合組拼下承系統操作的位置為準），然后在2I36 上安裝I20（二者交角90），再在I20 上組裝10 mm 厚鋼底板（鋼底板與I20 間點焊連結），最后在底板上縱橫向設[8 肋并以點焊形式連接（縱橫間距為6060 cm）；在鋼護筒上安裝2I45，然后在2I45 上安裝2I36（二者交角90），2I45 與2I36 間采用點焊連接；在上、下承系統安裝完成后，兩系統間采用32 mm 精扎螺紋鋼連接，為了施工后拆除精扎螺紋鋼，將50 mm 無縫套設在鋼管在精扎螺紋鋼外側。鋼吊底完成組裝后，選取4 個位置安裝豎向標志桿，準備進行施工監測。然后割掉套箱內壁與底橫梁的連接，通過倒鏈和精扎螺紋鋼懸吊吊底于2I45 上承系統的下面，然后利用精扎螺紋鋼進行鋼吊底下沉施工，保證各區域同步同時下沉，再沿套箱內壁利用倒鏈進行封板下沉，滿足規定要求后，將精扎螺紋鋼吊帶鎖緊，拆除倒鏈。

表1 有底鋼套箱圍堰施工主要機具設備

（4）鋼套箱下部封堵。鋼套箱施工到規定位置后，對鋼套箱、鋼吊底、鋼護筒的縫隙進行封堵。封堵材料采用灰頤中砂=1頤3 的干砂灰，由潛水員水下施工。

（5）施工水下封底混凝土。先設置4 個導管架，將導管架點焊固定在鋼吊底的上承系統上，然后用浮吊懸吊儲料斗，泵送混凝土至儲料斗進行水下混凝土灌注，灌注前，在套箱內壁及鉆孔護筒外壁用紅油漆標出承臺底以上6 m 的標高，灌注過程中，用側繩連續對導管輻射區內的混凝土進行施工標高檢驗，水下封底混凝土灌注嚴禁超高。水下封底混凝土必須連續一次完成灌注，確保混凝土灌注過程的連續性，應控制混凝土坍落度在1822 cm 范圍內，整個混凝土作業時間控制在1014 h 以內。混凝土灌注施工結束前，在施工現場取35 組同體養護的混凝土試件并放入套箱內水中同步養生。

（6）配重及抽水。在水下封底灌注混凝土強度達到80豫后才能進行雙壁套箱內配重，保證套箱自重+配重1+封底混凝土自重+鋼吊底下承系統自重-有底套箱的浮力|約套箱內壁、鋼護筒外壁對混凝土的粘結力，套箱自重+配重2+封底混凝土自重+鋼吊底下承系統自重+承臺自重-有底套箱的浮力|約套箱內壁、鋼護筒外壁對混凝土的粘結力；施工中可根據計算隨時調整配重1 和配重2，配重可根據需要選擇石英砂或水。通過調整配重，滿足體系平衡的條件下，套箱內采用大功率水泵進行抽水。抽水施工完成后，立即用浮吊拆除上承系統和鋼護筒工程的施工，然后鑿除多余樁頭。

（7）經濟效益分析。陶樂黃河公路特大橋39#墩圍堰采用有底鋼套箱圍堰增設的鋼吊底部分所需的型鋼和鋼板等材料共計48.3 t，扣除可拆除二次利用的精扎螺紋鋼和無縫鋼管4.5 t，實際一次性消耗鋼材43.8 t,且所用鋼材均選用拆除其他墩位鉆孔平臺、鋼護筒的已利用材料，如按廢舊鋼材單價1200 元/t 計算，鋼吊底材料費52 560 元；需用的人工及機械費40 000 元。如采用普通雙壁鋼套箱圍堰需增加的二次加設鋼套箱的鋼材為68 t，且所用鋼材均需新購，如按市場價4500 元/t 計算，加設鋼套箱的材料費為306 000 元；需用的人工及機械費68 000 元；著床側清床費用約12 000 元。采用有底鋼套箱圍堰可減少1 m厚C25 封底混凝土320 m3，如水下混凝土的單價按380 元/m3計算，可節約費用12 160 元。綜上計算得出，采用有底鋼套箱與普通雙壁鋼套箱圍堰相比可節省費用305 600 元。采用有底鋼套箱比增設普通雙壁鋼套箱圍堰可縮短工期2 個月。

圖1 有底鋼套箱鋼吊底承重系統布置

圖2 有底鋼套箱鋼吊底板分塊示意

4 結語

陶樂黃河公路特大橋39#墩圍堰采用有底鋼套箱，與采用普通雙壁鋼套箱圍堰相比，大大縮短了鋼套箱圍堰的施工周期，保證了工程質量和施工安全。實踐證明，這種施工方法具有工期短、工藝簡單、質量優、效益佳等優點，可供類似工程參考。