水中承臺鋼吊箱圍堰施工總結

劉瓊福

(福建省交通工程監理咨詢公司)

1 工程概況

1.1 工程簡介

泉廈高速公路擴建工程A2 合同段沉州特大橋主橋新老橋采用分離設計，引橋新老橋采用梁片拼接的設計方案。全長3 087 m，其中主橋長500 m，上部構造為連續T 梁(引橋)及現澆變截面箱梁(主橋);主橋橋型布置為:50 +5 ×80+50 m 變截面連續箱梁。下部構造為樁基礎墩柱，主橋下部墩柱為直徑4 m 鋼筋混凝土實心墩，基礎為6 根直徑2 m鉆孔群樁。

其中64～67 號墩為樁基承臺在水中，各個承臺具體尺寸和高程分別如下:

序號 墩號 承臺尺寸 頂高程 底高程 河床高程1 65 左13.4×8.4×3.5 +0.500－3.000－4.500 2 65 右 13.4×8.4×3.5 +0.500－3.000－4.500 3 66 左 13.4×8.4×3.5 +0.500－3.000－7.500 4 66 右 13.4×8.4×3.5 +0.500－3.000－7.500 5 67 左 13.4×8.4×3.5 +1.500－2.000－2.500 6 67 右13.4×8.4×3.5 +0.500－3.000－4.000

1.2 工程水文情況

泉州大橋(沉洲特大橋上游500 處)水位站1955～2003年實測水位資料統計分析數據:

最高洪水位:6.81 m(1961年9月13日);

最高潮位:4.71 m(2001年10月18日);

最低潮位:－2.23 m(2003年12月25日);

平均高潮位:2.89 m;

平均低潮位:－1.16 m;

最大潮差:6.22 m(2003年11月25日);

最小潮差:0.91 m(1973年2月27日);

平均潮差:4.05 m;

平均漲潮歷時:4 h 42 min;

平均落潮歷時:7 h 58 min;

50年一遇最高水位:4.84 m;

50年一遇低潮水位:－1.91 m。

1.3 .工程地質情況

晉江流域屬于現代河流階地或沖海積區，地形較平緩，沖海積層較厚，且多見軟土分布，弱、微風化基巖埋藏較深。地表上覆第四系全新統長樂組海陸交互相沉積層(Q4cmc)，下部為殘積層(Qe1);下伏基巖為燕山早期侵入花崗巖(γ52)及其風化層。

污水河河床面為淤泥，深4 m 左右;下伏砂，深3 m 左右;砂層以下粘土層，深15 m 左右;粘土層下為基巖。

根據設計提供的資料參數、現場實地調查情況和現在物資材料等，綜合衡量后，初擬用鋼吊箱圍堰的施工方案。

2 擬用施工方案的確定

根據現場的調查、插打、摸底后，確定擬采用鋼吊箱圍堰的施工方案。

2.1 棧橋平臺設計

棧橋平臺采用φ530 鋼管插打。

施工平臺沿承臺外側的鋼管樁主要是用來承載鋼吊箱自重的臨時承托系統，承臺左側的施工平臺是用來吊裝吊箱底模及各向模板之用。

平臺頂高程+5.65 m，下放套箱時的承重架底面標高取為+3.5 m。

2.2 鋼吊箱參數確定

因承臺設計底高程各不相同，所以吊箱高度也有所不同，根據設計圖紙，除67 號墩左幅承臺底高程為－2.00 m外，其余各個墩位承臺底高程均為－3.00 m，則相應的吊箱規格如下:

(1)吊箱頂高程確定

吊箱設計容許在大潮到來時箱體內注水平衡，頂面高程取+3.5 m;

(2)吊箱底高程確定

設計底高程為－2.00 m 時，經驗預估封底厚度為1.2 m，則吊箱底高程為:－2.00－1.2 =－3.2 m

設計底高程為－3.00 m 時，經驗預估封底厚度為1.2 m，則吊箱底高程為:－3.00－1.2 =－4.2 m

(3)吊箱高度的確定

設計底高程為－2.00 m 時，吊箱高度為:3.5－(－3.2)=6.7 m，取7 m。

設計底高程為－3.00 m 時，吊箱高度為:3.5－(－4.2)=7.7 m，取8 m。

(4)鋼吊箱平面尺寸的確定

鋼吊箱設計直接做為承臺模板，因此其鋼結構內壁尺寸為13.5 ×8.5 m，略大于承臺設計尺寸，即比承臺尺寸每邊放大5 cm。

2.3 鋼吊箱設計工況及施工工藝流程

(1)鋼吊箱設計工況

鋼吊箱設計極端工況有兩個:

①最高潮水位時基坑封底、抽水完畢，計算工況為最大浮力檢算;

②最低潮位時承臺混凝土澆注完畢，計算工況為最大承載能力。

為最大限度避免水下作業工序、確保吊箱安全等角度考慮，在封底全部結束前在平均低潮位以上1 m 位置設置減壓孔，以避免對封底混凝土施工產生不利影響。

在封底完成后以3.5 m 高程作為施工使用高程，容許在出現大潮時對吊箱內采取注水平衡的措施，以降低施工風險。

封底混凝土厚度的確定。

①封底混凝土必須有足夠抵抗封底混凝土及圍堰整個被浮起的能力。混凝土底面在受到內外水頭壓力差的作用下，鋼吊箱圍堰和封底混凝土之間的粘結作用不至被靜水壓力破壞。

②在鋼吊箱圍堰整體能穩定時，封底混凝土必須在抵抗向上的水壓力及其它荷載時能正常工作，不至于產生向上撓曲和折裂使圍堰穿孔。

通過設計驗算確定封底混凝土厚為1.2 m。

通過對鋼吊箱的底模、側模、內支撐系統分別建立:在未澆注混凝土時，最大潮水位鋼吊箱內外水頭差壓力的極端工況設計驗算模型;和澆注混凝土過程中或混凝土未終凝的情況下，最低潮水位鋼吊箱內外水頭差和混凝土向外壓力的極端工況設計驗算模型。

利用Midas 軟件進行結構設計和結構承載力驗算，保證拼接后鋼吊箱的承載力和剛度滿足施工規范要求。

(2)鋼吊箱施工流程及各流程施工控制要點。

①在高程3 m 處焊接臨時牛腿，拼接底模。

首先在鋼護筒定測量高程，將臨時承托底模用的牛腿焊接成型，數量按照每個鋼護筒四個控制，完成后將底模(樁基位置底模開口比鋼護筒直徑大10 cm，有利后序密封圈封堵。)拖運到墩位處安裝就位，并焊接吊掛系統，以進行下一步施工準備。

②在護筒頂拼裝懸吊架，安裝吊桿

將底模吊掛承托井架在鋼護筒頂部安裝就位并將吊掛用構件安裝完畢。

③拼側模，安裝內支撐墊板。

安裝側模:在底模上放好側模的位置，側模安裝順序從角點開始，先安裝橫橋向側模，再安裝與之相連角點處的側模以構成一個穩定結構。后按同樣順序對稱安裝另一角點的側模。安裝完畢，仔細檢查連接的可靠性及安裝精度。

④下放吊箱至設計高程，焊接安裝對口內支撐，斜撐暫不安裝。

承臺鋼吊箱下沉:必須由統一指揮人員進行指揮，所有手拉葫蘆同時松動均勻下沉，嚴格控制傾斜、扭轉、偏移。鋼吊箱下沉后，檢查各處標高，保證吊箱底面、頂面的水平及鋼吊箱垂直度。鋼吊箱底面下沉至設計標高后，精確調整鋼吊箱平面位置和底面標高，使其各項指標符合設計和規范精度要求后，對鋼吊箱進行定位，保證鋼吊箱不會前后左右移動和上下浮動。

⑤潛水員下放密封圈，低潮位時在0 m 高程位置開設減壓孔

⑥澆注第一層0.8 m 厚封底混凝土，焊接高度50 cm 聯結鋼板將底模吊點與護筒聯結成整體。

承臺封底混凝土澆注:封底混凝土是保證套箱穩定和承臺澆注質量的重要臨時結構，一次澆筑完成。采用垂直導管法灌注封底混凝土，在樁基與樁基正中間布置澆筑點。接頭處用橡膠圈密封防水。導管使用前先進行試拼，試壓。

封底混凝土的坍落度控制在18～22 cm，初凝時間不少于10 h，采用5～25 mm 碎石，其和易性等必須達到施工工藝要求。混凝土供應速度不小于40 m3/h，邊澆筑時邊進行觀測，嚴格控制各澆筑點達到澆筑標高。注意保持鋼吊箱內、外水頭基本一致，減少因吊箱內壁水頭升高對底板增加的荷重和對側模增加內壓力。

要求必須等封底混凝土強度達到后才能抽干水進行施工，且抽水過程中分階段進行，注意對側橫加第二道內支撐，避免因內外過壓力過大造成側橫變形。

⑦澆注第二層0.4 m 厚封底混凝土

注意對每個護筒周邊的四個支撐桿進行兩面焊接，焊縫長度不小于50 cm，且焊縫厚度大于8 mm。焊接完成后，清洗封底層，澆注第二層封底混凝土。

⑧拆除頂部吊架系統，封閉減壓孔。

要求必須等封底混凝土強度達到后，才能拆除吊架系統。

⑨拆除第二道內撐，割除多余護筒，焊接第一道斜撐，鑿除樁頭，清理基底。

⑩綁扎承臺、墩柱鋼筋，澆注承臺混凝土。

?施工完墩柱后拆除吊箱側模。

［1］泉廈擴建工程A2 合同段施工設計圖紙.

［2］公路橋涵施工技術規范.

［3］鋼結構設計手冊.

［4］晉江水文調查資料.

［5］現場實際調查資料.

［6］Midas 結構驗算軟件.