厚砂層地區水下無底鋼套箱圍堰施工技術

董錦丹

（福建衍豪建設有限公司， 福建 龍巖 364000）

0 前言

隨著中國基礎設施建設不斷拓寬，橋梁工程得到了飛速的發展，水中承臺的施工成為橋梁建設過程中難度較大的一部分，其施工質量的好壞關系著橋梁整體的施工質量，是施工過程中重點監控和管理的環節。

本文以平潭綜合實驗區萬北路竹嶼湖大橋工程水中承臺（長24米，寬6米，高2.5米）施工為例，全面闡述水下無底鋼套箱圍堰施工技術。承臺全部位于水下，河床底為深厚砂層，最厚可達15.7m，為提高水下無底鋼套箱在施工時鋼套箱的穩定性和承臺施工質量，根據工程水文地質情況進行綜合分析，提出了在厚砂層地區進行水下無底鋼套箱施工的方式，過程中總結了水下無底鋼套箱圍堰施工技術，并經過工程實踐應用，編制形成了厚砂層地區水下無底鋼套箱圍堰施工技術。

1 特點

本技術涉及的材料和設備簡單，不需要大型浮吊，對起吊設備要求低。同種類型的鋼套箱模板可重復利用，提高材料周轉效率，降低施工成本。利用鋼平臺和吊掛系統輔助鋼套箱下沉，并利用鋼管樁加固鋼套箱，施工工序簡單，可以有效減少工期。 采用無底鋼套箱圍堰進行水中承臺施工，具有較強的結構體系，套箱內進行承臺作業施工安全性高，施工風險低。

2 適用范圍

本技術適用于河底砂層較厚，地基穩定性較差、水深較淺、工程力學性質較差地質的水中承臺施工。

3 工藝原理

水下無底鋼套箱圍堰是一種無底結構，主要由側板、吊掛系統、支撐系統以及定位系統等組成。鋼套箱利用拼裝平臺拼裝成型后，利用吊掛系統將鋼套箱下沉定位，最終使側面壁板直接插入河床。防止套箱發生移位，在鋼套箱外圍每隔3m插打一根加固鋼管樁。工藝原理圖如圖4.1所示：

圖4 .1 無底鋼套箱圍堰原理圖

4 施工工藝流程及操作要點

4.1 工藝流程

水下無底鋼套箱圍堰施工工藝流程見圖4.1

4.2 操作要點

4.2.1 無底鋼套箱的設計

鋼套箱的設計需結合承臺的平面尺寸、標高、水文地質條件及現場安裝條件進行。根據現場實際的施工情況及經濟性確定單壁或雙壁以及其他的相關鋼套箱系統參數，本工程采用單壁。

4.2.1.1 鋼套箱壁板及加勁肋、支撐系統技術參數的選擇

設計時需要建立不同階段的最不利工況作為相關技術參數的計算依據，分別進行受力參數計算，最終選擇壁板、肋、支撐系統等。

4.2.1.2 封底混凝土選擇

無底鋼套箱封底混凝土的選擇原則是：當鋼套箱插入土層封底抽水后，封底混凝土的自重和混凝土對鋼樁柱產生的摩擦力能夠抵抗最高水位時對封底混凝土產生的浮力。

4.2.1.3 主要驗算項目

鋼套箱設計過程中需對側壁模板、內圍囹及支撐、封底混凝土、鋼套箱抗浮、下沉系統等進行驗算。

4.2.2 承臺范圍內湖底平整

為了更好的套箱下沉以及水下砼封底。在開工前，在比承臺各邊各擴大3米的范圍內進行采砂船清砂進行整平，高程控制在比承臺底低0.6米。

圖4 .1 水下無底鋼套箱圍堰施工工藝流程圖

4.2.3 打設下沉鋼管立柱

在承臺范圍內樁基鋼護筒內打設下沉鋼管立柱，鋼管柱比水面高出的高度要綜合考慮拼裝鋼套箱和牛腿等高度，便于留有充足的下沉空間。在鋼管柱頂上加分配橫梁，并加上液壓千斤頂以作為鋼套箱下沉的吊掛系統。

圖4 .2.3 打設下沉鋼管立柱

4.2.4 搭設鋼套箱拼裝平臺

在樁基鋼護筒沿承臺四周分別布置拼裝平臺牛腿（采用I20工字鋼），在牛腿上布設3根[20槽鋼作為拼裝平臺，在鋼護筒頂布設[20槽鋼作為套箱下沉內定位。布置示意圖如下：

圖4 .2.4鋼套箱平臺布置圖

4.2.5 鋼套箱拼裝

在拼裝平臺上進行鋼套箱的分塊拼裝。先將第一塊面板吊放在平臺上，將其支撐牢固，并保持垂直狀態，然后將第二塊面板吊放在平臺上，與第一塊面板連接，保證鋼套箱模板之間拼縫嚴密，兩塊模板之間墊上海綿橡膠條，保證兩塊模板之間嚴密不會漏水。在兩塊模板之間調整好位置后安裝螺栓，并做好支撐，螺栓必須擰緊，防止接縫滲水。套箱應安裝一塊固定一塊，防止在涌潮作用下套箱偏位，安裝超過 2/3 套箱數量后應及時進行校正，避免套箱合攏困難。用同樣的方法依次將剩余的面板吊放在平臺上，使其組成整圈的鋼套箱。鋼套箱拼裝后，進行套箱內支撐系統的安裝。

4.2.6 鋼套箱水密試驗

鋼套箱每個分塊拼裝完成后，應進行煤油滲透試驗。試驗檢查不合格的部位應進行補焊，合格后才能進入拼裝。鋼套箱壁板所有焊縫必須進行煤油滲透試驗，保證套箱壁板整體密水性能。

4.2.7 安裝吊掛系統

（1）利用承臺范圍內外的鋼護筒作為定位樁即錨定系統，是鋼套箱順著定位鋼護筒就位和下沉。

圖5 .2.6 鋼套箱分塊組裝

（2）通過焊接在鋼管立柱頂上的工字鋼作為起吊分配梁，再由液壓千斤頂承擔套箱起吊安裝時的自重，起重吊點用Φ28圓鋼做成半環狀（半圓狀）焊接在主肋上。安裝時先起吊起20cm，將鋼套箱臨時吊掛于千斤頂上，拆除臨時拼裝平臺，由起吊千斤頂組將鋼套箱緩緩下沉就位。

圖4.2.7 安裝吊掛系統

4.2.8 下沉及定位

4.2.8.1 鋼套箱下沉

當完成鋼套箱的拼裝后，拆除臨時拼裝平臺，并繼續下放拼裝完全的鋼套箱。利用液壓千斤頂緩慢放下鋼套箱，并且在下放的過程中一定要定期測量平面位置，發現偏差應及時進行糾偏，用千斤頂往相反的方向頂推或者利用在偏高的位置加壓沙袋實現糾偏。

4.2.8.2 鋼套箱下沉時的糾偏措施

鋼套箱下沉過程中，要采用多次測量和系統比較的方法確定鋼套箱的下沉情況，求得各軸線偏移、底中心偏移、刃腳高程、傾斜等鋼套箱觀測資料，指導鋼套箱接高下沉和糾偏的實施。

常用的糾偏方法有三種：

1）圍堰內偏挖。在刃腳較高一側多挖土，在圍堰下沉的同時把傾斜糾正過來。

2）偏心壓重。在圍堰頂面較高的一側壓重，可利用鋼軌進行懸吊壓重，以糾正其傾斜。

3）堰外挖土或填土。在圍堰較高的一側挖土，以減小摩擦力；在低的一側填土增加其摩擦力，通過多次調整，使圍堰恢復到設計位置。

4.2.9 鋼套箱就位

當鋼套箱下沉到設計底標高后，并確保鋼套箱下沉到位后的深度低于承臺底部距離符合設計要求，并切入砂層。在鋼套箱下沉過程中可以采用DZ60型振動錘輔助下沉。鋼套箱落底的允許偏差應滿足設計要求。

圖4 .2.9 鋼套箱下放就位

4.2.10 施工加固鋼管

鋼套箱下沉到位及糾偏實施后，為防止變形移位及后期施工承臺時發生爆模等現象，緊貼外橫肋每間隔3m位置施打一根鋼管作為套箱加固之用。

圖4 .2.10 施打加固鋼管

4.2.11 水下混凝土封底

封底前，在鋼套箱外壁四周用粘土裝袋回填2-3層即1m左右。采用水下導管法施工。導管檢測要求同水下灌注樁導管檢測法一致。

鋼套箱封底是鋼套箱施工的一個關鍵環節，封底質量的好壞直接關系到圍堰施工的成功與否，為了確保封底的成功，在施工中采取了如下措施：

（1）封底順序為從下游到上游依次進行；

（2）確保首批混凝土灌注能夠埋住導管一定的深度；

（3）封底混凝土采用泵送，坍落度控制為20～22cm，確保了混凝土的質量和供應量。

（4）在混凝土的灌注過程中，隨時測量導管底口附近的混凝土頂面高程,確保了混凝土的埋深滿足要求。

圖4 .2.11 水下混凝土封底

4.2.12 鋼套箱抽水及內支撐安裝

當鋼套箱內的封底混凝土強度達到設計強度后，即進行抽水施工。在進行抽水時，應設置專人進行鋼套箱模板的變形情況進行觀察。

抽水前應進行內支撐安裝，內支撐要略高于承臺頂50cm左右，盡量避開承臺位置。

圖4 .2.12 抽水及支撐布設

4.2.13 拆除鋼套箱

在橋墩澆筑出水面后，并且承臺混凝土養護完成后，對鋼套箱進行拆除和回收。根據吊機所能承受的起吊重量，可采用分段切割后整體吊出或分塊切割解體起吊拆除。

圖4 .2.14 鋼套箱拆除

5 工程評價

本工程采用無底鋼套箱施工方法，保證了施工的正常進行，提高工程的施工效率，加快工程施工進度，具有良好的經濟性和適用性，推廣應用前景廣闊。