厚砂層地區(qū)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(fā)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(jiān)控和管理的環(huán)節(jié)。

本文以平潭綜合實驗區(qū)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(wěn)定性和承臺施工質量，根據(jù)工程水文地質情況進行綜合分析，提出了在厚砂層地區(qū)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(jīng)過工程實踐應用，編制形成了厚砂層地區(qū)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(tǒng)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(nèi)進行承臺作業(yè)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(wěn)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(tǒng)、支撐系統(tǒng)以及定位系統(tǒng)等組成。鋼套箱利用拼裝平臺拼裝成型后，利用吊掛系統(tǒng)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(fā)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(xiàn)場安裝條件進行。根據(jù)現(xiàn)場實際的施工情況及經(jīng)濟性確定單壁或雙壁以及其他的相關鋼套箱系統(tǒng)參數(shù)，本工程采用單壁。

4.2.1.1 鋼套箱壁板及加勁肋、支撐系統(tǒng)技術參數(shù)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(shù)的計算依據(jù)，分別進行受力參數(shù)計算，最終選擇壁板、肋、支撐系統(tǒng)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(chǎn)生的摩擦力能夠抵抗最高水位時對封底混凝土產(chǎn)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(nèi)圍囹及支撐、封底混凝土、鋼套箱抗浮、下沉系統(tǒng)等進行驗算。

4.2.2 承臺范圍內(nèi)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(nèi)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(nèi)樁基鋼護筒內(nèi)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(tǒng)。

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(nèi)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(tài)，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(shù)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(nèi)支撐系統(tǒng)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(tǒng)

（1）利用承臺范圍內(nèi)外的鋼護筒作為定位樁即錨定系統(tǒng)，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(huán)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(tǒng)

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(xù)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(fā)現(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)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(nèi)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(fā)生爆模等現(xiàn)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(huán)節(jié)，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(nèi)支撐安裝

當鋼套箱內(nèi)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(nèi)支撐安裝，內(nèi)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(yǎng)護完成后，對鋼套箱進行拆除和回收。根據(jù)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(jīng)濟性和適用性，推廣應用前景廣闊。