5無底鋼套箱圍堰施工工藝工法全解

1、無底鋼套箱圍堰施工工藝（QB/ZTYJGYGF-QL-0205-2011）橋梁工程有限公司 廖文華 劉濤1 前言1.1 工藝工法概況橋梁深水基礎(chǔ)的施工，施工技術(shù)各有差異，且各具特色。無底鋼套箱在深水低承臺樁基礎(chǔ)的施工中，得到了廣泛的應(yīng)用。1.2 工藝原理無底鋼套箱相對有底鋼套箱而言，去掉了底板系統(tǒng)，鋼套箱側(cè)面壁板直接插入河床，并通過吸泥下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，澆筑封底混凝土后，使嵌入河床的鋼套箱與河床、共同組成封閉的臨時(shí)隔水結(jié)構(gòu)。2 工藝工法特點(diǎn)2.1無底鋼套箱一般用于低樁承臺施工，此時(shí)水中鉆孔樁施工已經(jīng)完成，可利用鉆孔工作平臺及鋼護(hù)筒為無底鋼套箱施工提供作業(yè)平臺。2.2其結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡單，下沉施工干擾小

2、，封底混凝土直接與河床接觸，套箱豎向受力小，壁板重復(fù)利用率高。2.3無底鋼套箱下沉定位難度大，封底混凝土易漏失，數(shù)量不確定，套箱圍堰需著床，對河床表面的地質(zhì)情況及大面平整要求較高。3 適用范圍無底鋼套箱適用于水深10m以內(nèi)，河床易清淤吸泥，河床覆蓋軟弱層較薄的低樁承臺的施工。4 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（TB 10002.5）鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)（TB 10415）鐵路橋涵施工規(guī)范（TB 10203）鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范（TB 10002.1）公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTG/T F50）公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)（JTGF80-1）鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50017）5 施工方

3、法無底鋼套箱與有底鋼套箱的施工方法基本相同，包括墩位組拼和場外組拼兩種。不同的是套箱定位后，由大型起吊設(shè)備配合下沉套箱至床上，并通過高壓水破土，吸泥機(jī)吸泥，使套箱下沉至河床中的設(shè)計(jì)標(biāo)高，施工封底混凝土，套箱內(nèi)抽水機(jī)及內(nèi)支撐安裝，施工承臺混凝土。6 工藝流程及操作要點(diǎn)6.1 施工工藝流程具體施工工藝流程見圖1。套箱加工質(zhì)量檢查、試拼準(zhǔn)備起吊設(shè)備套箱吊裝就位清基、吸泥下沉套箱下沉就位圍堰堵漏圍堰內(nèi)基地找平灌注封底混凝土抽水、查堵漏洞、內(nèi)支撐安裝清理基坑、承臺施工圖1 無底鋼套箱圍堰施工工藝流程圖6.2 操作要點(diǎn) 無底鋼套箱的設(shè)計(jì)無底鋼套箱圍堰與有底鋼套箱區(qū)別是無底鋼套箱底部直接落在河床上。無底鋼套

4、箱主要結(jié)構(gòu)由壁板、外圈梁、內(nèi)支撐、導(dǎo)向架組成。根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸、水深及經(jīng)濟(jì)性確定單壁或雙壁。1 水文地質(zhì)技術(shù)參數(shù)的選擇水深4m以上，河床為硬土、卵石層或軟質(zhì)巖層采用鋼（管）板樁圍堰；河灘淺基開挖不穩(wěn)定土壤，或在既有線旁開挖橋涵基坑，采用鋼筋混凝土圍堰；在水深56m以上深水基礎(chǔ)時(shí)，采用雙壁鋼圍堰。2 鋼套箱壁板及加勁肋、支撐系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)的選擇設(shè)計(jì)時(shí)按照抽水作平臺時(shí)最不利工況計(jì)算，分別進(jìn)行受理參數(shù)計(jì)算，最終選擇壁板、加勁肋、支撐系統(tǒng)等；圍堰考慮在墩位拼裝，受起吊限制，考慮分節(jié)分塊拼裝。3 錨固定位系統(tǒng)的選擇一般單壁鋼套箱施工時(shí)，鉆孔樁鋼管平臺均為固定式，因此鋼套箱的定位均依靠鋼管工作樁，錨錠較為簡單，

5、有以下兩種定位方式：1）水流流速較小時(shí)的簡易定位措施。根據(jù)水流速度，計(jì)算水流沖擊力，在鉆孔平臺每邊鋼管支撐樁上設(shè)置倒鏈葫蘆，鋼套箱邊下沉，邊用倒鏈葫蘆調(diào)整，以調(diào)整好套箱水平位置。2）水流流速較大時(shí)的定位措施。當(dāng)水流流速較大時(shí)，水面以上的水平定位可以用設(shè)置于鉆孔平臺鋼管支撐樁上的倒鏈葫蘆，對鋼套箱進(jìn)行水平糾偏。水面以下鋼套箱底部的定位則通過設(shè)置于其下部1/3處的錨纜調(diào)整。4 封底混凝土選擇無底鋼套箱封底混凝土選擇原則是當(dāng)圍堰位于施工最高水位時(shí)，圍堰抽水后封底混凝土在浮力作用下不被破壞。5 主要檢算項(xiàng)目及方法1）無底鋼套箱板入土深度確定及驗(yàn)算無底鋼套箱壁板為單壁結(jié)構(gòu)剛度較小，靠自身入土較為困難，而

6、且入土過程要確保均勻下沉，保證平面高差不超過20cm。圍堰入土一般均要求圍堰穿過覆蓋層，切入河床巖層。圍堰入土深度的計(jì)算原理是圍堰加重大于圍堰板壁覆蓋層間摩阻力。實(shí)際施工時(shí)入土主要靠在套箱外部采用長臂挖掘機(jī)進(jìn)行挖砂，套箱內(nèi)采用抓斗進(jìn)行水下?lián)粕?，再配合高壓水泵沖砂入土下沉。入土深度計(jì)算：取決于圍堰下沉力與摩阻力比值。圍堰下沉系數(shù)R：2）封底混凝土驗(yàn)算。荷載取值：式中： 水的容重；計(jì)算水深；混凝土容重；封底混凝土厚度。封底混凝土計(jì)算可取1單元（寬取1m，高度去封底混凝土的計(jì)算厚度）計(jì)算，將該單元混凝土按連續(xù)梁模式用有限元分析方法得出封底混凝土最大彎矩M。根據(jù)彎矩驗(yàn)算封底混凝土拉、剪應(yīng)力應(yīng)符合要求。

7、拉應(yīng)力驗(yàn)算：式中： M封底混凝土容許彎矩；封底混凝土容許拉應(yīng)力；封底混凝土計(jì)算彎矩。剪應(yīng)力驗(yàn)算：式中：封底混凝土剪力；封底混凝土剪切面積；容許剪應(yīng)力；3）鋼套箱抗浮計(jì)算。計(jì)算抗浮穩(wěn)定性應(yīng)考慮在計(jì)算最高水位條件下的浮力。式中：G鋼套箱自重、內(nèi)支撐自重、封底混凝土中、封底混凝土與鋼護(hù)筒握裹力（握裹系數(shù)取10t/）；F鋼套箱所受浮力；K安全系數(shù)，取1.11.2。浮力計(jì)算時(shí)應(yīng)注意：（1）浮力計(jì)算若扣除鋼護(hù)筒排開水的體積產(chǎn)生的浮力，這時(shí)G不計(jì)算樁重和鋼護(hù)筒重，只計(jì)算封底混凝土與鋼護(hù)筒握裹力。（2）若封底混凝土按安全面積計(jì)算，G算入，但不計(jì)算封底混凝土與鋼護(hù)筒握裹力。但應(yīng)對握裹力、樁重和鋼護(hù)筒重進(jìn)行比較，

8、取最小值。4）錨錠系統(tǒng)驗(yàn)算。錨錠按水流力、風(fēng)力的最不利組合確定定向所需錨錠力。6.2.2 鋼套箱加工1 鋼套箱壁板加工制造按照設(shè)計(jì)圖紙?jiān)诩庸黾庸こ煞謮K，并進(jìn)行編號。加工精度要求：根據(jù)套箱結(jié)構(gòu)的受力要求，保證每層水平肋板在同一高程很關(guān)鍵，加工時(shí)其偏差不得大于2mm，保證在拼裝階段能夠順利對接。每個壁板塊段加工完成后均單獨(dú)進(jìn)行檢驗(yàn)，其加工精度要求如下：表1 壁板加工精度序號項(xiàng)目允許偏差1寬度方向尺寸±15 mm2壁板厚度±2 mm3外形對角線±20 mm4高度方向0，-30 mm2 鋼套箱內(nèi)支撐系統(tǒng)加工制造根據(jù)現(xiàn)場的吊裝能力，對內(nèi)支撐進(jìn)行分塊；按照設(shè)計(jì)圖紙?jiān)诩庸黾?/p>

9、工成分塊，并進(jìn)行編號。加工精度：根據(jù)內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)的受力要求，保證塊之間頂、底層內(nèi)支撐鋼管在同一高度很關(guān)鍵，加工時(shí)其偏差不得大于2 mm，保證在拼裝階段能夠順利對接。每個內(nèi)支撐塊段加工完成后均單獨(dú)進(jìn)行檢驗(yàn)，其加工精度要求如下：表2 內(nèi)支撐加工精度序號項(xiàng)目允許偏差1平面長寬尺寸±20 mm2高度方向尺寸±5 mm 3 鋼套箱整體吊裝、分節(jié)吊裝鋼套箱整體吊裝：當(dāng)鋼套箱平面尺寸較小，重量較輕時(shí)?？梢圆捎酶〉趸蚶|索吊整體起吊。在岸邊組拼鋼套箱，氣囊頂升后牽引下水，或在岸邊滑道上拼裝鋼套箱，拼裝完畢，借助滑移設(shè)備滑移入水。用推輪將鋼套箱推至浮吊作業(yè)區(qū)，然后用浮吊或纜索吊起吊鋼套箱下沉就位

10、。鋼套箱分節(jié)吊裝：當(dāng)鋼套箱整體重量較重，高度較高時(shí)，可以在岸上分節(jié)組拼，然后采用浮吊或纜索吊分節(jié)吊裝。4 鋼套箱墩位處分塊組拼利用現(xiàn)有墩位鉆孔平臺作為拼裝鋼套箱時(shí)的支撐。在墩位平臺上拼裝鋼套箱，接高鉆孔灌注樁鋼護(hù)筒，在其頂面設(shè)起吊分配梁，再由起吊系統(tǒng)滑車組起吊鋼套箱。并將鋼套箱臨時(shí)吊掛于鋼護(hù)筒支撐牛腿上。拆除墩位平臺，解除臨時(shí)吊掛，由起吊滑車組將鋼套箱緩緩下沉就位。然后轉(zhuǎn)換吊點(diǎn)，由多根吊桿將鋼套箱吊掛于鋼護(hù)筒支撐鋼牛腿上。5 鋼套箱水密試驗(yàn)鋼套箱每個分塊加工完成后，應(yīng)進(jìn)行煤油滲透試驗(yàn)。即用刷子在焊縫兩側(cè)刷上石灰水，待其干后在圍堰內(nèi)側(cè)焊縫刷上煤油，等3060min后察看圍堰外側(cè)是否有煤油痕跡。試

11、驗(yàn)檢查不合格的部位應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)焊并報(bào)告監(jiān)理工程師，補(bǔ)焊后還須進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，合格后才能進(jìn)入。鋼套箱壁板在現(xiàn)場拼裝完成為整體后，對現(xiàn)場拼裝焊縫同樣要求進(jìn)行煤油滲透試驗(yàn)，保證套箱壁板整體密水性能。6.2.3 鋼套箱的測量放線用全站儀或經(jīng)緯儀在平臺上將該墩的縱橫軸線放出，并標(biāo)示于作業(yè)平臺上。在鋼套箱的外壁板上標(biāo)示出鋼套箱的中心線，下放過程中，嚴(yán)格控制壁板中心與平臺上標(biāo)示的縱橫軸線對齊。6.2.4 鋼套箱下沉1 鋼套箱下沉根據(jù)地質(zhì)資料及實(shí)測情況，探明淤泥的厚度。為減少圍堰著床后的吸泥工作量，在圍堰著床前可以先用挖泥船清淤，待無底鋼套箱著床后，再用高壓水管和吸泥機(jī)出土下沉。無底鋼套箱河床以下部分除土下沉的主要設(shè)備

12、為吸泥機(jī)和與之配套的風(fēng)壓機(jī)。當(dāng)鋼套箱圍堰精密著床后，即進(jìn)行吸泥下沉。當(dāng)水深較小時(shí)，用高壓水破土，砂石泵吸泥；當(dāng)水深較深時(shí)，用高壓水破土，2臺273空氣吸泥機(jī)吸泥(管徑及臺數(shù)根據(jù)土質(zhì)情況確定)；后期，當(dāng)刃尖進(jìn)入黏土層下沉較慢時(shí)，增加鉆吸機(jī)出土吸泥。施工中因下沉系數(shù)太小，自重下沉難的問題，可在套箱的頂部采用多臺千斤頂加載的方法助沉。直至沉入需要的河床土層及標(biāo)高。吸泥時(shí)注意要由鋼套箱的周邊往中心均勻出土，以使鋼套箱圍堰均勻下沉。2 鋼套箱下沉?xí)r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，測定節(jié)段基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)，求得各軸線偏移、底中心偏移、刃腳高程、扭角、傾斜等鋼套箱

13、觀測資料，指導(dǎo)鋼套箱接高下沉和糾偏的實(shí)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(cè)多挖土，在圍堰下沉的同時(shí)把傾斜糾正過來。2）偏心壓重。在圍堰頂面較高的一側(cè)壓重，可利用鋼軌進(jìn)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(cè)挖土，以減小摩擦力；在低的一側(cè)填土增加其摩擦力，通過多次調(diào)整，使圍堰恢復(fù)到設(shè)計(jì)位置。6.2.5 鋼套箱的定位1 水流流速較小時(shí)的簡易定位措施根據(jù)水流速度，計(jì)算水流沖擊力，在鉆孔平臺每邊鋼管支撐樁上設(shè)置倒鏈葫蘆，鋼套箱邊下沉，邊用倒鏈葫蘆調(diào)整，以調(diào)整好套箱水平位置。2 水流流速較大時(shí)的定位措施當(dāng)水流流速較大時(shí)，水面以上的水平定位可以用設(shè)置于鉆孔平臺鋼管

14、支撐樁上的倒鏈葫蘆，對鋼套箱進(jìn)行水平糾偏。水面以下鋼套箱底部的定位則通過設(shè)置于其下部1/3處的錨纜調(diào)整。6.2.6 無底鋼套箱基底處理1 無底鋼套箱河床清淤當(dāng)鋼套箱通過出土下沉至設(shè)計(jì)位置，在進(jìn)行封底混凝土前，要用高壓水管和吸泥機(jī)在鋼套箱內(nèi)側(cè)徹底清除河床沉淀下的淤泥，以免影響封底混凝土的質(zhì)量。2 鋼套箱封底混凝土施工當(dāng)河床基巖裸露，高低不平時(shí)，可對其進(jìn)行二次封底：第一次先找平，再進(jìn)行第二次澆注；封底混凝土施工采用垂直導(dǎo)管法灌注水下混凝土，一般情況下，由于封底混凝土面積較大，可以進(jìn)行分倉，分次灌注封底混凝土，詳見“2.4 有底鋼套箱施工工藝”。6.2.7 鋼套箱抽水及內(nèi)支撐安裝1 已安裝內(nèi)支撐的整

15、體吊裝、分節(jié)吊裝鋼套箱抽水對于已安裝內(nèi)支撐的整體吊裝、分節(jié)吊裝的鋼套箱，當(dāng)封底混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后。即可封閉鋼套箱上所設(shè)的連通管，進(jìn)行抽水施工。若在承臺施工中，內(nèi)支撐對其有礙，則需對內(nèi)支撐進(jìn)行置換(一般在鋼套箱設(shè)計(jì)時(shí)，內(nèi)支撐要略高于承臺頂50cm左右，盡量避開承臺位置)。2 墩位處分塊組拼的鋼套箱抽水及內(nèi)支撐安裝于墩位處分塊組拼的鋼套箱，當(dāng)封底混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，即可封閉鋼套箱上所設(shè)的連通管，進(jìn)行抽水施工。根據(jù)鋼套箱內(nèi)支撐的設(shè)計(jì)位置，可以將底層的內(nèi)支撐用鋼絲繩先下沉至封底混凝土上，并將鋼絲繩引出；然后抽水，當(dāng)抽水至第一層內(nèi)支撐時(shí)，停止抽水，安裝第一層內(nèi)支撐，接著抽水安裝第二層內(nèi)支撐，

16、直至內(nèi)支撐安裝完畢，將套箱內(nèi)水抽干，進(jìn)行承臺施工。6.2.8 鋼套箱的拆除在橋墩灌注出水面后，鋼套箱在承臺頂面50cm以上部分可拆除回收。根據(jù)浮吊或纜索吊機(jī)的起吊重量可分段切割后整體吊出或分塊切割解體起吊拆除。其具體方法是：1 拆除套箱內(nèi)、外相干的物件，鑿開吊耳眼孔，由潛水工在外壁板用潛水氧電弧切割作業(yè)來實(shí)現(xiàn)。2 當(dāng)切割完畢，由潛水工再進(jìn)行一次檢查外壁板割縫，確認(rèn)無一漏割后，再由潛水工掛好吊鉤，待潛水工及設(shè)備撤離安全地點(diǎn)后，全面進(jìn)行水域檢查，確認(rèn)無一障礙后起吊，運(yùn)至岸上。當(dāng)套箱較小時(shí)，在套箱加工時(shí)可在承臺頂面以上20cm位置處分節(jié)，此處采用螺栓連接，拆除時(shí)由潛水工擰掉螺栓即可。7 勞動力組織無

17、底鋼套箱圍堰施工人員配備見表3。表3 無底鋼套箱圍堰施工所需勞動力序號工種人數(shù)序號工種人數(shù)1技術(shù)員26電工22領(lǐng)工員27電焊工63起重工48鉗工34潛水員39船工85測量工310普工128 主要機(jī)具設(shè)備無底鋼套箱圍堰施工的順利進(jìn)行很大程度決定于施工機(jī)械的選擇，當(dāng)決定選用何種機(jī)械時(shí)，需考慮現(xiàn)場條件。主要機(jī)械設(shè)備見表4。表4 無底鋼套箱圍堰施工機(jī)具設(shè)備表序號機(jī)械及設(shè)備名稱規(guī)格及型號單位數(shù)量備注1等離子切割機(jī)LGK-8臺12電焊機(jī)臺63汽車吊16t臺14頂桿自制支45射水設(shè)備臺6交通船艘7吸泥設(shè)備臺8拋錨船艘根據(jù)實(shí)際需要選用9浮吊艘110駁船艘111拖船艘112卷揚(yáng)機(jī)、滑車組數(shù)量根據(jù)需要確定13千斤

18、頂臺數(shù)量根據(jù)需要確定9 質(zhì)量控制9.1 易出現(xiàn)的質(zhì)量問題 在加工拼裝過程中，焊縫質(zhì)量不合格； 鋼套箱下沉過程中，偏離設(shè)計(jì)值。9.2 保證措施 焊縫檢驗(yàn)措施1 外觀檢驗(yàn)。所有焊縫均應(yīng)冷卻后進(jìn)行外觀檢查，并填寫檢查記錄。所有焊縫不得有裂紋、未熔合、夾渣、未填滿及漏焊等缺陷，不得有外觀檢查不合格的焊接件，在未返修合格前不得進(jìn)入下一道工序。2 內(nèi)部質(zhì)量檢查。對鋼吊箱下方吊點(diǎn)位置的受力焊縫應(yīng)沿焊縫進(jìn)行全長超聲波探傷，質(zhì)量等級要求為I級。3 對加工件的各條焊縫要求進(jìn)行密水試驗(yàn)。 常用的糾偏方法有三種：1 圍堰內(nèi)偏挖。在刃腳較高一側(cè)多挖土，在圍堰下沉的同時(shí)把傾斜糾正過來。2 偏心壓重。在圍堰頂面較高的一側(cè)壓

19、重，可利用鋼軌進(jìn)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(cè)挖土，以減小摩擦力；在低的一側(cè)填土增加其摩擦力，通過多次調(diào)整，使圍堰恢復(fù)到設(shè)計(jì)位置。10 安全措施10.1 主要安全風(fēng)險(xiǎn)分析 現(xiàn)場大型設(shè)備操作使用過程中，出現(xiàn)安全事故； 水上作業(yè)，施工船舶作業(yè)，通航時(shí)安全事故； 在施工過程中，施工水域其他船舶通過時(shí)的安全事故。10.2 保證措施 施工現(xiàn)場內(nèi)的管理人員、特種作業(yè)人員必須持證上崗，對電工、焊工、塔吊、起重工等工人還要進(jìn)行培訓(xùn)、考核，要求持相關(guān)證件上崗。 大型浮吊、纜索吊等專用設(shè)備操作應(yīng)按安全作業(yè)規(guī)程嚴(yán)格進(jìn)行，上崗前必須經(jīng)過專門培訓(xùn)，考核合格后方可上崗。 對安全設(shè)施、設(shè)備、防護(hù)用品等要嚴(yán)格進(jìn)行檢查驗(yàn)收。 加強(qiáng)現(xiàn)場安全管理。1施工現(xiàn)場的布置須符合防火、