中国交通建设

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小沟岭（黑吉界）至抚松段

双壁钢套箱围堰专项施工方案

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中交路桥鹤大高速公路ZT03标段项目经理部 

双壁钢套箱施工方案

1 工程概述

钢套箱顾名思义是套在永久结构外面的临时结构，起到围堰作用。钢套箱为桥梁基础及下部构造水上施工作业中常用的一类围护结构形式，尤其适合于大河流中的深水基础，能承受较大的水压，保证基础全年施工安全度汛。特别是在一些施工条件困难或受水文、地形、地质条件而无法采用钢板桩、筑岛围堰等围护结构的条件下，钢套箱更显示出了其优越性。常用的钢套箱分单壁和双壁两种，由于单壁钢套箱刚度差，一般深水基础较少采用，实际工程中大部分情况下采用双壁钢套箱。 

钢套箱围堰是一种无底结构，下沉后底部着床或嵌入河床，然后用水下混凝土封底，排水后形成围堰。 

钢套箱平面形状可根据承台形状加工成圆形、矩形、也有其他形状。立面分层，平面分块。堰壁钢壳由有加劲肋的内外壁板和多层水平桁架所组成。堰壁底端设刃脚，以利切土下沉。在堰壁内腔，用隔舱板将其对称地分为若干个密封的隔舱，以利于下沉和排水。 

本标段内黄泥河大桥、牡丹江大桥为水中桥。其中黄泥河大桥7#墩处水深达6m；牡丹江大桥11#墩处水深达6m，故决定采用双壁钢套箱围堰施工水中墩承台。

2 技术准备

2.1 内业准备

(1)方案选择

钢套箱施工分为先桩后堰法和先堰后桩法，本项目为节省工期，决定采用先桩后堰法进行施工。

此法是先搭设钻孔平台进行钻孔桩施工，钻孔桩施工结束后，钢套箱借助钻孔平台拼装下水。接高桩基钢护筒作为钢套箱悬吊系统的承重立柱，在承重立柱上安装悬吊系统主梁（贝雷梁或型钢），主梁上安装横梁（多为型钢），横梁上安装导链或千斤顶。利用钻孔平台拼装首节钢套箱，并于套箱与钢护筒之间焊接导向架，以便克服水流冲击影响，保证下沉位置准确。然后用导链或千斤顶将首节套箱提起，拆除套箱下部的钻孔平台，下沉钢套箱入水至自浮状态，继续拼装第二节钢套箱，然后注水下沉，直至钢套箱着床。 

钢套箱着床后使用长臂挖掘机、抓斗或空气吸泥机继续下沉至设计高程，清底后在刃脚内外抛填沙袋或片石，然后对钢套箱进行封底。

（2）明确设计要求

双壁钢套箱多采用工厂加工，现场拼装的方法，为便于运输和拼装一般立面分层高度不大于3m，平面分块长度不大于5m，壁厚0.8～1.5m。节段采用高强螺栓连接，并设置橡胶止水带用于止水密封。同时分设多个横向互不通水的隔水仓，以便在下沉过程中根据施工需要分仓对称灌水。

顶部标高较施工期最大洪水位高出50～70cm，底部标高应保证封底混凝厚度要求即可，封底混凝土厚度按相关公式进行计算，本标段钢套箱封底混凝土厚度为1.5m；同时需对结构强度、刚度及稳定性进行检算，编制专项施工方案，并报监理单位审批。

（3）对全体施工人员进行技术交底和岗前技术培训。

由于双壁钢套箱施工难度大、技术要求高，且大部分为水上作业，因此必须做好技术交底及岗前培训工作。

2.2 外业准备

（1）双壁钢套箱的加工与试拼

在工厂按预定的分块制作双壁钢吊箱，编号贮存，完工后在加工场附近进行试拼，并进行焊接质量检查和水密试验。

（2）搭设拼装平台

钻孔桩施工完成后，拆除原有钻孔桩施工平台，接高桩基钢护筒作为悬吊系统的承重立柱。

（3）钢套箱起重牛腿

套箱起重牛腿设置在距套箱顶60cm处，分别对称布置在套箱面板的外壁和内壁。

图2.2-1 钢套箱悬吊系统起重牛腿示意图

3 人员组织

施工人员结合既定施工方案、机械、工期要求进行合理配置，拟投入施工的项目部主要管理人员见下表3-1；所需施工人员需求计划见表3-2 劳动力需求计划表（本表仅列出2014年需求计划）。

表3-1主要人员配置表

其中施工负责人、技术主管、工班长、技术人员、安全员等主要岗位和关键性岗位管理人员和生产作业人员必须由本企业正式职工担任，其他岗位可根据工程情况适当配备劳务工人。

起重机械、场内机械驾驶、电工、焊工、混凝土工等特殊工种作业人员必须持证上岗。

4 材料及制作要求

4.1材料要求

双壁钢套箱采用的钢材和焊接材料的品种规格、化学成分及力学性能必须符合设计和有关规范技术要求，具有完整的出厂材料合格证明。

4.2双壁钢套箱制作拼装要求

双壁钢套箱加工时必须按设计尺寸及规范规定进行加工制作，严格控制加工质量和焊接残余变形。

4.3壁钢套箱制作拼装允许误差

双壁钢套箱制作拼装允许误差如下表4.3-1。

表4.3-1 双壁钢套箱制作拼装允许误差 

主要施工机械设备包括钢套箱加工设备、沉放设备以及混凝土浇筑设备等，主要施工机具设备配置如表5-1。

表5-1主要施工机具设备配置

6.1钢套箱施工工艺流程

黄泥河大桥7#墩以及牡丹江大桥11#墩承台施工采用双壁钢套箱围堰，钻孔桩施工结束后，接高桩基钢护筒作为钢套箱悬吊系统的承重立柱，在钢平台上拼装首节钢套箱。本工程悬吊系统主梁采用321贝雷梁（每组两片间距45cm），上横梁采用4根2I56b工字钢，吊杆采用φ32精轧螺纹钢并用连接器进行接长，使用液压千斤顶下沉或锁紧钢套箱。

    图6.1-1 承台钢套箱围堰施工工艺流程图

6.2双壁钢套箱的设计

黄泥河大桥7#墩承台施工使用双壁钢套箱作为围堰，钢套箱顶面标高为432.5m，钢套箱封底砼标号为水下C20，封底厚度为1.5m，钢套箱底面标高为424.5m。

牡丹江大桥11#墩承台施工使用双壁钢套箱作为围堰，套箱顶面高程为408.5m, 钢套箱封底砼标号为水下C20，封底厚度为1.5m,套箱底面标高为403.5m。

本方案将重点针对黄泥河大桥钢套箱施工进行介绍。

钢套箱内壁尺寸为7.05m×7.05m，外壁尺寸为8.65m×8.65m，双壁间距0.8m，高8.2m；钢套箱面板厚度6mm；∠100×80×8角钢作为套箱节块间拼装边肋；双壁钢之间设8横向互不通水的隔水舱，以便在下沉过程中根据施工需要分仓灌水以保证下沉平衡；［8槽钢作为双壁间横肋， ∠75×75×6角钢作为双壁间竖肋，∠63×63×6角钢作为双壁钢间水平支撑腹杆及斜支撑腹杆；钢套箱下设1.2m高的刃脚，留20cm的切土深度。

钢套箱分三节制作，最下节高2.4m，第二节高2.8m，第三节高3m。现场拼装下沉。节段采用φ22高强螺栓连接，并设置橡胶止水带用于止水

钢套箱下沉到底部，着床后进行水下混凝土封底，然后进行排水，排水到距围堰顶标高80cm后，在围堰内侧设置2I32b围檩，用φ300mm*10mm钢管做角撑。

钢套箱结构侧立面图如图6.1-1；平面图如图6.1-2。

     图6.2-1 钢套箱侧立面图

图6.2-2双壁钢套箱平面图（尺寸单位cm）

表6.2-1黄泥河大桥单个双壁钢套箱围堰工程数量统计表

为保证钢套箱下沉时的同步稳定性及安全性，沉放系统主要采用方便同步操作的8台20t千斤顶下放（行程为30cm）。

（1）千斤顶承重梁布置

首先布置千斤顶承重梁，承重梁由主梁及扁担梁组成。主梁采用321贝雷梁，长度为9m，安装在钢护筒上部；扁担梁采用2Ⅰ56b工字钢，长度11m，安装在承重横梁上，位置与底托梁相对应，在千斤顶安放处及吊杆位置上下翼缘板用20mm钢板加强，腹板用10mm钢板加强。吊杆采用φ32精轧螺纹钢，长度为7m，上横梁及钢套箱起重牛腿上布置锚固螺母，沉放系统布置见图6.3-1

图6.3-1钢套箱沉放系统布置图

6.3.1 第一层钢套箱拼装下沉

钢套箱壁板节段按设计要求在工厂加工，节段拼焊后进行焊接质量检验及水密试验。完成后在钢平台一侧支立汽车吊吊装节段，在钢平台上分节段拼装钢吊箱。拼装时，先由测量班在底板上精确放出承台边线。先由汽车吊对称吊装钢套箱的拐角节段，由拐角节段两侧同时拼装0.8m节段（为加快施工进度，可在场地内预拼出二、三块节段再吊装到拼装平台上拼装钢套箱），每节连接处必须放置止水条，所有连接螺栓全部拧紧，保证钢套箱的密封性，第一层吊钢箱拼装完成后，安装钢套箱悬吊系统，利用吊杆将底托梁与扁担梁连接，在钢套箱内壁与桩基护筒之间安装限位装置。

6.3.2钢套箱下沉步骤

钢套箱下沉步骤：千斤顶起吊钢套箱，拆除钢套箱下部的钻孔平台，利用千斤顶循环操作下沉钢套箱入水，钢套箱自浮，拆除起吊梁，固定钢套箱在钢管桩牛腿上，拼装下沉第二层钢套箱，下沉力不足时，向舱内注水，增加钢套箱下沉自重。沉至河床时，遇到阻力，注水仍下沉力不足时，可利用长臂挖掘机、抓斗或吸泥机将钢套箱刃脚处砾石排出使钢套箱下沉到设计高程。 

在流水中施工，钢套箱下沉时会受到水平力的作用，在下沉过程中钢套箱倾斜度及平台位置要求不超过规范允许值，采用有效的导向、定位设施是必须的。钢套箱定位系统可利用钢管桩作为定位桩，安装导向横撑和滚动轴承，布置在前、后、左、右四个方向，分上下2 层，既控制了钢套箱平面位置，又能控制其倾斜度。钢套箱定位系统是在露出水面的钢管桩上对称焊接两层导向横撑，控制套箱斜度。导向横撑前端安装滚动轴承，以利下沉滑动。 

   图6.3-2钢套箱在平地上进行试拼

 钢套箱拼接时必须在连接处必须放置止水条，止水条布置为内外壁螺栓连接处各布置一条，下一层钢套箱的竖向止水条顶部预留20cm伸到上一层钢套箱连接处，所有连接螺栓必须拧紧到位，保证钢套箱的密封性。

6.4钢套箱封底

封底混凝土采用水下导管法对称灌注，混凝土在2#拌和站集中拌和。

封底混凝土厚度计算。考虑封底时水深、桩间距、套箱排水后的浮力及封底混凝土与钻孔桩之间的摩擦力等，钢套箱围堰采用1.5m厚水下C20混凝土进行封底，同时也是保证套箱内能够干燥施工的主要途径，因此，封底混凝土必须浇注成功，有效的阻止套箱外侧水流涌入。

(1)采用水下混凝土方法浇注，为使水下混凝土灌注质量达到封底要求，其和易性及流动性必须达到要求。套箱内面积为7.05*7.05m=49.7025㎡，扣除4根1.8m护筒，共计39.52m2，混凝土59.28 m3，按20 m3/h浇注速度计算，需浇注3小时，必须在混凝土中掺加缓凝剂，水下混凝土配合比缓凝时间≥3小时，防止混凝土凝固过早影响混凝土的流动，保证混凝土浇注的连续性。

(3)保证混凝土的流动面积（每根导管最大流动范围为3m）及封底质量，考虑到护筒对混凝土流动的影响，采用3根导管同时灌注水下封底混凝土，采用输送泵泵送混凝土或吊车吊运料斗，导管固定在施工平台上。灌注混凝土时，应控制混凝土下落速度，以免速度过快对导管口的混凝土造成冲击，影响质量。

(4)用测绳随时测量各点位的混凝土浇注高度及流动面积，必要时调整导管位置，移动导管位置时，必须慢速挪移，不可脱离混凝土面，造成混凝土被水冲刷离析；或直接拔除导管换到其他位置重新封底浇注。为保证浇注封底混凝土的防水效果，在浇注混凝土前先在侧板上开设洞口或浇注时安放水泵抽水，保证箱内外的水位一致，减少钢套箱内的水压力，以免影响混凝土质量。

（5）导管在工作平台上预先分段拼装，吊放时再逐渐接长，下放时保持轴线顺直。导管口下沉至底板后提升至距底板面层20～40cm，然后用倒链固定在工作平台上。浇注平台结构见图6.4-1所示。封底导管的布置要特别注意使混凝土在钢管桩周围和围堰内的流动顺畅。封底前设置5个测点进行测点标高的测定，确保封底厚度基本一致。

图6.4-1浇注平台结构示意图

（6）灌注封底混凝土时，导管底口距底板不应超过20cm，以确保导管埋深。导管使用之前，做气密性试验，合格才能投入使用。

（7）封底混凝土从两端往中间浇注，相邻导管间的水下砼灌注时应掌握好灌注时间（砼初凝前灌注）。导管在移至新位置时，应插入水下混凝土内，并用自吸泵将导管内的水抽干，再行灌注混凝土，以确保混凝土结合的良好性（根据计算首盘混凝土方量，加工大型储料斗，按水下混凝土灌注方法进行封底施工；根据现场实际情况，为方便施工，混凝土灌注采用从下游端开始依次倒移向上游前进施工）。

（8）封底砼浇筑过程中，应勤测封底砼面的标高，测锤底部加焊一块钢板（20cm×20cm×1cm），提放测锤要缓慢，以免封底砼面的水泥浆被水过多地洗走；封底砼面的最终灌注高度应比设计提高3-5cm，封底混凝土具有一定强度（混凝土试块试验）后进行下一跨施工，确保履带吊在桩顶上施工不会扰动桩周混凝土。

（9）灌注混凝土遵循“由低往高、由边往中”的原则，在工艺上要求“保证不间断供料，埋管足够，逐管压注。砼灌注过程中派专人用测锤每隔一段时间，测出砼表面标高，将原始资料记录下来，随时告诉现场值班技术员，用以指导各导管提升及下料，要求砼均匀上升，以免造成砼面高低偏差过大，同时，也避免导管埋置过浅而使导管悬空，砼浇注终结时，用测绳多方位测量深度，尽量保证砼表面平整度。

6.5钢套箱排水

在与封底混凝土同等条件下养护的混凝土试件抗压强度达到设计强度的100%后，用潜水泵对钢套箱围堰内部进行排水，每小时排水量应控制在20m3左右。边排水边注意观察钢吊箱围堰有无漏水及变形情况发生，水全部排除后查看封底混凝土有无渗漏及鼓冒现象，如发现不利情况应立即停止排水，视情况及时向围堰内部补水，然后汇报指挥部研究处理。

为预防钢套箱排水后由于外部水压过大产生向内变形，在排水过程中根据需要设置临时内支撑。内支撑采取在钢吊箱内侧焊接2I32b工字钢围檩，再在围檩上用φ300mm×10mm钢管做角撑。根据需要可将钢套箱双壁间的水排降至适当高度。

6.6拆除钢套箱悬吊系统及套箱回收

首先拆除φ32精轧螺纹钢吊杆，然后拆除护筒顶部的上横梁及主梁工字钢；最后拆除作为承重柱的桩基钢护筒。

钢套箱分上、中、下三层，上两层套箱拆除时按常规施工方法拧开左右及上下连接螺栓后即可用吊车吊起。根据现场实际情况（水位、操作难易程度、成本）决定是否拆除回收下层钢吊箱。

7 钢套箱质量控制及检验标准

7.1双壁钢套箱制作加工

（1）加强焊接作业质量控制。

焊接作业人员必须持证上岗，焊缝质量采用超声波探伤或射线法检查。

（2）钢套箱加工完毕后必须进行试拼装。

通过试拼装，达到对缺陷早发现早治理的目的，杜绝质量隐患。

（3）进行水密性试验

通过水密性试验，对缺陷之处进行修正。

7.2双壁钢套箱沉放

（1）加强钢套箱偏位控制

由于钢套箱首节壁板定位控制着后续施工质量，必须做到首节钢套箱定位准确。

（2）加强止水带施工质量控制

止水带必须严格按照设计要求填塞，尽量采用整条止水带。受客观条件必须连接时，可采用粘合搭接方法。

（3）加强钢套箱连接处质量控制

由于钢套箱采用分节、分块制作、下沉，下沉时各块件间采用螺栓连接，因而为薄弱环节。螺栓连接必须紧固到位，全部螺栓拧紧后要求进行全面检查，合格后方允许下沉。

7.3封底混凝土

封底混凝土必须按水下混凝土灌注工艺一次连续浇筑完成，对边角处、围壁处严格进行控制，防止空隙过大出现渗水、漏水现象。

由于封底混凝土灌注面积过大，混凝土灌注过程中随时探测顶面、地面标高，防止出现封底混凝土厚度薄厚不一、表面不平整现象发生。封底混凝土实测项目见表7.3-1。

表7.3-1封底混凝土实测项目 

双壁钢套箱施工常见问题及处理措施见表8-1。          

围堰浮力为围堰排开水重力，套箱所受的浮力：

                 F1——套箱的浮力

                 ρ1——水密度，1t/m³

                 V ——套箱排开水的体积

围堰得抗浮力为围堰及混凝土自重、封底混凝土与钢护筒之间的摩擦力抗浮力、围堰壳内注水的重力：   

    F2=W1+ρ1*V2+n*k*d*3.142*h1

        F2——抗浮力

        W1——围堰重量，63.45t。

        ρ3—— 混凝土容重(湿容重按1.4t/m3)

         V1 ——封底混凝土体积

        h1——封底混凝土有效厚度（封底混凝土厚度-0.5m）

        d  ——护筒外径（1.8米）

        n  ——护筒个数（4个）

        k ——护筒与封底混凝土间的摩阻力，取10t/㎡。

        V2 ——套箱内注水体积

套箱封底混凝土计算见下表

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