大跨橋梁鋼套箱圍堰設計及施工過程中技術難點分析

王彥合

（路橋華南工程有限公司，廣東 中山 528400）

大跨橋梁鋼套箱圍堰設計及施工過程中技術難點分析

王彥合

（路橋華南工程有限公司，廣東 中山 528400）

隨著大跨度橋梁建設規模的逐漸擴大，鋼套圍堰被應用在水下承臺施工中。為進一步提高大跨度橋梁設計和施工質量，必須將鋼套箱圍堰設計和施工作為工程考慮的重點問題?；诖?，文章結合某大跨度橋梁工程實例，論述了鋼套箱圍堰方案的比選，并對鋼套箱圍堰設計和施工中的難點問題進行了分析。

鋼套箱設計；鋼套箱；施工設計；橋梁工程；圍堰設計；水下承臺施工

1 工程概況

某橋梁為大跨度橋梁，該橋梁的總體長度為1.068km，本工程橋梁主橋結構型式采用雙塔斜拉橋，東西兩側的引橋全部采用預應力混凝土連續箱梁；主橋跨度為80m＋180＋80m，引橋跨度均為9×40m。本工程橋梁一共設置了42個承臺，其中的十號承臺和十一號承臺采用大小為18.8m×13.6m×4m主墩承臺，余下的40個承臺均為6.3m×6.3m×2.5m、8.2m×3.2m×3m。

2 鋼套箱圍堰方案比選

在大跨度橋梁基礎施工中，可以采用的圍巖結構型式有多種，比如鋼套箱、鋼板樁等，其中鋼套箱因其具有施工快速、施工難度低、成本低下以及經濟合理的特點被廣泛地應用在橋梁圍堰結構施工中，尤其適合用在大跨度和大河流的橋梁基礎施工中。鋼套箱主要指的是套在橋梁基礎承臺結構上起到圍堰防護作用的臨時結構套。鋼套箱能夠對較大的水壓進行承受，從而確保大跨度橋梁基礎的穩定安全。在大跨度橋梁施工中，如果由于受到水文地質條件和地質環境等因素的影響導致無法采用鋼板樁等其他結構作為圍堰結構，那么采用鋼套箱圍堰則能夠凸顯其優勢并發揮其巨大的圍堰防護效果。據筆者多年工作經驗，鋼套箱主要分為有底和無底兩種，有底相對于無底鋼套箱來說受到水深的影響比較小，有底鋼套箱主要適合用在高樁橋梁基礎施工中，但要求水深不高于10m；無底鋼套箱適用在水深度為10m內的范圍，同時河床易于進行清淤，河床覆蓋軟弱層比較薄弱的低樁承臺的施工。兩種類型的鋼套箱各有其優點和缺陷，需要結合實際情況進行考慮和選擇。

圖1 無底鋼套箱斷面示意圖

本工程原計劃采用無底鋼套箱射水下沉施工，但是由于實際工程施工中受到河床演變以及潮汐的影響，采用原方案施工不僅會增加材料的消耗量，且施工效果也十分不理想，易導致河床較早同承臺混凝土產生接觸，從而導致承臺混凝土的抗腐蝕性和耐久性受到影響。綜合工程實際情況，本工程9號承臺所在的河床的位置已經被水沖刷到承臺底設計標高以下約2m位置，所以采用原方案根本無法滿足施工的要求。結合本工程各方面的因素，最后決定采用有底鋼套箱頂推下沉施工方案。

3 鋼套箱設計難點

根據本工程地質勘察報告得出，本工程9號墩墩區的海底的標高如表1所示：

表1 9#墩區海底標高

3.1 套箱圍堰頂面的安全高度的預留

在有底鋼套箱圍堰施工中，需要保證鋼套箱圍堰的良好的閉水性能。此外在設計過程中將鋼套箱圍堰的型式設計成方形，從而滿足橋梁基礎承臺施工的需要，綜合實際情況本工程鋼套箱圍堰的平面尺寸設計為7.9m×7.9m，需要在鋼套箱圍堰的兩側同時預留0.8m的模板操作空間，鋼套箱的高度設計為6.5m。本工程9號承臺套箱圍堰設計預留安全高度見表2所示：

表2 9#承臺套箱圍堰設計預留安全高度

3.2 鋼套箱結構設計難點

綜合工程實際情況，一共采用12塊鋼套箱側板，包括8塊直面和4塊拐角側板。本工程鋼套箱側板面板從根部到1.5m的范圍內顫抖采用厚度為6mm的新鋼板，其他的面板都采用厚度為12mm的護筒展平板，這樣能夠有效地節約工程造價降低工程成本。本工程鋼套箱的底部其與鋼套箱底板進行有效的連接。結合實際情況在本工程鋼套箱的側板之間利用鋼管鎖口，鋼管鎖口兩側相鄰之間的距離為0.4m。

3.3 設置止浮系統

為避免鋼套箱在拼裝完成整體下放到設計標高后。因為浮力過大導致出現鋼套箱底板變形或者整體失穩情況，需要在鋼套上設置止浮系統。經研究分析受力后發現，鋼套下放至設計的標高以下，需要在鋼護筒的周圍焊接管柱，借以影響鋼套箱底板下部的水浮力，鋼柱規格為250×150mm，同時還應該在管柱的周圍設置鋼板，并且利用工字鋼焊接在管柱的上段和鋼護筒。

3.4 橡膠氣囊設計

為了達到封水的效果，需要將橡膠氣囊設置在鋼套管的鎖口中，在對橡膠氣囊中充氣并達到設計的壓力，產生膨脹之后能夠保證橡膠氣囊與鋼套箱的內部實現完全緊密的結合。本工程所采用的橡膠氣囊長度為6.8n。如圖2為橡膠氣囊進出空間：

圖2 橡膠氣囊進出空間

4 鋼套箱施工難點

4.1 鋼套箱的加工

只有確保鋼套管加工質量，才能夠為鋼套管的順利施工打下堅實的基礎。為確保鋼套箱的質量，須嚴格執行采購程序，嚴格按照施工圖紙和設計要求進行原材料的采購，同時在鋼套箱加工過程中需要嚴格控制焊接質量，確保焊縫滿足相關要求，要求加工的尺寸準確，并且要求連接平整并且順直。

綜合實際情況，選擇分段加工的方式。鋼管開槽嚴禁使用氣割開槽，避免鋼管出現變形情況，從而導致工字鋼插板和鋼管之間存在較大的間隙，導致無法取得良好的止水效果，因而本工程采用金屬切割的方式進行鋼管的開槽。在進行鋼套管底板加工的過程中，需要根據施工現場測量得到的鋼護筒的直徑作為基礎和參考依據確定鋼護筒預留孔直徑的大小，鋼護筒預留孔的直徑大小每一側都必須大于5cm。

4.2 套箱整體下沉

鋼套箱下沉施工中，在鋼套箱的四個角設置四個吊點，同步進行起吊和下沉，同時做好下沉過程中的保護工作，在下沉到設計要求的位置之后需要將螺栓擰緊并且戴上螺帽。在整個鋼套箱的下沉過程中，要求所有的吊點實現同時受力和均勻的下沉。

4.3 澆筑封底混凝土

鋼套箱施工的關鍵之一就是封底混凝土的澆筑施工，本工程需要澆筑的水下混凝土的面積非常大，水下混凝土澆筑所處的水位也比較深，其質量控制難度是非常大的，必須采用有效的措施確?；炷翝仓馁|量。主要通過以下兩個措施進行混凝土澆筑質量的保證：（1）在鋼套管下沉之前，需要利用高壓水槍將港互通的表面清理干凈，這樣就能夠有效地確保鋼護筒和混凝土兩者之間的粘結力；（2）嚴格控制混凝土的坍落度，同時可以在混凝土中加入粉煤灰，起到延長混凝土初凝時間的效果。

5 結語

綜上所述，上述橋梁水下承臺施工中，結合工程實際情況和工程特點，論述了有底鋼套箱圍堰設計和施工中的難點，通過方案的比選最終選擇了有底鋼套箱圍堰施工，事實證明該方案是一種非常有效的方法。為確保施工質量，必須嚴格按照施工規范，做好鋼套箱的下沉以及混凝土封底等重點工序的施工。

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（責任編輯：王 波）

U445

1009-2374（2017）12-0169-02

10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.12.087

王彥合（1981-），男，河南開封人，路橋華南工程有限公司工程師，研究方向：高速鐵路施工技術。

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