K080922深水承台基础钢套箱施工含检算资料

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1、深水承台基础钢套箱施工 摘要：本文通过对特大桥深水承台施工经验总结，为今后同类工程施工提供参考。关键词： 深水 承台 钢套箱 施工1工程概况我公司承建的（北）京福（州）高速公路福建境内的南平连接线NLA2合同段，其主要工程为特大桥，该桥位于南平市西芹镇，横跨西溪河，桥梁全长570m，设计为13墩2台，基础均为钻孔灌注桩，主孔为52.5+93.0+52.5m三跨预应力砼连续刚构，南岸为一孔25m简支T梁与一联435m准连续预应力砼连续梁；北岸为335+28+40+28m，其中335m为一联预应力砼准刚构， 28+40+28m为现浇预应力砼连续空心板。全桥均采用钢筋砼钻孔灌注桩基础，0#4#、11

2、#14#为旱地桩，5#10#六个墩位于水中。其中6#、7墩设计为主墩，分左右双幅，桩顶设有四个承台，设计尺寸为8.78.73.5m，承台采用C30钢筋砼。由于西溪水一般水深达7m，水位的深浅受上、下游电站泄水、蓄水关系极大。由于电站排、蓄水，桥位处正常情况下一天的水位高差变化为2m；暴雨季节一天水位变化达810m 。且西溪河长年通航，要保证河道通航的需要，深水承台基础施工难度大。2国内外深水承台施工方法目前深水承台基础的施工方法主要有：单（双）壁钢围堰、钢套箱、围堰、筑岛明挖、沉井、气压沉箱等，各种施工方法必须根据该工程所处的自然条件选择最适合、最经济的方法。3承台基础施工方案比选针对特大桥实

3、际情况，经过比选钢套箱施工是最佳方案。3.1设计施工方案 特大桥承台设计施工方案采用竹笼围堰，明挖抽水施工，但该方案实施非常困难，难以奏效。一是频繁变化水位保证围堰稳定困难，二是明挖时抽水困难，三是修筑竹笼围堰占地面积大，不利于通航及以泥土污染水质对环保不利；为此必须选择其他安全可行的施工方案。3.2几种方案比选针对承台处地质及水文情况，可采用以下几种方案：单（双）壁钢围堰、钢套箱、沉井等，筑岛施工、沉箱、围堰、钢板桩等施工方案均有一定的缺陷，且施工难度大。3.2.1单（双）壁钢围堰 单（双）壁钢围堰适用范围较广，对于土质、石质、砂卵石、砂层中的水中承台施工，一般情况下使用水深较深，可达到50

4、m以上（国内的铜陵长江大桥主塔的双壁钢围堰高度达到54m），而水深小于5m，采用该法不经济。由于钢围堰自身重量较重，对施工平台的要求较高，施工成本较大。3.2.2钢套箱 钢套箱分为有底及无底钢套箱两种，有底钢套箱适用于水中承台，且水深不宜超过10m；无底钢套箱适用于承台埋入河床中的情况，水深一般低于10m，超过10m以后，钢套箱加固困难。无底钢套箱按承台底位于水面以下的高度分为两种，5m以下的情况，适用于各类地质，可以采用筑岛或搭设平台，用挖掘机开挖下沉套箱（400型的挖掘机最大开挖深度可达6m），石质地层需辅助爆破手段，我公司已经在重庆嘉陵江大桥、株六复线贵州段舞阳河大桥、内昆铁路横江大桥等

5、承台的施工中采用无底钢套箱取得了成功；5m以上的情况，一般适用于砂卵石层及砂层中，其下沉方法采用抽碴法、抓斗抓碴法、高压风（水）下沉法等。3.2.3沉井 沉井施工方法在80时年代以前较为流行，使用地层较为广泛，但受场地的限制因素较大，而下沉平衡较难掌握以及分节施工砼较为麻烦等原因。 单（双）壁钢围堰、钢套箱、沉井等施工方法实际均采用了一个原理，即做一个结构框架（形状根据需要设置），让其下沉至需要的标高，然后水下封底，抽水后施工作承台，不同的框架结构及施工工艺形成以上几种不同的施工方案。其他如筑岛、围堰、钢板桩等适用于水位较浅的承台施工，而沉箱施工适用于水深较深的承台基础施工。3.3施工方案选定

6、及可行性 该桥6、7主墩承台埋入透水性强的砂卵石层中23m左右，而水深8m左右，针对这一特点结合以上介绍的情况以及尽量减少施工成本，决定采用无底钢套箱围堰施工承台。采用该法，可以直接利用钻孔时搭设的平台拼装套箱，然后在平台上使用吊车吊放套箱，下沉至河床面后，用自制吸泥机抽碴下沉到位，水下封底后抽水施工承台，因此该方案可行。3.4工艺原理 套箱施工的工艺原理是利用套箱封底砼的自重以及砼与钢护筒之间的摩擦力解决套箱上浮的问题，以达到水中施工承台的目的，因此封底砼的厚度要经过严格的计算，并预留一定的安全系数（一般取1.2），确保施工安全。4套箱设计4.1设计需解决的几个问题4.1.1临时配套工程 套

7、箱施工需解决加工场地、拼装及起吊平台、用电等临时工程问题，加工场地及用电现场均能解决，拼装及起吊平台直接利用桩基施工时搭设的平台，根据承载力验算，平台可以不进行特殊加固处理。4.1.2套箱尺寸 由于套箱设计尽量考虑少用材料，节约成本，因此允许套箱面板变形，但控制变形量（一般变形量不超过5cm），同时设计时需考虑套箱下沉会有一定的偏移情况（控制在10cm以内），所以套箱尺寸较设计尺寸每边加大15cm，另套箱的高度高出正常施工水位0.5m。4.1.3套箱拼装 根据套箱设计情况，采用分节、分块拼装或整体大块拼装，根据本桥设备配置情况以及平台的承载能力，采用整体大块拼装，以节约时间加快施工进度。4.1

8、.4套箱下沉定位 套箱拼装好后，根据设备情况，采用吊机吊放下沉。由于水流冲击等原因，下沉过程中很容易出现套箱偏位。为了解决这个问题，施工前需根据钢护筒的位置，在套箱内焊接导向装置，使其紧贴钢护筒，防止偏位出现。套箱下沉至河床面后，采用自制吸泥机，吸出套箱壁边内外砂卵石，使套箱下沉到位。下沉到位后，再吸出套箱中间的砂卵石。4.1.5套箱漏水 套箱漏水分壁板漏水和封底后砼渗漏水，此类情况尽量避免。在套箱加工时一定要加强焊接检查，保证焊缝质量。遇到漏水情况，少量的可采用堵的办法，较严重的情况可采用局部二次封底或在封底砼顶面设置盲沟，以解决漏水问题。4.1.6套箱拆除套箱设计时必须考虑，怎样拆除套箱，

9、主要是套箱内尽量少用焊接，同时加固内支撑在砼浇筑时能及时拆除，并且拆除方便。4.2套箱设计4.2.1主要尺寸确定根据水文地质情况，为保证套箱尺寸符合要求，套箱平面尺寸较承台四周加大15cm，即为9.09.0m。预计施工最高水位为64m，设计河床高度为58m，考虑套箱埋入河床1m（封底砼厚度预计1m）和高出最高水位0.5m，故确定套箱高度为7.5m。每个承台计划用一个套箱，以满足施工工期需要。4.2.2主要材料确定每个套箱根据现场配置的两台25t、16t吊车，确定由4块组合钢板拼装焊接而成，每块钢板由壁板、骨架、箱肋、连接结构构成。主要材料确定的原则为所用材料必须为市场上容易购置的材料。设计壁板

10、采用3mm钢板（主要为节约材料，减轻自重，同时允许变形；可以用5mm,但不能薄于3mm，以免焊接困难），骨架采用126及100槽钢、1001006角钢构成，加劲箱肋用75755角钢，板与板之间采用满焊连结，内支撑由100钢管构成（间距根据计算设置），纵横向骨架在交叉点处点焊连接，拆除时用气焊吹割即可。以上骨架及箱肋型钢材料可以用其他型钢代替，以方便施工为原则，骨架不宜用力学性能更小的型钢材料，以免造成套箱变形太大或加密骨架后加大焊接工作量。4.2.3结构型钢的间距设置结构型钢的结构间距设置4060cm，一般设置为4550cm，最大间距不得超过60cm（防止变形过大）。4.2.4主要设备确定经计

11、算，每个套箱重量为18.8t，吊装、拼焊及下沉就位时，采用25t、16t两台吊车配合施工，完全可以满足要求。4.2.5力学检算4.2.5.1钢管内支撑检算在套箱内设五层内支撑，根据结构受力分析支撑4处为最不利位置（由水压力变化图知）设计计算：（以下内支撑间距为结构设置需要，受护筒限制）h2需检算的支撑水深为4.85m；h1需检算的支撑的上一道支撑的水深为3.4m；h3需检算的下一道支撑腰水深为6.0m；L水平支撑的水平间距，取2.7m；0.01水深1m处的水平压力为0.01MPa；故支4所受压力合力为：F=(h3-h2)/2+h20.01+(h2-h1)/2+h10.011/2(h2-h1)/

12、2+ (h3-h2)/2L=(6.0-3.4)/2+4.850.01+(4.85-3.4)/2+3.40.011/2(4.85-3.4)/2+(6.0-4.85)/22.7=167.60KN即支撑4处所受的水压力合力为F=167.60KN。设计采用1002钢管内支撑，两端加芯，支撑在钢板上的槽钢槽中间。4.2.5.2轴向压应力及稳定性检算(1)轴向压应力检算：=F/S=(167.60103)/(D2/4)=21.35MPaP=167.60KN故稳定性满足要求。4.2.5.3套箱不上浮条件检算为使套箱不上浮，需要满足条件：FW1W2F1其中：F套箱所受到的浮力； F=gSh=1.0103109.

13、09.07=5670KN W1封底砼的重力。（参照C25砼的配合比） W1=2300（9.0211.3214）10=1374.8KNW2钢套箱的重力。 W2=mg=18837.2210=188.4KN F1封底砼与桩身的粘结力。F1按下式计算： F1=UDnh1=1502.61.04=4900.9KNU套箱与桩身粘结力，按150KNM2。D桩身的直径：2.6m；h1封底砼的厚度：1.0M；n桩的根数：4根。W1W2F1 =6464.1KNF=5670KN(W1W2F1) =6464.1KN从以上计算可知，套箱不会上浮。另外，套箱上还要考虑工作平台、导管部份机械设备等荷载，故封底砼满足要求。5现

14、场施工5.1套箱加工、拼装平台等临时工程设置套箱加工场地利用北岸1112间空地，设置一个615m的加工场，加工场用C15砼浇注，套箱拼装平台直接利用钻孔桩施工平台，用电直接使用桩基施工用电。5.2套箱加工5.2.1在加工场地上，先将3mm的钢板拼焊成：7.59.0m的壁板，每道焊缝都要满焊两遍，确保焊缝质量。5.2.2焊接横向骨架，在拼焊好的钢板上，按壁板构造大样图的尺寸，将各道12.6槽钢的轮廓线用红铅笔画在拼焊好的钢板上，然后据此将槽钢焊到上面。由中间往两边焊，避免钢板变形量过大。槽钢的端头切割成45，以便相邻两壁板的横向骨架拼装顺接。5.2.3利用吊车配合人工将其翻转，在另一面焊接箱肋及

15、连接部分。焊接时先焊两边的角钢，后焊上下口的角钢，中间部分由中间往两边焊。5.2.4每焊一块都要仔细检查，包括角钢的型号、位置、焊接质量。5.3套箱拼装5.3.1将已加工的壁板用25T的吊车吊装到船上，运至施工的桥基旁，再用吊车吊到拼装平台上。5.3.2吊车配合人工将壁板吊挂在葫芦上，沿套箱内外侧用脚手架搭一圈7m高的作业平台，开始组合拼装。5.3.3拼装时，两对角同时拼，可先用内支撑临时固定四块壁板。一个对角拼完后再同时拼另一个对角，必要时可用吊车配合。5.3.4转角处在拼装时，先将钢板边对好，将拼装缝（拼缝可采用螺栓连接）满焊两遍，保证不渗水。5.3.5为保持套箱的形状不变，按设计位置加固

16、好内支撑1和5。5.3.6检查各条拼接缝以及内支撑加固情况，用煤油检查焊缝的抗渗性，达不到要求立即处理。5.3.7将已拼好的下节套箱用两台吊车吊起，拆除套箱范围内的拼装平台（包括钢管桩在内），安设导向架。5.3.8加内支撑，再检查各拼装缝和内支撑的位置、交叉点连接，以及套箱的垂直度情况是否满足要求。如都达到要求，则准备套箱就位，否则立即处理。5.4套箱下沉5.4.1套箱下沉采用两台吊车同时起吊下沉，将钢套箱吊起后，将平台中间套箱下沉位置割除，然后下沉套箱。5.4.2施工期间，水流产生的推力大而使套箱就位困难，采用插打定位导向桩（或导向架）。5.4.3套箱下沉入水后，流水压力将使套箱向下流移动并

17、倾斜，故套箱往上游略偏移一定距离（偏移量与施工期间的水流、水位有关）下沉，等接近河床时再调整到设计位置并迅速沉落到河床。5.4.4套箱在落到河床前，由潜水工再沿套箱四周整平河床。待套箱就位后，若基岩有低凹处，采用装石麻袋垫平，支垫密贴，防止封底砼外溢。5.4.5在套箱下沉至河床面后，保证基底满足封底砼厚度1.0m的要求，砂卵石层采用砂石泵吸除。基底由潜水工水下清理平整。清理范围比承台大m以上。5.5 套箱封底套箱就位后，检查其位置、垂直度均满足要求后，立即进行水下封底砼施工。5.5.1用钢轨、方木和木板在套箱上搭设一个灌注砼的平台，备好足够的内径为300mm的导管和漏斗。4.3.5.2封底砼采

18、用25砼，拌合中掺加早强剂，保证其3天砼强度达到设计强度的90以上。5.5.3封底砼灌注从套箱的一侧向另一侧推进，并用测深锤检测砼面的标高，一个地方达到设计标高后，可将导管移到另一个地方，砼面的高度控制在0.1m的误差范围内，采用竹竿等将砼面大致平整。5.5.4封底砼灌注必须一次性灌注完成，中间不得间隙、停顿，特别要检查套箱四个角和边上及桩身砼灌注到位。5.6 套箱抽水5.6.1在灌注封底砼过程中及封底砼结束后24小时之内，要保持箱内外的水位一致，特别是在水位涨落时及时采取补水、降水措施，以防止封底砼渗水。5.6.2三天后，待封底砼达到设计强度的90以上后，抽去套箱内的水，抽水要缓慢进行,边抽

19、水边观察套箱是否变形，如有变形要停止抽水，适当增加内支撑。5.6.3箱内水排干后，割除护筒，凿除桩头砼，施工承台。5.6.4套箱抽水时，若不能抽干渗水，采取在封底砼表面设置盲沟，在套箱角设置积水坑抽干水。5.7 承台结构施工5.7.1清基、封底砼凿毛5.7.1.1套箱内的水排干后，立即进行护筒割除。用风镐和人工凿除桩头砼，并清洗干净。5.7.1.2将封底砼上面的淤泥、浮碴等杂物全部清处干净。5.7.1.3封底砼表面用人工修凿凿毛，凿毛深度控制在1cm，并将松散砼清除，冲洗干净。5.7.2模板利用套箱内壁作模板，套箱内支撑钢管若与承台钢筋位置有冲突，可适当调整钢筋的位置。若钢管与墩身埋入筋冲突，

20、则须替换支撑，保证墩身埋入筋的位置满足设计要求。5.7.3承台钢筋施工5.7.3.1钢筋按设计尺寸弯制、加工，加工的钢筋分类编号分开存放。5.7.3.2将加工好的钢筋用船或平板车运至施工现场，用吊车分类吊到平台上。5.7.3.2绑扎的基本顺序：由下而上，先四周后中间，先骨架筋后构造筋，埋入筋与骨架筋配合进行。5.7.4布置循环冷却管本桥施工承台尺寸按993.5m，砼达283.5m3，因此承台砼施工属大体积砼施工，为降低砼的温度，采用三层循环水冷却散热的方式，循环水通过预埋水管解决。水管选择40且传导热性能好的材料制作而成，布置在承台的中下、中部、中上三个位置，固定时采用绑扎的方式。布置好后，仔

21、细检查，有破漏管时及时处理，避免灌注砼时砼浆液进入管中。循环管的进出口设在承台的顶面以上。在没有施工以前，将管口堵上，避免杂物进入。5.7.5人孔布置用乙炔将已绑好的承台顶部钢筋网切割成8080cm的人孔，利于砼施工时捣固人员操作。待承台砼接近顶面时，在将其恢复，人孔位置避开关键部位。7.6承台砼施工钢筋绑扎完后，检查钢筋是否齐全，编号有无遗漏，支架垫块是否合格牢固，保护层厚度绑扎的钢筋能否抵御浇筑和振捣施工位移；连接是否符合要求，各主筋位置是否正确，尺寸是否在允许的误差范围内，特别是主筋，预埋件是否满足要求。承台混凝土采用一次性连续灌注，泵送入模，水平分层灌注，插入式振动器振捣。吊车配合人工

22、移动输送软管。砼灌筑过程中，在砼面接近套箱内支撑时，将其用氧焊切除。承台砼按大体积砼施工：7.6.1采用中热水泥，砼中掺加粉煤灰代替部分水泥；添加高效缓凝减水剂降低水泥用量，将砼水泥用量控制在300kg/m3左右。7.6.2砼选择较低气温的夜间或早晨进行，气温较高时，砂、石材料采用浇水降温，拌合用水采取遮阳防晒并加入适量冰块，尽量降低砼入模温度，适当延长砼初凝时间，初凝时间不少于8小时，按16小时控制。7.6.3降低砼内部温度的措施为承台内设三层循环冷却水管，在砼初凝后即通水降温，进出口水管高于承台顶面，纵横向交错设置。7.6.4砼终凝后，在套厢内承台顶面蓄水20cm以上进行保温养护，防止砼表

23、面开裂，蓄水可利用循环排出的热水。7.7 套箱拆除待墩身砼施工出水面后，就可以拆除套箱。7.7.1先将套箱内灌满水，使箱内外的水位一致。7.7.2潜水工在箱外用水下切割设备切割，同时将内侧有部分埋入砼中的支撑在与壁板连接处切割掉。7.7.3用吊车将套箱整体拔起，用35t的机动船运到岸上。7.8施工效果 特大桥6、7主墩共计四个承台，施工时间最短的59天，最长的95天，其中主要是套箱下沉、处理基底（封底砼表面）、漏水耽误的时间较长。从最终的结果看，四个套箱的施工均取得了成功，套箱在抽水过程的变形完全在控制范围以内，轴线偏差控制在允许范围以内，达到了预期的效果。8结束语通过对该桥承台套箱施工过程的控制及研究，对套箱的设计、施工方法及机械设备配套等有了深刻的认识。对于水深在10m以下的砂卵石地层中的低桩承台，采用无底钢套箱施工，可以大大节约成本，缩短施工时间，是一种行之有效的办法。对于水深不是较深的高桩承台，将无底套箱改为有底套箱，同样可以适用。10 / 10