水中承台有底钢套箱围堰施工技术论文1

水中承台有底钢套箱围堰施工技术

银代国 何艳

（中铁二十局第二工程有限公司 重庆铜梁 402560）

【摘 要】襄渝Ⅱ线后河30#左线大桥4号承台位于水下2.5米。本文针对该承台有底钢套箱围堰施工情况，推荐利用施工水下桩基础的钢护筒作为钢套箱支承桩，将钢套箱顺桩下沉的施工工艺。本文详细介绍该施工工艺在本桥中的运用，可供有关工程技术人员参考

【关键字】钢套箱围堰 钢护筒 支承桩

The 4th cap of the 30th Hou river bridge left lane in Xiangyu railway II is under water about

2.5 meters. According to the construction of bottom steel boxed cofferdam of the cap, this paper recommend a construction technology that make use of constructing the steel casing of pile foundation under the water as supporting pile of steel box and make the steel box sink along the pile, the author details the application of construction technology in the bridge, and it is available to engineering and technology staff for reference.

Key words: steel boxed cofferdam steel casing supported pile

1、 前言

随着我国经济的飞跃发展，复线、高速、客运专线铁路的大力规划，使线路设计的标准日益提高，导致曲线半径增大，大部分跨江跨河的桥墩将处于水中，水下承台几乎平凡，水下承台施工技术也日益增多。目前我国常见的水中承台施工方法有：单(双)壁钢围堰、钢套箱围堰、筑岛明挖、沉井、气压沉箱等各具特点的施工方法，其原理都大同小异。只有根据实际情况选择经济、实用的施工承台方法，才能给项目带来效益和利益。

2、 工程简介

后河左线30#大桥设计为单线曲线7×32m铁路简支梁桥，全长240.25m，2号～5号墩位于后河内，C30钢筋混凝土承台位于常年水位以下，其中4号承台底位于水面下5m河床上2.5m位置，承台尺寸7m×7.5m×2.5m。该桥地处四川省万源市罗文镇境内, 属于低山河谷地貌, 地形起伏较小，上跨210国道、后河，后河水一般水深7m，水位的深浅受下游沙坝水电站泄水、蓄水影响，电站排蓄水桥位处正常情况下的水位高差变化为2m，暴雨季节水位变化达8m～10m，水流流速受洪水影响较大，无通航要求。

3、 方案比选

根据该桥特点，其他方案在本桥中运用都不恰当，该桥主要将单(双)壁钢围堰和钢套箱围堰两种方法进行比较：单(双)壁钢围堰适用范围较广，运用于土质、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50m ，而水深小于10m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；而钢套箱围堰又分为有底及无底钢套箱两种，有底钢套箱适用于高桩水中承台，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，使用地层较为广泛，但受场地的限制因素较大；综合比较此处采用有底钢套箱围堰作为该桥水中承台的施工方案。 4、 方案介绍

所谓有底钢套箱围堰即利用施工桩基础的钢护筒，在护筒身水面以上一定高度，预埋钢牛腿，牛腿顶按承台尺寸设计制作钢套箱底模，以底模为施工平台，制作安装侧模，钢护筒需穿过钢套箱底模，底模用葫芦悬吊于各钢护筒顶，拆除钢牛腿，手拉葫芦，下沉钢套箱，至计算高度，导管法浇注水下封底混凝土，排除套箱内河水，然后施工承台，承台施工选在枯水期，水流速较缓，且水位较低。

5、 有底钢套箱施工技术

5.1水上钻孔平台搭设

如图1所示，平台由I45b工字钢、φ

63钢护筒支承桩 、[22槽钢(平台骨架)

组成，船舶与浮吊配合将φ63钢护筒

打入河床基岩内。护筒间水面以上部水面

位用[22槽钢加工焊接平台骨架，护筒

顶面横桥向切一高45cm，宽16cm的凹槽，将I45b工字钢横桥向嵌入槽内，

顺桥向I45b工字钢搁置其顶面作为施工平台，上下工字钢用U形螺栓固定，施工平台搭设完毕。 5.2 套箱支撑桩安装

施工桩基础的φ180钢护筒作为

套箱支撑桩，钻机安装完毕后,用全站

仪精确定出施工桩基的中心位置,如图 图1 水上钻孔平台

1所示，[22槽钢制作桩基护筒导向架，

导向架净空为180cm×180cm，安装精度控制在2mm内，分别布置于平台顶、平台骨架顶、平台骨架间，用于定桩位。船舶运输、浮吊吊运φ180钢护筒从导向架内下放至河床面，浮吊振动锤将护筒打入基岩内。钻机钻孔，导管法浇注水下桩混凝土。待桩基础强度达到设计强度时，用全站仪放出承台位置，拆除导向架、承台范围内的I45b工字钢和φ63钢护筒，准备套箱的制作。

5. 3 钢套箱制作

5.3.1 套箱底模

如图2所示：φ180钢护筒壁水面上80cm处位置，每个钢护筒顺桥向焊接两钢牛腿，钢牛腿采用2cm厚的钢板，呈直角三角形布置，长边长40cm，短边长30cm；长边与钢护筒焊接，牛腿顶加工套箱底模骨架。

防止套箱由于水压变形，制作套箱底模时，尺寸需大于承台尺寸，本桥中取7.5m×8m，底模骨架由I36b工字钢和[10槽钢组成，底模面板采用10mm厚的钢板，具体布置如图3所示，φ180护筒位置处面板用切割设备切除预留φ190的圆孔，底模与桩基钢护筒之间留10cm的间隙，用预先准备好的钢环套在钢护筒上临时固定，待套箱下放到位后，下放钢环至套箱底模上，用于堵塞底模与桩基钢护筒间隙，便于封底砼浇注，钢环外径2m，内径1.8m。

在底模上用HRB335φ32钢筋焊接16个吊耳，于每个护筒周围4个布置，底模制作完成后，用φ32螺纹钢将底模板与邻近的φ63钢护筒临时焊接，辅助钢牛腿受力。

顺桥向 Φ180钢护筒

顺桥向

本图尺寸以厘米计图2

图3 吊箱底模

5.3.2套箱下沉结构的安装

顺桥向待底模安装完毕后，进行套箱下沉结构的安装和加工，

如图4所示：在顺桥向和横桥向φ180钢护筒顶切割4个矩

形口，矩形口尺寸满足I32b截面尺寸，横桥向两矩形口在同一标高，顺桥向两矩形口需满足同一标高外，还必须满足顶标高等于横桥向两矩形口底标高；在矩形口内安放两根

2.2m长I32工字钢作为下沉结构的受力体系。将手拉葫芦悬

挂于工字钢外露部分，葫芦挂钩钩住底模吊耳，拉紧葫芦。

继续加工抗浮拉杆。所谓抗浮拉杆及套箱下沉就位后，防止

套箱上浮的构件，抗浮的措施很多，比如可以计算封底混凝土厚度，利用封底混凝土与钢护筒的摩擦力抵抗浮力，还可

以设置抗浮拉杆等，根据该桥的实际情况采用抗浮拉杆与钢

图4 护筒的焊接来抵抗浮力，即当拆除葫芦和上部受力体系后将

抗浮拉杆焊接在φ180钢护筒壁上，代替上部受力体系承载。

抗浮拉杆采用I25b工字钢，垂直布置与葫芦外侧，底部与套箱底模焊接。长度H浮必须大于下列公式计算值。

H浮= H封+H水+1

H封——水下封底混凝土厚度(m)

H水——承台底距离水面的高度(m)

每个钢护筒四周各布置一根抗浮拉杆，该处4个钢护筒，所以共布置16根浮拉杆。

5.3.3 套箱侧模安装

套箱侧模由I36b工字钢的竖杆、[16槽钢的横杆和10mm厚的钢板组成，竖杆间距150cm，横杆间距50cm，侧模高度需通过精确计算，一般通过下面公式计算得到：

侧模高度H=H模+H封+H水+0.5

H模——套箱底模厚度(m)

H封——水下封底混凝土厚度(m)

H水——承台底距离水面的高度（m)

该桥侧模设计高度为7.5m,侧模在陆地分块加工，由吊车和船舶配合将分块侧模吊运至套箱底模处，浮吊配合人工将分块对侧模进行安装，锤球控制模板垂直度，安装时用HRB335φ32的钢筋与外侧φ63钢护筒临时焊接，防止侧模倾倒，侧模与底模连接处用∠100×100×8的角钢螺栓连接，为方便将来拆除，侧模四壁必须保持完整封闭，不漏水。

5.3.4 加强肋和内撑架的安装

内撑架及为防止钢套箱下沉时侧模因为水压力和冲击力顺桥向

侧模内边缘而变形扭曲，在侧模上部安装支撑架，保证套箱在施工过程中

的安全，如图5所示：在侧模内侧，四周焊4根I20b工字钢，

加强肋作为套箱侧模的加强肋，在侧模H/2和H高处各设置一道；I20b内撑架Ф

180钢护筒工字钢呈十字形布置作为内撑架，内撑架端部用螺栓连接于加

强肋中部，在侧模H/2和H高处各设置一道。

5.4套箱下沉

套箱下沉分两个阶段，各阶段都必须使用全站仪和水准仪 进行钢套箱中线和标高的检查，保证套箱下沉过程中不倾斜、

图5 内撑架

不扭转、不偏移，套箱下沉高度满足封底混凝土和承台的厚度。

第一阶段，套箱下沉至水面

下沉准备工作就绪后，由统一人员指挥，所有人员拉紧葫芦，

顺桥向拆除加固侧模的φ32螺纹钢，并拆除底模支撑钢牛腿，手拉葫芦

缓慢均匀下沉套箱至水面，复核套箱标高、中线，确定与计算值

一致后，继续下沉。 Φ180

钢护筒第二阶段，套箱下沉至设计高度（底模厚度、设计封底砼厚

度、承台底至水面高度之和） 水面手拉葫芦继续下沉，此时河水透过底模与侧模的缝隙和护筒

与底模的缝隙，渗入套箱内，由于缝隙较小，渗水小且慢，为减

抗浮拉杆小套箱浮力，每下沉50cm，待套箱内水面标高与河水水位持平后

继续下沉套箱，停顿间隙，全站仪和水准仪检查中线，标高。下

沉过程缓慢匀速，至设计高度，锁定抗浮拉杆，进行受力体系的套箱底模转换，如图6所示，用同型号的工字钢将抗浮拉杆焊接在护筒壁

上，潜水员下水取掉葫芦挂钩，拆除葫芦和I32b工字钢组成的受

力体系，将支撑套箱的力转换到抗浮拉杆上。

图6

5.5浇注水下封底砼

该桥设计抗浮拉杆，不用封底混凝土与护筒之间的摩擦力解

决套箱上浮的问题，封底混凝土厚度取0.8m，保证套箱不漏水即可。封底混凝土浇筑采用垂直导管法灌注水下封底混凝土，在套箱顶搭设临时灌注混凝土的平台，在桩基与桩基正中间安放好导管和漏斗，混凝土浇筑从桩中心向两侧扩散，并用测深锤检测混凝土面的标高，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，采用竹竿等将混凝土面大致平整。

封底混凝土必须一次浇筑完成。封底混凝土采用水下混凝土，混凝土强度采用C25，拌合中掺加早强剂，保证其早期砼强度达到设计强度的90%以上，坍落度控制在18～22cm，初凝时间不少于10小时，采用5~25mm粒径碎石，其和易性等必须满足施工工艺要求。混凝土供应速度不小于40m/h，为减少混凝土浇筑时提升箱内水位而加大对底模和侧模的压力，提前在套箱壁水下的部分，开几个圆形孔为连通孔，保持箱内，箱外水位一致。

5.5套箱抽水 待封底砼达到设计强度的90%以上后，抽去套箱内的河水，抽水要缓慢进行，边抽水边观察套箱是否变形，如有变形要立即停止抽水，适当增加内支撑，箱内水排干后，如遇到封底混凝土漏水情况，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，在封底砼上

方，再用与抗浮拉杆同型号的工字钢将抗浮拉 图7

杆焊接在桩基钢护筒壁上，如图（7）所示割

除焊接部位以上护筒、抗浮拉杆，凿除桩头砼，施工承台。

6 结束语

以后河30#大桥4＃承台为例，结合现场环境和施工等特点，详细介绍有底钢套箱围堰制作及施工全过程，并通过施工方案比选，阐述了有底钢套箱围堰在水深较小的水中承台施工中具有较为的优势，方案简单、安全、实用、节省施工工期，是一种行之有效的办法，对于低桩，承台底低于河床面，将有底套箱改为无底套箱，同样适用；本文还提出抗浮拉杆代替传统的计算封底砼厚度来防止钢套箱上浮，从套箱的稳定性和经济价值，前者都大于后者，

对同类桥梁的建设有一定的参考价值。