集美大橋鎖口式鋼套箱圍堰設(shè)計(jì)與施工

鮮正洪，粟學(xué)平

(路橋華南工程有限公司，廣東 中山 528403)

國內(nèi)已有過鎖口式套箱圍堰的施工方法。孫建勛［1］結(jié)合青島海灣大橋水中墩施工實(shí)例，對鎖口式鋼套箱圍堰的工藝原理及所需材料設(shè)備做了簡要介紹。楊順民［2］根據(jù)廈門跨海特大橋水中承臺數(shù)量多、工期緊、套箱圍堰施工要求周期短等不利特點(diǎn)，采用了鎖口套箱圍堰的獨(dú)特設(shè)計(jì)思路，重點(diǎn)介紹了鎖口套箱圍堰各工況受力狀態(tài)下的計(jì)算結(jié)果。文獻(xiàn)［3］介紹桂林解放橋重建工程中平衡拱橋水平推力的基礎(chǔ)，實(shí)施中所用鎖口鋼管帷幕樁圍堰的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和施工技術(shù)，取得了較好的效果。

本文以集美大橋?yàn)槔榻B了海上鎖口式鋼套箱圍堰設(shè)計(jì)及施工工藝，解決了潮漲潮落淺灘處承臺拆除難題;提高了套箱圍堰的止水性能，解決了一系列問題，可為以后類似施工提供一些參考。

1 工程概況

集美大橋是廈門出島交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的跨海通道之一。大橋位于廈門島北部的潯江海域，南接廈門本島湖里區(qū)，北連集美區(qū)，東臨東海。該大橋C2合同段主要為中引橋，共有 29個墩(27#～55#墩)，全長1 500 m，包括道路橋和 BRT橋下部結(jié)構(gòu)的348根基樁、87座承臺和87座墩身。本合同段承臺根據(jù)功能劃分為道路橋和BRT橋，道路橋又分為RA類和RB類，BRT橋分為BA類和BB類。所有承臺頂高程設(shè)在+0.5 m處，均采用四邊形圓倒角承臺，圓倒角半徑1.35 m。地表水主要為海水，對混凝土具有腐蝕作用，承臺采用C45高性能防腐蝕混凝土。集美大橋海域的潮汐類型屬于正規(guī)半日潮，根據(jù)一段時(shí)間的觀測，最高水位約為3.5 m。由于缺乏系統(tǒng)資料，施工最高水位采用+4.0 m。最大潮差6.92 m，最小潮差0.99 m，平均潮差3.98 m。平均海平面0.35 m，50年一遇波浪高度為2.88 m。橋位處海床最大一般沖刷為0.5 m，最大局部沖刷為3.8 m。

工程區(qū)地層分別為填筑土、填砂、淤泥、粗砂、殘積亞黏土、脈巖殘積亞黏土。基巖為強(qiáng)風(fēng)化至微風(fēng)化的花崗巖、脈巖。

2 鎖口式套箱方案設(shè)計(jì)及施工工藝［4-6］

2.1 承臺施工特點(diǎn)

工程承臺體積大，高性能防腐混凝土施工須采取溫控措施。要求在60 d內(nèi)完成一個墩位上的3幅承臺套箱和墩身施工，規(guī)模大、工期緊。鋼套箱加工精度要求高，橋址區(qū)常受臺風(fēng)襲擊，平均每年受6～7次臺風(fēng)影響，且降雨較多(平均降水量為1 183.4 mm)，在環(huán)境惡劣的潯江海域中準(zhǔn)確安裝、定位難度大。除此之外，工程處于南北主橋中間，施工作業(yè)線長，水上作業(yè)船舶多，棧橋干擾頻繁，且可能與相鄰合同段之間產(chǎn)生干擾，施工組織難度大，工作面難以展開。

2.2 鎖口式套箱方案設(shè)計(jì)

通過比較和多方討論，決定采用單壁無底鋼套箱作為承臺止水圍堰和承臺模板。擬定套箱總高度為9.5 m，頂高程為+4.5 m，底高程為-5.0 m。套箱分成上下兩節(jié)，為盡量使平縫高出承臺，應(yīng)盡量將平縫提高，這樣可使平縫拆除方便、減小水壓力作用。為了能滿足套箱拼裝時(shí)吊裝能力的要求，還應(yīng)使上下兩節(jié)重量相差不大。綜上所述，設(shè)計(jì)底節(jié)長6 m，頂節(jié)長3.5 m，為減少拼縫和套箱的有效周轉(zhuǎn)，套箱按最小承臺RB類承臺為母板，每節(jié)分成8塊，另三類承臺通過增加75 cm、105 cm、100 cm寬度拼裝而成。RB類套箱總體布置如圖1所示。

圖1 RB類套箱總體布置(單位:cm;高程:m)

2.3 鋼套箱卡口式捆綁連接設(shè)計(jì)

根據(jù)每個承臺海床面的高低選擇卡口連接方式，海床面以上采用螺栓，海床面以下采用卡口捆綁。這種接縫處理方式可解決部分套箱在淤泥的拆除，既能保證施工質(zhì)量又能提高施工工效、節(jié)約成本。承臺澆筑完成且強(qiáng)度達(dá)到后，即可拆除套箱，利用卡口承擔(dān)潮水和土壓力作用的剪力，而鋼絲繩捆綁承擔(dān)拉力。因此，只需擰開繩卡，將鋼絲繩抽出，底節(jié)套箱即能松開，便于分節(jié)段順利吊出，見圖2?？诮Y(jié)合鋼絲繩捆綁在套箱圍堰的應(yīng)用，有效解決水中、淤泥中套箱的拆除難題，成倍地加快了套箱施工進(jìn)度。鋼管鋼絲繩的捆綁，結(jié)合接縫處的陰陽接頭處理，接口密實(shí)，止水性好，有效解決了套箱接縫的漏水。套箱安拆方便快捷，套箱變形小，是一種良好的套箱接口處理方式。

圖2 卡口結(jié)合鋼絲繩捆綁連接拼裝

2.4 鎖口式套箱施工工藝流程

2.4.1 施工平臺拆除

基樁檢測合格后方可拆除鉆孔平臺并對套箱范圍內(nèi)的海床進(jìn)行第一次清淤。①范圍:按平臺鋼管樁以內(nèi)的整個范圍施工。②深度:在封底混凝土下設(shè)置0.5 m厚的砂袋隔離層，以提高封底混凝土的質(zhì)量，按“封底混凝土1.4 m、砂袋層0.5 m”反算坑底高程為-4.7 m至-3.9 m不等。

2.4.2 拼裝套箱下沉支架及動力系統(tǒng)

1)承臺套箱下放時(shí)為避免鋼護(hù)筒局部失穩(wěn)，應(yīng)在鋼護(hù)筒內(nèi)設(shè)置十字撐，以增強(qiáng)其穩(wěn)定性。

2)拼裝托架的搭設(shè)應(yīng)盡量避免異物掉入河床內(nèi)，以免影響承臺套箱的正常下沉。

在伊拉克，石油企業(yè)運(yùn)營的勘探開發(fā)項(xiàng)目以技術(shù)服務(wù)合同為主，投資當(dāng)季回收，應(yīng)最大化利用項(xiàng)目回收池規(guī)模，加快投資回收進(jìn)度。中國石油企業(yè)在伊拉克石油開發(fā)投資的集中度較高，現(xiàn)應(yīng)以控制風(fēng)險(xiǎn)為主。對于新項(xiàng)目投資機(jī)會，如果合同條款優(yōu)越，收益率具有足夠的吸引力，則采取與西方國際大石油公司合作為宜，這樣有利于掌握西方政治勢力的動向，提前籌劃應(yīng)對策略，規(guī)避地緣政治風(fēng)險(xiǎn)。在獲取此類項(xiàng)目的同時(shí)，可以考慮出售經(jīng)濟(jì)效益相對較低的已有項(xiàng)目，通過資產(chǎn)優(yōu)化組合，避免加大集中度，實(shí)現(xiàn)利益最大化并控制投資風(fēng)險(xiǎn)。

3)承臺套箱下放的動力系統(tǒng)主要由8臺10 t手拉葫蘆組成，每邊各設(shè)置2臺，設(shè)置應(yīng)均勻、對稱。

2.4.3 轉(zhuǎn)運(yùn)、拼裝和下沉

1)在運(yùn)輸、拼裝過程中嚴(yán)禁野蠻作業(yè)，避免發(fā)生扭曲變形。套箱圍堰壁板與封底混凝土、承臺混凝土接觸部分不得有焊疤，以免增加拆除難度;套箱板轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)應(yīng)按拼裝順序進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)。

2)導(dǎo)向采用型鋼制作，且與鋼套箱之間的間隙控制在2 cm以內(nèi)。應(yīng)進(jìn)行測量放樣，施工時(shí)確保其豎直后再進(jìn)行焊接。

3)用一臺50 t履帶吊將套箱板吊在托架上進(jìn)行拼裝，套箱板間要加橡膠墊(厚1 cm左右)，橡膠墊對接時(shí)采用企口形式。連接螺栓要分次緊固，經(jīng)多次調(diào)整仍不能對齊的螺栓孔，可用小一級的螺栓(φ20 mm)連接。套箱板外形尺寸經(jīng)過調(diào)整后，安裝外圍囹，然后按照設(shè)計(jì)位置焊接內(nèi)支撐和拉桿。

4)套箱下沉?xí)r要統(tǒng)一指揮，若發(fā)現(xiàn)套箱平面位置(全過程測量監(jiān)控)和垂直度偏差過大，應(yīng)及時(shí)停止下沉，查明原因，糾正偏差后繼續(xù)下沉。下沉到位后，對套箱板平面位置、外形尺寸、高程等進(jìn)行全面檢查，檢查合格后固定套箱板于主護(hù)筒上。

2.4.4 清理基底

套箱下沉到位后，適當(dāng)清理整平海床淤泥，并對封底混凝土厚度范圍內(nèi)的鋼護(hù)筒進(jìn)行清理，然后施工砂袋墊層。

1)潛水工在進(jìn)行清理海床淤泥時(shí)應(yīng)盡量控制海床至設(shè)計(jì)高程，以確保砂袋墊層厚度。砂袋的拋投過程中應(yīng)盡量避免砂袋碰撞護(hù)筒及內(nèi)支撐，以免砂袋破壞。砂袋應(yīng)碼放平整，潛水工碼放砂袋時(shí)應(yīng)控制好砂袋頂高程，以確保封底混凝土的厚度。

2)承臺封底混凝土底部高程分別為-3.4 m、-3.7 m、-3.9 m，封底厚度為1.4 m。為避免潮漲潮落的水頭變化對封底混凝土造成不利影響，在套箱上開設(shè)2個連通管，保證內(nèi)外水頭一致，不存在水頭差。

3)封底前清理圍堰壁和護(hù)筒四周的淤泥，并在套箱壁板內(nèi)外堆砌砂袋以防止套箱反穿和涌沙、涌水。

4)在封底混凝土澆筑前，測量人員使用GPS在鋼套箱內(nèi)壁及樁身上標(biāo)出封底混凝土頂面高程，以此控制封底混凝土的高程。

3 鋼套箱圍堰滲漏問題的處理

3.1 滲漏原因

1)豎向和橫向連接角鋼和面板均不夠平整，焊接后嚴(yán)重變形，連接處的橡膠墊無法形成致密的接縫而形成滲漏，這是滲漏主要原因。

2)砂袋墊層下面為流塑狀淤泥，封底混凝土下料時(shí)容易將淤泥翻起，夾在封底混凝土內(nèi)，形成薄弱環(huán)節(jié)，抽水后被擊穿，形成滲漏。

3)套箱拼裝順序出錯，把底節(jié)內(nèi)外圍囹拼裝順序搞反，導(dǎo)致封完底解除底節(jié)內(nèi)支撐后套箱變形，使混凝土與套箱壁板脫離并且漏水。

4)封底混凝土質(zhì)量不穩(wěn)定，局部混凝土和鋼護(hù)筒、套箱壁板粘結(jié)不牢，產(chǎn)生滲漏。

3.2 滲漏處理

1)首先從結(jié)構(gòu)上對鋼套箱的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。改正套箱底節(jié)內(nèi)外圍囹拼裝順序，防止混凝土與套箱壁板脫開造成滲漏。在角鋼上加焊三角板加勁，提高其剛度，改善接縫平整度，套箱平縫滲漏有效好轉(zhuǎn)。

2)更換壓縮性高、厚度一致的橡膠墊，減少橡膠墊接縫，盡量整塊地鋪墊;接縫采用“堵漏王”、瀝青等處理，有效提高了套箱防滲性能。

3)為避免淤泥翻起，抓泥宜超深50 cm，再拋砂袋回填擠淤，盡量鋪設(shè)均勻，同時(shí)派潛水人員或者在低潮水位時(shí)進(jìn)行水下鋪平，杜絕淤泥等雜物夾在封底混凝土中，形成薄弱部分而在高潮水下反穿。

4)圍堵結(jié)合。采用抓斗在套箱外圍抓泥回填，最大限度地減少外圍水壓力，再利用棉紗結(jié)合膨脹膠進(jìn)行內(nèi)部塞填處理，對滲漏嚴(yán)重的則利用低潮位完成承臺的澆筑，保證了承臺的施工在無水狀態(tài)下進(jìn)行。

通過采取以上措施和加強(qiáng)施工現(xiàn)場管理、優(yōu)化施工工序，鋼套箱滲漏問題得到有效控制，止水效果明顯，減少了套箱堵漏時(shí)間。

4 結(jié)語

本文介紹了集美大橋鎖口式鋼套箱圍堰的設(shè)計(jì)，解決了潮漲潮落淺灘處下臥式承臺套箱的拆除難題，提高了套箱周轉(zhuǎn)利用率，節(jié)省了施工費(fèi)用。所采取的相關(guān)措施有效提高了套箱的止水性能，解決了套箱滲漏問題，保證了承臺施工質(zhì)量，希望能為日后淺灘處下臥式承臺施工提供一些參考。

［1］孫建勛.青島海灣大橋鎖口式鋼套箱圍堰設(shè)計(jì)與施工［J］.施工技術(shù)，2009，38(11):109-112.

［2］楊順民.廈門跨海特大橋鎖口套箱圍堰設(shè)計(jì)［J］.鐵道建筑，2009(9):32-35.

［3］孟鋼，劉曉霞.大型推力基礎(chǔ)中鎖口鋼管帷幕樁的設(shè)計(jì)與施工［J］.橋梁建設(shè)，2002(5):67-70.

［4］鐘振云.深水基礎(chǔ)圍堰施工方案比選［J］.鐵道建筑，2009(2):6-8.

［5］熊建輝，孫建華，聶井華.水中墩基礎(chǔ)施工用鎖口式鋼圍堰:中國，IL 022236430［P］.2003-03-05.

［6］中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).GB50017—2003 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2003.

［7］中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).GB50205—2001 鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2001.