大跨橋梁鋼套箱圍堰設計及施工過程中技術(shù)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(shù)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(guī)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(zhì)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。基于此，文章結(jié)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(jié)構(gòu)型式采用雙塔斜拉橋，東西兩側(cè)的引橋全部采用預應力混凝土連續(xù)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(jié)構(gòu)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(jīng)濟合理的特點被廣泛地應用在橋梁圍堰結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)上起到圍堰防護作用的臨時結(jié)構(gòu)套。鋼套箱能夠?qū)^大的水壓進行承受，從而確保大跨度橋梁基礎的穩(wěn)定安全。在大跨度橋梁施工中，如果由于受到水文地質(zhì)條件和地質(zhì)環(huán)境等因素的影響導致無法采用鋼板樁等其他結(jié)構(gòu)作為圍堰結(jié)構(gòu)，那么采用鋼套箱圍堰則能夠凸顯其優(yōu)勢并發(fā)揮其巨大的圍堰防護效果。據(jù)筆者多年工作經(jīng)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(nèi)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(yōu)點和缺陷，需要結(jié)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(chǎn)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(jīng)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(jié)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(jù)本工程地質(zhì)勘察報告得出，本工程9號墩墩區(qū)的海底的標高如表1所示：

表1 9#墩區(qū)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(cè)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(jié)構(gòu)設計難點

綜合工程實際情況，一共采用12塊鋼套箱側(cè)板，包括8塊直面和4塊拐角側(cè)板。本工程鋼套箱側(cè)板面板從根部到1.5m的范圍內(nèi)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(jié)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(jié)合實際情況在本工程鋼套箱的側(cè)板之間利用鋼管鎖口，鋼管鎖口兩側(cè)相鄰之間的距離為0.4m。

3.3 設置止浮系統(tǒng)

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(xiàn)鋼套箱底板變形或者整體失穩(wěn)情況，需要在鋼套上設置止浮系統(tǒng)。經(jīng)研究分析受力后發(fā)現(xiàn)，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(guī)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(chǎn)生膨脹之后能夠保證橡膠氣囊與鋼套箱的內(nèi)部實現(xiàn)完全緊密的結(jié)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(zhì)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(zhì)量，須嚴格執(zhí)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(zhì)量，確保焊縫滿足相關(guān)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(xiàn)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(jù)施工現(xiàn)場測量得到的鋼護筒的直徑作為基礎和參考依據(jù)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(cè)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(xiàn)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(guān)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(zhì)量控制難度是非常大的，必須采用有效的措施確保混凝土澆筑的質(zhì)量。主要通過以下兩個措施進行混凝土澆筑質(zhì)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(jié)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(jié)語

綜上所述，上述橋梁水下承臺施工中，結(jié)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(zhì)量，必須嚴格按照施工規(guī)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(shù)。

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