深水高樁承臺抱箍法大型有底鋼套箱施工技術研究

潘孝金 吳昊

摘? 要：馬來西亞登嘉樓開啟橋項目的主墩高樁承臺位于河道通航的航道上。承臺部分水深7～8m，樁基礎為直徑1m的混凝土預制管樁。承臺先進行混凝土預制管樁施打，再進行有底鋼套箱安裝，鋼套箱采用鋼抱箍作為支座。因面積較大，鋼套箱底板和側(cè)板模塊化設計，分塊吊裝到位，在底板模塊與混凝土預制管樁之間形成的溝槽內(nèi)，進行封底混凝土澆筑，完成鋼套箱的阻水，形成承臺干作業(yè)施工環(huán)境。基于此，本文從設計、吊裝、封底混凝土澆筑等方面詳細介紹了主墩高樁承臺抱箍法有底鋼套箱的施工技術，以期為相關施工提供參考。

關鍵詞：深水基礎;高樁承臺;抱箍;鋼套箱;溝槽;封底混凝土;預制管樁基礎

中圖分類號：U445? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：2096-6903（2020）09-0000-00

1工程概況

登嘉樓開啟橋項目位于馬來西亞東海岸登嘉樓河入海口，是一座跨徑67m的雙葉立轉(zhuǎn)式開啟橋，兩個主墩承臺P4、P5位于河道中間，間距78m，結(jié)構(gòu)尺寸76m×28m×4m。承臺四周設計有橡膠防撞護弦。

承臺下設計有118根直徑1m混凝土預制管樁，樁長31～34m，縱向間距為4m，局部2m和8m，橫向間距為4m或5m;承臺橫向布置兩列斜樁，斜度8：1。承臺頂標高+3.5m，底標高-0.5m。承臺下部河床面標高約-7.5m。河道寬度約240m，主墩承臺離南北岸的最小水平距離分別為60和100m，南北岸分別由跨徑為55m+55m+50.5m的三跨預應力連續(xù)箱梁引橋連接。

根據(jù)水文預測資料分析，施工期間，三月份到九月份最高水位+0.750～+0.850，最低水位-1.25m～-0.45m;一至二月份和十至十二月份最高水位+1.05～+1.35m，最低水位- 0.75～-0.15m;一天當中海水漲潮落潮水位差在1.1m～2.0m之間，如圖1所示。

2工程難點和特點分析

2.1項目難點

（1）橋梁深水基礎一般采用鉆孔灌注樁群樁基礎，大型承臺鋼套箱一般采用大型浮吊或千斤頂系統(tǒng)整體同步吊裝下放。灌注樁鋼護筒上可以焊接牛腿作為鋼套箱的支撐，此外可以焊接和架設鋼平臺，鋼套箱水上拼裝后整體下放。本項目承臺面積大，基礎采用混凝土預制管樁，管樁上無法設置水上平臺。整體下放對鋼套箱的結(jié)構(gòu)設計和焊接工藝有著嚴格要求。

（2）鋼套箱一般采用整體澆筑水下封底混凝土，以形成底板阻水結(jié)構(gòu)，并平衡箱體的浮力。封底混凝土的澆筑質(zhì)量是鋼套箱阻水成敗的關鍵，主墩承臺面積接近2000m2，如整體澆筑水下封底混凝土，工程量太大，而且漲潮期間水位較深，難以保證施工質(zhì)量。

（3）承臺底部水深較深，如采用鋼圍堰，圍堰內(nèi)填筑量大，且施工后航道清淤困難，會造成航道水流截面減小。

2.2周邊環(huán)境特點

（1）現(xiàn)場無鋼結(jié)構(gòu)加工制作條件，大中型鋼結(jié)構(gòu)加工廠離項目所在地較遠，需要長途運輸。

（2）施工期間航道正常通航，往來船只多;雨季河道水流速度較快，風浪較大，對施工有一定影響。每日漲潮落潮水位落差大，鋼套箱的受力工況一直處于變化之中。承臺離河岸邊較遠，對水平運輸和混凝土澆筑影響較大。

（3）馬來西亞海岸線長，屬于熱帶雨林氣候，全年高溫、多雨、溫差小，當?shù)厮纤伦鳂I(yè)勞動力資源豐富。

（4）馬來西亞市場上常規(guī)起重吊裝設備較多，本地有駁船等水上設備，但沒有大型的水上起重設備。

3施工方案設計

3.1鋼套箱裝置與承臺施工設計

本項目承臺使用鋼套箱作為承臺的模板和阻水結(jié)構(gòu)。采用鋼抱箍作為鋼套箱的支座，鋼套箱底板模塊化設計，模塊縱向拼接成列，兩列模塊之間形成縱向溝槽，可以避開管樁樁位，溝槽底部鋪設槽底鋼板，并澆筑封底混凝土;側(cè)板與底板模塊相互拼接。鋼套箱側(cè)板，底板模塊和封底混凝土共同組成鋼套箱的阻水系統(tǒng)。

承臺混凝土分層澆筑，先澆筑水下部分，再搭設操作平臺，進行水上部分施工。鋼套箱側(cè)板高度設計高于最高水位200mm，側(cè)板以上部分承臺采用普通鋼模板施工。側(cè)板外圍的頂部設置懸挑梁，用于搭設水上施工平臺[1]。

3.2鋼套箱施工設計

承臺面積大，鋼結(jié)構(gòu)制作體量大，進行場外分塊加工;現(xiàn)場采用駁船和150噸履帶吊組合成船吊，配置一輛拖船作為動力。鋼套箱模塊完成加工，運輸?shù)浆F(xiàn)場后，吊裝人員采用船吊進行分塊吊裝，潛水員水下安裝和調(diào)整;利用引橋臨時支撐系統(tǒng)，從岸邊架設臨時便道，進行封底混凝土澆筑，澆筑后，完成排水和墊層，形成承臺干作業(yè)施工環(huán)境。

3.3鋼套箱構(gòu)造設計

（1）結(jié)合承臺樁的分布、運輸特點和吊裝能力等情況，鋼套箱底板劃分成44個模塊，單塊重約8t;側(cè)板根據(jù)相應的底板分塊。鋼抱箍間距同樁的間距，抱箍由兩塊半圓形鋼板，用高強螺栓與樁固定，抱箍與管樁之間采用10mm橡膠增加抱箍摩擦系數(shù)。抱箍上設置牛腿和抗浮螺栓，牛腿用于架設底板模塊，抗浮螺栓用于抵抗鋼套箱浮力和固定底板模塊。對無法架設鋼套箱模塊的承臺圓弧段，加設措施樁和抱箍，措施樁同永久樁一同施打，如圖2所示。

（2）底板模塊由工字鋼主梁、工字鋼次梁、主次梁支撐桿和鋼板面板組成。主梁采用截面高度750mm的工字鋼，次梁采用截面高度250mm的工字鋼，次梁焊在主梁上翼緣板上部，并采用支撐桿焊接加固成整體;模塊頂部面板為8mm鋼板，兩側(cè)下包至主梁上翼緣板，形成頂部和側(cè)面3面圍合的半封閉式箱體模塊。鋼板面板和主梁工字鋼腹板內(nèi)部焊加勁板加強;每道次梁工字鋼腹板上設置直徑20mm的孔，用于引導模塊次梁之間的空氣排出，減少浮力作用;部分模塊頂部設置集水坑。

（3）考慮底板模塊的水下安裝難度和精確度，模塊與模塊縱向之間預留100mm空隙，采用壓板密封。壓板與底板之間設置15mm橡膠止水帶，并用預焊在底板上的螺栓壓緊。模塊與模塊橫向溝槽凈距1.5m，截面高度1m，在溝槽內(nèi)澆筑封底混凝土，可實現(xiàn)鋼套箱底板模塊與混凝土管樁之間的阻水。與整體澆筑封底混凝土相比，該方法減少了混凝土的澆筑量，同時大大降低了水下封底混凝土澆筑難度，如圖3所示。

（4）承臺兩側(cè)的底板模塊，在樁外側(cè)加設1道主梁，作為鋼套箱側(cè)板的固定結(jié)構(gòu)。加設的主梁上部與底板次梁相連，下部采用槽底鋼板將兩道主梁焊成整體，槽底鋼板上預留樁孔，吊裝時穿入管樁，如圖4所示。

（5）鋼套箱側(cè)板由工字鋼立柱、4mm鋼板面板和加勁鋼板組成。側(cè)板與側(cè)板之間，通過寬度700mm的側(cè)封板用螺栓連接，接縫中間加設橡膠止水帶。

3.4鋼套箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)驗算

經(jīng)多種工況分析，主要對鋼套箱裝置體系進行以下兩種工況進行驗算：

（1）澆筑承臺混凝土時，河道水位降至承臺以下。主要荷載為鋼套箱系統(tǒng)自重、承臺混凝土自重、施工荷載和混凝土澆筑時的側(cè)壓力。

（2）鋼套箱完成封底并抽水后，河道中水位上漲到預測的最高值。主要荷載為鋼套箱系統(tǒng)自重、浮力、水的側(cè)壓力和水流沖擊力。

底板模塊橫向之間采用封底混凝土濕接止水，底板模塊縱向采用橡膠壓板止水，縱橫向之間無其它結(jié)構(gòu)連接，底板可按照單個模塊進行整體驗算。底板模塊與封底混凝土之間的結(jié)合與止水效果有直接關系，因此在承臺混凝土澆筑前，要保證底板模塊的剛度，允許撓度L/500。

3.5鋼套箱加工

混凝土管樁打樁完成后，將樁頭截樁成同一個標高，并高于最高水位。測量所有樁的樁位坐標和垂直度，根據(jù)樁位測量成果計算抱箍位置，并結(jié)合鋼套箱結(jié)構(gòu)驗算與優(yōu)化，進行鋼套箱的深化設計[2]。

每個底板模塊編號和對應的樁號在面板上打鋼印標記，在每個模塊頂部結(jié)構(gòu)焊接4個吊耳。斜樁部位的底板模塊加工前，對樁的凈空距離進行復核，防止斜樁上口凈距過小，造成底板模塊無法安裝。鋼套箱相鄰模塊的底板和側(cè)板，必須預拼裝驗收合格后才能發(fā)貨。

4施工要點

4.1抱箍安裝

根據(jù)樁頂標高，在抱箍上焊4根吊桿，用于抱箍在管樁樁頂?shù)鯍?。抱箍安裝前，在樁頂做縱橫向定位控制線，潛水員水下對樁身進行清理，抱箍在岸上預穿高強螺栓，采用專用吊具進行抱箍吊裝，保證抱箍在起吊過程中，能順利套入混凝土預制管樁。船吊吊裝過程中，施工人員采用移動浮筏作為施工平臺，根據(jù)吊桿和樁頂控制線，配合船吊對抱箍的方位進行調(diào)整，并安放到位。

抱箍吊裝完成后，利用吊桿對抱箍進行標高調(diào)整，2名潛水員采用水下氣動扳手進行高強螺栓的對稱施擰。

4.2底板模塊安裝

底板模塊按照吊裝順序，依次堆放在船吊駁船上。底板安裝順序，橫向從中間開始，縱向從一端往另一端開始。船吊將底板模塊吊裝到承臺設計位置上方，用纜風繩進行模塊方位的調(diào)整。安裝定位過程中，端部的底板模塊定位準確，誤差不大于20mm，中間的底板模塊定位不大于50mm。用倒鏈將模塊與模塊之間的頂面和側(cè)面對接位置調(diào)整平整。

鋼套箱底板在吊裝入水時，要緩慢下放，將箱體內(nèi)空氣排盡。避免下放過快，底板模塊浮動撞擊，造成接口變形損壞。模塊對接調(diào)整完成后，潛水員水下采用墊鐵將底板主梁與抱箍之間的縫隙塞實，并安裝抗浮螺栓夾具，擰緊螺栓，防止潮水沖刷，造成鋼套箱模塊位移。

側(cè)面的底板模塊最后安裝。在岸上將側(cè)板和底板的組拼成側(cè)板模塊。側(cè)板模塊的吊裝需要按順序進行，依次連接。側(cè)板模塊安裝完成要及時固定，防止風浪拍打晃動，造成管樁斷裂。

4.3槽底鋼板安裝

底板和側(cè)板模塊安裝調(diào)整完成后，進行底板頂面及側(cè)面壓板及槽底鋼板的安裝。底板的邊緣預先焊有螺栓，通過螺栓壓緊壓板，達到止水的目的。槽底鋼板采用鋼板和加勁板焊接而成，根據(jù)圖紙的設計尺寸加工分片，單片重量約30kg，采用浮桶工具將鋼板運到設計位置后下放，并鋪設在底板下翼緣板上，用下翼緣板上的固定螺栓固定。位于抱箍部分的槽底鋼板，做與管樁圓弧匹配的切口，螺栓壓緊，槽底鋼板同抱箍牛腿上表面，形成完整的溝槽底板，溝槽底板之間的縫隙，采用砂袋封閉，如圖5所示。

4.4封底混凝土澆筑

在鋼套箱樁基施工完成后，進行引橋臨時支撐系統(tǒng)基礎樁的打設，在臨時樁上架設貝雷架人行通道，作為混凝土泵管的輸送通道。同時在鋼套箱底板模塊上搭設腳手架通道，使泵管延伸到封底混凝土澆筑點。泵管的軟管直接通到距溝槽底部200～300mm處，進行澆筑槽內(nèi)的封底混凝土澆筑。封底混凝土采用C40水下混凝土，水泥及摻混料含量460kg，坍落度175±25mm。

澆筑前檢查水下縫隙封堵和砂袋的安裝情況，防止風浪作用下產(chǎn)生位移。封底混凝土澆筑選擇在低潮期內(nèi)進行，單次澆筑一道溝槽，在潮水上漲到高水位之前完成澆筑。澆筑過程中用測桿及時測量混凝土澆筑情況，發(fā)現(xiàn)有混凝土下漏情況，及時用砂袋封堵。底板上預留減壓孔留空孔，保證封底混凝土澆筑期間，鋼套箱內(nèi)外的水位同步漲落。

4.5排水封堵

封底混凝土澆筑完畢24h后的低水位漲潮期間，關閉底板減壓孔，檢查滲漏點，根據(jù)滲漏點和集水坑分布情況劃分區(qū)域。用彩條布和砂袋設置隔斷，對局部的漏水點采用木楔、棉布和快速凝結(jié)堵漏材料進行封堵，安排水泵進行鋼套箱排水。

完成滲水點封堵和排水后，切除抱箍吊桿，開始承臺基礎管樁樁頭切除，澆筑150mm厚混凝土墊層找平。

4.6承臺施工及側(cè)板拆除

待墊層澆筑完成，搭設鋼套箱頂部施工平臺，開始承臺分層施工。承臺先完成水下部分混凝土澆筑，再進行上部承臺施工，承臺混凝土分層之間按設計要求設置剪力鋼筋，如圖6所示。

承臺施工完成，并完成主墩塔吊安裝，開始進行承臺側(cè)板的分片拆除。先將側(cè)板做臨時固定，潛水員水下完成螺栓的拆除，拆除人員在水上用撬棍將側(cè)板與承臺剝離。連接螺栓銹蝕，無法正常拆除的，采用氧-弧水下切割法切割。鋼套箱底板及封底混凝土與樁連成整體，不進行拆除。

5質(zhì)量安全保證措施

（1）船吊起重性能按照履帶吊性能表的80%考慮，駁船順水流方向定位，完成拋錨后方可開始吊裝作業(yè)。吊裝時，駁船離混凝土管樁或鋼套箱凈距保證3m以上，避免風浪波動，船體撞擊造成樁身斷裂或鋼套箱變形。

（2）每天潛水員水下進行抱箍高強螺栓緊固前，應校核水下氣動扳手的緊固力。

（3）所有水上施工人員必須穿救生衣。大風浪高天氣停止施工，確保已下放但未完成調(diào)整的鋼套箱模塊與抱箍臨時鎖緊。

（4）航道設置導航燈標識，夜間提供照明;航道一側(cè)側(cè)板預先搭設施工平臺，并設置內(nèi)支撐，防止航行船只撞擊鋼套箱，造成側(cè)板變形。

（5）根據(jù)當時的原材進行水下封底混凝土試配，保證水下澆筑質(zhì)量。因混凝土泵送水平距離較遠，施工過程中嚴格檢查控制混凝土和易性。

6結(jié)語

登嘉樓開啟橋項目兩個主墩承臺的施工，設計采用混凝土預制管樁基礎，先進行管樁施工，再安裝鋼套箱，形成承臺施工干作業(yè)環(huán)境。底板分塊加工和安裝，解決了當?shù)丶庸み\輸問題，避免了大型機械的投入，在溝槽內(nèi)澆筑封底混凝土，大大降低了施工難度和成本。當?shù)貪撍畣T數(shù)量多，充分發(fā)揮了當?shù)刭Y源特點。很好適應了項目需求，施工質(zhì)量和施工安全得到了保證，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

封底混凝土澆筑效果較好，抽水后無滲漏點。相比之下底板模塊與模塊之間的壓板連接，受底板模塊安裝精度影響，有滲漏點。根據(jù)封底混凝土的實施效果，模塊高度可以適當降低，以減小鋼套箱整體的用鋼量。

參考文獻

[1]吳鋒.杭州灣跨海大橋海大型承臺鋼套箱施工過程受力分析[J].水運工程，2007（5）：93-97.

[2]范遠林.鋼抱箍法施工高樁承臺可行性研究與應用[J].市政技術，2017，35（6）：51-53.

收稿日期：2020-08-01

作者簡介：潘孝金（1973—），男，安徽舒城人，本科，高級工程師，研究方向：工程施工技術研究與管理。