集美大桥锁口式钢套箱围堰设计与施工

鲜正洪，粟学平

(路桥华南工程有限公司，广东 中山 528403)

国内已有过锁口式套箱围堰的施工方法。孙建勋［1］结合青岛海湾大桥水中墩施工实例，对锁口式钢套箱围堰的工艺原理及所需材料设备做了简要介绍。杨顺民［2］根据厦门跨海特大桥水中承台数量多、工期紧、套箱围堰施工要求周期短等不利特点，采用了锁口套箱围堰的独特设计思路，重点介绍了锁口套箱围堰各工况受力状态下的计算结果。文献［3］介绍桂林解放桥重建工程中平衡拱桥水平推力的基础，实施中所用锁口钢管帷幕桩围堰的设计、试验和施工技术，取得了较好的效果。

本文以集美大桥为例，介绍了海上锁口式钢套箱围堰设计及施工工艺，解决了潮涨潮落浅滩处承台拆除难题;提高了套箱围堰的止水性能，解决了一系列问题，可为以后类似施工提供一些参考。

1 工程概况

集美大桥是厦门出岛交通网络规划中的跨海通道之一。大桥位于厦门岛北部的浔江海域，南接厦门本岛湖里区，北连集美区，东临东海。该大桥C2合同段主要为中引桥，共有 29个墩(27#～55#墩)，全长1 500 m，包括道路桥和 BRT桥下部结构的348根基桩、87座承台和87座墩身。本合同段承台根据功能划分为道路桥和BRT桥，道路桥又分为RA类和RB类，BRT桥分为BA类和BB类。所有承台顶高程设在+0.5 m处，均采用四边形圆倒角承台，圆倒角半径1.35 m。地表水主要为海水，对混凝土具有腐蚀作用，承台采用C45高性能防腐蚀混凝土。集美大桥海域的潮汐类型属于正规半日潮，根据一段时间的观测，最高水位约为3.5 m。由于缺乏系统资料，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年一遇波浪高度为2.88 m。桥位处海床最大一般冲刷为0.5 m，最大局部冲刷为3.8 m。

工程区地层分别为填筑土、填砂、淤泥、粗砂、残积亚黏土、脉岩残积亚黏土。基岩为强风化至微风化的花岗岩、脉岩。

2 锁口式套箱方案设计及施工工艺［4-6］

2.1 承台施工特点

工程承台体积大，高性能防腐混凝土施工须采取温控措施。要求在60 d内完成一个墩位上的3幅承台套箱和墩身施工，规模大、工期紧。钢套箱加工精度要求高，桥址区常受台风袭击，平均每年受6～7次台风影响，且降雨较多(平均降水量为1 183.4 mm)，在环境恶劣的浔江海域中准确安装、定位难度大。除此之外，工程处于南北主桥中间，施工作业线长，水上作业船舶多，栈桥干扰频繁，且可能与相邻合同段之间产生干扰，施工组织难度大，工作面难以展开。

2.2 锁口式套箱方案设计

通过比较和多方讨论，决定采用单壁无底钢套箱作为承台止水围堰和承台模板。拟定套箱总高度为9.5 m，顶高程为+4.5 m，底高程为-5.0 m。套箱分成上下两节，为尽量使平缝高出承台，应尽量将平缝提高，这样可使平缝拆除方便、减小水压力作用。为了能满足套箱拼装时吊装能力的要求，还应使上下两节重量相差不大。综上所述，设计底节长6 m，顶节长3.5 m，为减少拼缝和套箱的有效周转，套箱按最小承台RB类承台为母板，每节分成8块，另三类承台通过增加75 cm、105 cm、100 cm宽度拼装而成。RB类套箱总体布置如图1所示。

图1 RB类套箱总体布置(单位:cm;高程:m)

2.3 钢套箱卡口式捆绑连接设计

根据每个承台海床面的高低选择卡口连接方式，海床面以上采用螺栓，海床面以下采用卡口捆绑。这种接缝处理方式可解决部分套箱在淤泥的拆除，既能保证施工质量又能提高施工工效、节约成本。承台浇筑完成且强度达到后，即可拆除套箱，利用卡口承担潮水和土压力作用的剪力，而钢丝绳捆绑承担拉力。因此，只需拧开绳卡，将钢丝绳抽出，底节套箱即能松开，便于分节段顺利吊出，见图2。卡口结合钢丝绳捆绑在套箱围堰的应用，有效解决水中、淤泥中套箱的拆除难题，成倍地加快了套箱施工进度。钢管钢丝绳的捆绑，结合接缝处的阴阳接头处理，接口密实，止水性好，有效解决了套箱接缝的漏水。套箱安拆方便快捷，套箱变形小，是一种良好的套箱接口处理方式。

图2 卡口结合钢丝绳捆绑连接拼装

2.4 锁口式套箱施工工艺流程

2.4.1 施工平台拆除

基桩检测合格后方可拆除钻孔平台并对套箱范围内的海床进行第一次清淤。①范围:按平台钢管桩以内的整个范围施工。②深度:在封底混凝土下设置0.5 m厚的砂袋隔离层，以提高封底混凝土的质量，按“封底混凝土1.4 m、砂袋层0.5 m”反算坑底高程为-4.7 m至-3.9 m不等。

2.4.2 拼装套箱下沉支架及动力系统

1)承台套箱下放时为避免钢护筒局部失稳，应在钢护筒内设置十字撑，以增强其稳定性。

2)拼装托架的搭设应尽量避免异物掉入河床内，以免影响承台套箱的正常下沉。

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3)承台套箱下放的动力系统主要由8台10 t手拉葫芦组成，每边各设置2台，设置应均匀、对称。

2.4.3 转运、拼装和下沉

1)在运输、拼装过程中严禁野蛮作业，避免发生扭曲变形。套箱围堰壁板与封底混凝土、承台混凝土接触部分不得有焊疤，以免增加拆除难度;套箱板转运时应按拼装顺序进行转运。

2)导向采用型钢制作，且与钢套箱之间的间隙控制在2 cm以内。应进行测量放样，施工时确保其竖直后再进行焊接。

3)用一台50 t履带吊将套箱板吊在托架上进行拼装，套箱板间要加橡胶垫(厚1 cm左右)，橡胶垫对接时采用企口形式。连接螺栓要分次紧固，经多次调整仍不能对齐的螺栓孔，可用小一级的螺栓(φ20 mm)连接。套箱板外形尺寸经过调整后，安装外围囹，然后按照设计位置焊接内支撑和拉杆。

4)套箱下沉时要统一指挥，若发现套箱平面位置(全过程测量监控)和垂直度偏差过大，应及时停止下沉，查明原因，纠正偏差后继续下沉。下沉到位后，对套箱板平面位置、外形尺寸、高程等进行全面检查，检查合格后固定套箱板于主护筒上。

2.4.4 清理基底

套箱下沉到位后，适当清理整平海床淤泥，并对封底混凝土厚度范围内的钢护筒进行清理，然后施工砂袋垫层。

1)潜水工在进行清理海床淤泥时应尽量控制海床至设计高程，以确保砂袋垫层厚度。砂袋的抛投过程中应尽量避免砂袋碰撞护筒及内支撑，以免砂袋破坏。砂袋应码放平整，潜水工码放砂袋时应控制好砂袋顶高程，以确保封底混凝土的厚度。

2)承台封底混凝土底部高程分别为-3.4 m、-3.7 m、-3.9 m，封底厚度为1.4 m。为避免潮涨潮落的水头变化对封底混凝土造成不利影响，在套箱上开设2个连通管，保证内外水头一致，不存在水头差。

3)封底前清理围堰壁和护筒四周的淤泥，并在套箱壁板内外堆砌砂袋以防止套箱反穿和涌沙、涌水。

4)在封底混凝土浇筑前，测量人员使用GPS在钢套箱内壁及桩身上标出封底混凝土顶面高程，以此控制封底混凝土的高程。

3 钢套箱围堰渗漏问题的处理

3.1 渗漏原因

1)竖向和横向连接角钢和面板均不够平整，焊接后严重变形，连接处的橡胶垫无法形成致密的接缝而形成渗漏，这是渗漏主要原因。

2)砂袋垫层下面为流塑状淤泥，封底混凝土下料时容易将淤泥翻起，夹在封底混凝土内，形成薄弱环节，抽水后被击穿，形成渗漏。

3)套箱拼装顺序出错，把底节内外围囹拼装顺序搞反，导致封完底解除底节内支撑后套箱变形，使混凝土与套箱壁板脱离并且漏水。

4)封底混凝土质量不稳定，局部混凝土和钢护筒、套箱壁板粘结不牢，产生渗漏。

3.2 渗漏处理

1)首先从结构上对钢套箱的设计进行优化。改正套箱底节内外围囹拼装顺序，防止混凝土与套箱壁板脱开造成渗漏。在角钢上加焊三角板加劲，提高其刚度，改善接缝平整度，套箱平缝渗漏有效好转。

2)更换压缩性高、厚度一致的橡胶垫，减少橡胶垫接缝，尽量整块地铺垫;接缝采用“堵漏王”、沥青等处理，有效提高了套箱防渗性能。

3)为避免淤泥翻起，抓泥宜超深50 cm，再抛砂袋回填挤淤，尽量铺设均匀，同时派潜水人员或者在低潮水位时进行水下铺平，杜绝淤泥等杂物夹在封底混凝土中，形成薄弱部分而在高潮水下反穿。

4)围堵结合。采用抓斗在套箱外围抓泥回填，最大限度地减少外围水压力，再利用棉纱结合膨胀胶进行内部塞填处理，对渗漏严重的则利用低潮位完成承台的浇筑，保证了承台的施工在无水状态下进行。

通过采取以上措施和加强施工现场管理、优化施工工序，钢套箱渗漏问题得到有效控制，止水效果明显，减少了套箱堵漏时间。

4 结语

本文介绍了集美大桥锁口式钢套箱围堰的设计，解决了潮涨潮落浅滩处下卧式承台套箱的拆除难题，提高了套箱周转利用率，节省了施工费用。所采取的相关措施有效提高了套箱的止水性能，解决了套箱渗漏问题，保证了承台施工质量，希望能为日后浅滩处下卧式承台施工提供一些参考。

［1］孙建勋.青岛海湾大桥锁口式钢套箱围堰设计与施工［J］.施工技术，2009，38(11):109-112.

［2］杨顺民.厦门跨海特大桥锁口套箱围堰设计［J］.铁道建筑，2009(9):32-35.

［3］孟钢，刘晓霞.大型推力基础中锁口钢管帷幕桩的设计与施工［J］.桥梁建设，2002(5):67-70.

［4］钟振云.深水基础围堰施工方案比选［J］.铁道建筑，2009(2):6-8.

［5］熊建辉，孙建华，聂井华.水中墩基础施工用锁口式钢围堰:中国，IL 022236430［P］.2003-03-05.

［6］中华人民共和国国家标准.GB50017—2003 钢结构设计规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2003.

［7］中华人民共和国国家标准.GB50205—2001 钢结构工程施工质量验收规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2001.