水中承台钢吊箱围堰施工总结

刘琼福

(福建省交通工程监理咨询公司)

1 工程概况

1.1 工程简介

泉厦高速公路扩建工程A2 合同段沉州特大桥主桥新老桥采用分离设计，引桥新老桥采用梁片拼接的设计方案。全长3 087 m，其中主桥长500 m，上部构造为连续T 梁(引桥)及现浇变截面箱梁(主桥);主桥桥型布置为:50 +5 ×80+50 m 变截面连续箱梁。下部构造为桩基础墩柱，主桥下部墩柱为直径4 m 钢筋混凝土实心墩，基础为6 根直径2 m钻孔群桩。

其中64～67 号墩为桩基承台在水中，各个承台具体尺寸和高程分别如下:

序号 墩号 承台尺寸 顶高程 底高程 河床高程1 65 左13.4×8.4×3.5 +0.500－3.000－4.500 2 65 右 13.4×8.4×3.5 +0.500－3.000－4.500 3 66 左 13.4×8.4×3.5 +0.500－3.000－7.500 4 66 右 13.4×8.4×3.5 +0.500－3.000－7.500 5 67 左 13.4×8.4×3.5 +1.500－2.000－2.500 6 67 右13.4×8.4×3.5 +0.500－3.000－4.000

1.2 工程水文情况

泉州大桥(沉洲特大桥上游500 处)水位站1955～2003年实测水位资料统计分析数据:

最高洪水位:6.81 m(1961年9月13日);

最高潮位:4.71 m(2001年10月18日);

最低潮位:－2.23 m(2003年12月25日);

平均高潮位:2.89 m;

平均低潮位:－1.16 m;

最大潮差:6.22 m(2003年11月25日);

最小潮差:0.91 m(1973年2月27日);

平均潮差:4.05 m;

平均涨潮历时:4 h 42 min;

平均落潮历时:7 h 58 min;

50年一遇最高水位:4.84 m;

50年一遇低潮水位:－1.91 m。

1.3 .工程地质情况

晋江流域属于现代河流阶地或冲海积区，地形较平缓，冲海积层较厚，且多见软土分布，弱、微风化基岩埋藏较深。地表上覆第四系全新统长乐组海陆交互相沉积层(Q4cmc)，下部为残积层(Qe1);下伏基岩为燕山早期侵入花岗岩(γ52)及其风化层。

污水河河床面为淤泥，深4 m 左右;下伏砂，深3 m 左右;砂层以下粘土层，深15 m 左右;粘土层下为基岩。

根据设计提供的资料参数、现场实地调查情况和现在物资材料等，综合衡量后，初拟用钢吊箱围堰的施工方案。

2 拟用施工方案的确定

根据现场的调查、插打、摸底后，确定拟采用钢吊箱围堰的施工方案。

2.1 栈桥平台设计

栈桥平台采用φ530 钢管插打。

施工平台沿承台外侧的钢管桩主要是用来承载钢吊箱自重的临时承托系统，承台左侧的施工平台是用来吊装吊箱底模及各向模板之用。

平台顶高程+5.65 m，下放套箱时的承重架底面标高取为+3.5 m。

2.2 钢吊箱参数确定

因承台设计底高程各不相同，所以吊箱高度也有所不同，根据设计图纸，除67 号墩左幅承台底高程为－2.00 m外，其余各个墩位承台底高程均为－3.00 m，则相应的吊箱规格如下:

(1)吊箱顶高程确定

吊箱设计容许在大潮到来时箱体内注水平衡，顶面高程取+3.5 m;

(2)吊箱底高程确定

设计底高程为－2.00 m 时，经验预估封底厚度为1.2 m，则吊箱底高程为:－2.00－1.2 =－3.2 m

设计底高程为－3.00 m 时，经验预估封底厚度为1.2 m，则吊箱底高程为:－3.00－1.2 =－4.2 m

(3)吊箱高度的确定

设计底高程为－2.00 m 时，吊箱高度为:3.5－(－3.2)=6.7 m，取7 m。

设计底高程为－3.00 m 时，吊箱高度为:3.5－(－4.2)=7.7 m，取8 m。

(4)钢吊箱平面尺寸的确定

钢吊箱设计直接做为承台模板，因此其钢结构内壁尺寸为13.5 ×8.5 m，略大于承台设计尺寸，即比承台尺寸每边放大5 cm。

2.3 钢吊箱设计工况及施工工艺流程

(1)钢吊箱设计工况

钢吊箱设计极端工况有两个:

①最高潮水位时基坑封底、抽水完毕，计算工况为最大浮力检算;

②最低潮位时承台混凝土浇注完毕，计算工况为最大承载能力。

为最大限度避免水下作业工序、确保吊箱安全等角度考虑，在封底全部结束前在平均低潮位以上1 m 位置设置减压孔，以避免对封底混凝土施工产生不利影响。

在封底完成后以3.5 m 高程作为施工使用高程，容许在出现大潮时对吊箱内采取注水平衡的措施，以降低施工风险。

封底混凝土厚度的确定。

①封底混凝土必须有足够抵抗封底混凝土及围堰整个被浮起的能力。混凝土底面在受到内外水头压力差的作用下，钢吊箱围堰和封底混凝土之间的粘结作用不至被静水压力破坏。

②在钢吊箱围堰整体能稳定时，封底混凝土必须在抵抗向上的水压力及其它荷载时能正常工作，不至于产生向上挠曲和折裂使围堰穿孔。

通过设计验算确定封底混凝土厚为1.2 m。

通过对钢吊箱的底模、侧模、内支撑系统分别建立:在未浇注混凝土时，最大潮水位钢吊箱内外水头差压力的极端工况设计验算模型;和浇注混凝土过程中或混凝土未终凝的情况下，最低潮水位钢吊箱内外水头差和混凝土向外压力的极端工况设计验算模型。

利用Midas 软件进行结构设计和结构承载力验算，保证拼接后钢吊箱的承载力和刚度满足施工规范要求。

(2)钢吊箱施工流程及各流程施工控制要点。

①在高程3 m 处焊接临时牛腿，拼接底模。

首先在钢护筒定测量高程，将临时承托底模用的牛腿焊接成型，数量按照每个钢护筒四个控制，完成后将底模(桩基位置底模开口比钢护筒直径大10 cm，有利后序密封圈封堵。)拖运到墩位处安装就位，并焊接吊挂系统，以进行下一步施工准备。

②在护筒顶拼装悬吊架，安装吊杆

将底模吊挂承托井架在钢护筒顶部安装就位并将吊挂用构件安装完毕。

③拼侧模，安装内支撑垫板。

安装侧模:在底模上放好侧模的位置，侧模安装顺序从角点开始，先安装横桥向侧模，再安装与之相连角点处的侧模以构成一个稳定结构。后按同样顺序对称安装另一角点的侧模。安装完毕，仔细检查连接的可靠性及安装精度。

④下放吊箱至设计高程，焊接安装对口内支撑，斜撑暂不安装。

承台钢吊箱下沉:必须由统一指挥人员进行指挥，所有手拉葫芦同时松动均匀下沉，严格控制倾斜、扭转、偏移。钢吊箱下沉后，检查各处标高，保证吊箱底面、顶面的水平及钢吊箱垂直度。钢吊箱底面下沉至设计标高后，精确调整钢吊箱平面位置和底面标高，使其各项指标符合设计和规范精度要求后，对钢吊箱进行定位，保证钢吊箱不会前后左右移动和上下浮动。

⑤潜水员下放密封圈，低潮位时在0 m 高程位置开设减压孔

⑥浇注第一层0.8 m 厚封底混凝土，焊接高度50 cm 联结钢板将底模吊点与护筒联结成整体。

承台封底混凝土浇注:封底混凝土是保证套箱稳定和承台浇注质量的重要临时结构，一次浇筑完成。采用垂直导管法灌注封底混凝土，在桩基与桩基正中间布置浇筑点。接头处用橡胶圈密封防水。导管使用前先进行试拼，试压。

封底混凝土的坍落度控制在18～22 cm，初凝时间不少于10 h，采用5～25 mm 碎石，其和易性等必须达到施工工艺要求。混凝土供应速度不小于40 m3/h，边浇筑时边进行观测，严格控制各浇筑点达到浇筑标高。注意保持钢吊箱内、外水头基本一致，减少因吊箱内壁水头升高对底板增加的荷重和对侧模增加内压力。

要求必须等封底混凝土强度达到后才能抽干水进行施工，且抽水过程中分阶段进行，注意对侧横加第二道内支撑，避免因内外过压力过大造成侧横变形。

⑦浇注第二层0.4 m 厚封底混凝土

注意对每个护筒周边的四个支撑杆进行两面焊接，焊缝长度不小于50 cm，且焊缝厚度大于8 mm。焊接完成后，清洗封底层，浇注第二层封底混凝土。

⑧拆除顶部吊架系统，封闭减压孔。

要求必须等封底混凝土强度达到后，才能拆除吊架系统。

⑨拆除第二道内撑，割除多余护筒，焊接第一道斜撑，凿除桩头，清理基底。

⑩绑扎承台、墩柱钢筋，浇注承台混凝土。

⑪施工完墩柱后拆除吊箱侧模。

［1］泉厦扩建工程A2 合同段施工设计图纸.

［2］公路桥涵施工技术规范.

［3］钢结构设计手册.

［4］晋江水文调查资料.

［5］现场实际调查资料.

［6］Midas 结构验算软件.