4、有底钢套箱围堰施工工艺工法

1、有底钢套箱围堰施工工艺工法（QB/ZTYJGYGF-QL-0204-2011）桥梁工程有限公司 张洪伟 杨洋1 前言1.1 工艺工法概况有底钢套箱又名钢吊箱，是为深水高桩承台施工而设计的临时隔水结构，在大跨深水桥梁的基础施工中得到广泛的应用。1.2 工艺原理有底钢套箱是通过套箱侧板和底板上的封底混凝土围水，为高桩承台施工提供无水的施工环境。2 工艺特点有底钢套箱与无底钢套箱相比，受水深的影响相对较小，水流阻力小利于通航、材料用量少，施工工期短，施工难度小。且利用护筒及其它措施定位较为容易、定位精度高；封底混凝土受底板约束，质量易于保证，数量准确；套箱悬挂于支撑系统上，不接触河床，避免了河床高低

2、不平的影响。3 适用范围适合于高桩承台，或承台下为较厚的软弱土层、且水深流急时，多采用有底钢套箱作为支撑、防水结构来进行深水基础施工。4 主要技术标准公路桥涵施工技术规范（JTG/T F50）铁路桥涵施工规范（TB 10203）铁路桥涵工程施工质量验收标准（TB 10415）城市桥梁工程施工与质量验收标准（CJJ 2）钢结构设计规范（GB 50017）5 施工方法有底钢套箱一般均采用先桩后围堰施工方法，围堰的安装主要有墩位组拼和场外组拼两种。墩位组拼：采用在岸上加工场分块加工，驳船运输至墩位处，浮吊或其他吊装设备分块吊安，组拼成整体后分节段下沉就位，底板封堵、清理、灌注封底混凝土，抽水、体系受

3、力转换，承台混凝土施工。场外组拼：采用在岸上加工场分块加工并组拼成节段，然后整体或分节段拖运至墩位处下沉就位，底板封堵、清理、灌注封底混凝土，抽水、体系受力转换，承台混凝土施工。6 工艺流程及操作要点6.1 施工工艺流程有底钢套箱主要有墩位组拼和场外组拼两种，其施工工艺如下：墩位处安装拼装平台钢套箱加工、质量检查安装底板、壁板安装内支撑水平定位系统及导向系统的安装钢套箱整体下放吊箱平面纠偏及竖向锁定封底混凝土浇注抽水、内支撑安装承台混凝土浇注桩图1 施工工艺流程图6.2 操作要点6.2.1 有底钢套箱设计1 水文地质技术参数的选择当承台地面距河床面较高，或承台以下为较厚的软弱土层、且水深流急时

4、，目前多采用有底钢套箱作为防水措施来进行深水基础施工。2 钢套箱壁板及加劲肋、底板、支撑系统技术参数的选择钢套箱壁板结构技术参数按最不利受力状态计算选取，壁板计算荷载为静水压力和动水压力及风力。沿围堰高度将侧板取出单位水平环体进行受力反洗，壁板可以看作是由加劲肋支撑的多跨连续梁。根据壁板的计算，可确定竖向加劲肋间距。地板主要承受恒载灌注封底混凝土重量，底板由底板、底板吊梁、底板加劲肋构成，底板一般为10mm钢板，吊梁和加劲肋根据计算布设。内支撑系统计算与围堰板计算相关，所以在侧板验算的同时完成内支撑的计算。3 锚锭系统的选择由于有底套箱是在钻孔灌注桩完成后的后续工序，只是承台施工的挡水结构，它

5、在定位、导向和施工期的稳定都依托于已成群桩。在套箱下沉就位时的导向、定位依靠围堰自身的结构设计。只在水流较急的施工水域下沉时设置纠偏缆，但仅用于少量的调整。4 封底混凝土选择封底混凝土的选择条件为吊箱抽水后再高潮位时的抗浮稳定性验算。5 主要验算项目及验算方法当吊箱结构尺寸拟定后，根据施工时节段分析进行结构设计验算，计算内容主要有吊箱拼装下沉计算、吊箱结构设计计算、封底混凝土施工节段计算、抽水后吊箱抗浮计算。1）钢套箱壁板及加劲肋验算。壁板承受水平荷载。其最不利工况为抽水施工阶段，取此工况受力荷载组合进行壁板计算。其受力荷载组合为：风力+静水压力+动水压力+波浪力荷载。计算时壁板可看作由加劲肋

6、角钢支撑的多跨连续梁，荷载为均布水压力q，按塑性结构分析，则计算弯矩取。选定钢板厚度，按公式即可确定竖向加劲肋间距，壁板水平肋的间距布置用以确定加劲肋规格。2）底板主要承受灌注封底混凝土恒载和吊箱静载，最不利受力工况为封底混凝土灌注阶段。底板荷载：式中 混凝土浮容重； H混凝土灌注高度；G单位面积底板重量。底板结构布置为格构形式。根据格构布置，底板可按双向板两端简支，两端固定计算。底板梁计算按底板吊杆的设计进行验算。3）支撑及悬吊系统计算。内支撑系统与套箱侧板计算相关，计算思路为作用在两水平横肋之间的力按简支计算，得出支座反力作用在竖向大肋上，再根据拟定的内支撑的布置进行验算。悬吊系统以承受竖

7、向荷载为主，分两种工况进行验算。（1）起吊下放是悬吊系统构件计算，计算方法同常规钢结构计算。（2）承担灌注的封底混凝土重量。利用有限元分析各吊杆的受力，确定吊杆规格。4）封底混凝土验算。（1）封底混凝土强度计算。荷载取值 式中 水的容重； 计算水深；混凝土的容重； 封底混凝土厚度；考虑波浪力作用。将封底混凝土按连续梁模式采用有限元分析方法来计算封底混凝土的拉、剪应力，检验其是否符合相关要求。拉应力验算： 式中 M封底混凝土容许弯矩； 封底混凝土容许拉应力；封底混凝土计算弯矩。剪应力验算： 式中 Q封底混凝土剪力； A封底混凝土剪切面积；容许剪应力。（2）吊箱在最低水位条件下沿桩身下滑的简算。

8、K=F/G式中 G钢套箱自重、内支撑自重、封底混凝土重、承台自重； F钢吊箱所受浮力（浮力计算扣出钢护筒排开水的体积产生的浮力）、封底混凝土握裹力（握裹系数去10t/）；K安全系数，取1.11.2。（3）钢套箱抗浮计算。计算抗浮稳定性应考虑在最高水位条件下的浮力式中 G钢套箱自重、内支撑自重、封底混凝土重、封底混凝土握裹力（握裹系数取10t/）； F钢吊箱所受浮力（浮力计算扣出钢护筒排出水的体积产生的浮力）；K安全系数，取1.11.2。6.2.2 钢套箱加工制造总体要求及精度控制加工制造用的钢材应满足以下要求：Q235钢应符合现行国家标准碳素结构钢的规定； Q345钢应符合现行国家标准低合金结

9、构钢(GBl591)的规定。钢套箱加工选用的焊条、焊丝必须符合现行国家标准。焊缝检验：1 焊缝高度的检验。焊缝尺寸允许偏差应符合钢结构工程施工质量验收规范的规定。检验方法：用焊缝量规检查。2 外观检验。所有焊缝均应冷却后进行外观检查，并填写检查记录。所有焊缝不得有裂纹、未熔台、焊瘤、夹渣、未填满及漏焊等缺陷，不得有外观检查不合格的焊接件，在未返修合格前不得进入下一道工序。3内部质量检验。对钢吊箱下放吊点位置的受力焊缝应沿焊缝进行全长超声波探伤。对在现场施焊的壁板与底板、底板防撞桁架以及内支撑之间的焊缝进行全长超声波探伤检测。检验不合格件，在未返修合格前不得进入下一道工序。表1 加工精度控制序号

10、项目允许偏差1外形平面尺寸偏差0，+60mm2内口平面尺寸偏差0，+50mm3外形对角线尺寸偏差0，+85 mm4内口对角线尺寸偏差0，+70 mm5壁板倾斜度H10006 壁板面板平整度5 mm7高度偏差0，-30 mm8拼装完成后吊箱轴线偏差100mm 6.2.3 钢套箱整体吊装、分节吊装钢套箱整体吊装：当钢套箱平面尺寸较小，重量较轻时，采用在岸上加工场分块加工，然后组拼成整体，整体吊装至墩位下沉就位。钢套箱分节吊装：当钢套箱整体重量较重，高度较高时，根据吊装设备的允许吊装重量，可以在岸上分块加工，分节组拼，然后分节吊装。6.2.4 钢套箱拼装根据拼装钢套箱时下方支撑形式的不同，钢套箱墩位

11、处分块组拼有两种形式：1 利用已有墩位钻孔平台作为拼装钢套箱时的支撑。在墩位平台上拼装钢套箱，接高钻孔灌注桩钢护筒，在其顶面设起吊分配梁起吊钢套箱。并将钢套箱临时吊挂于钢护筒支撑牛腿上。拆除墩位平台，解除临时吊挂，将钢套箱缓缓下沉就位。然后转换吊点，由多根吊杆将钢套箱吊挂于钢护筒支撑钢牛腿上。2 以钻孔灌注桩钢护筒为拼装钢套箱时的支撑。在钻孔灌注桩钢护简上同一水平高度焊接承重牛腿，在牛腿上放置钢套箱底梁，然后在底梁上铺设钢套箱底板，将侧板在底板上拼装成箱体。也可在牛腿上搭设平台，由驳船将块件运至平台上拼装。在钢护筒顶面设千斤顶支架，由千斤顶起吊钢套箱，割除牛腿，下沉钢套箱。此法不需要大型起吊设

12、备，起吊时受周围环境的影响相对较小。6.2.5 钢套箱水密试验钢套箱每个分块加工完成后，应对焊缝进行煤油渗透试验。即用刷子在焊缝两侧刷上石灰水，待其干后在套箱内侧焊缝刷上煤油，等3060 min后察看套箱外侧是否有煤油渗透痕迹。试验检查不合格的部位应进行补焊，补焊后还须进行复验。钢套箱壁板在现场拼装完成为整体后，对现场拼装焊缝同样要求进行煤油渗透试验，保证套箱壁板整体水密性能良好。6.2.6钢套箱测量放线用全站仪在平台上将该墩的纵横轴线放出，并标示于平台上。在钢套箱的外壁板上标示出钢套箱的中心线，下放过程中，严格控制壁板中心与平台上标示的纵横轴线对齐。6.2.7钢套箱下沉1 缆索吊机辅助下沉采

13、用缆索吊机时，不歪拉斜吊，不准在重物上、重物下站人，与吊运无关人员隔离索道50m以外。吊离地面20cm，停留10min，经检查无异常情况进行起运。当运至墩位停留，待停止摆动，徐徐下降，对位后入水。浮吊辅助下沉：钢围堰在工厂制作好后拖运至施工现场，然后用驳船运至桥墩位置水域根据设计的吊点，用浮吊直接起吊钢套箱下沉就位。将钢套箱吊挂于钢护筒顶部所设钢牛腿上。2 墩位作业平台上简易设备(链条葫芦、铰车等)辅助下沉当为中小型钢套箱时，可以将在岸上分块加工的钢套箱运至墩位作业平台上组拼。在钻孔钢护筒上设起吊分配梁，起吊钢套箱，并将钢套箱临时悬挂于钢护简支撑牛腿上。拆除墩位平台，解除临时吊挂由起吊滑车组将

14、钢套箱缓缓下沉就位。然后转换吊点，由多根吊杆将钢套箱吊挂于钢护筒支撑钢牛腿上。3 钢套箱下沉时的纠偏措施有底钢套箱下沉时，由于底板上在钢护筒位置处均设有开孔，底部平面位置能够得到控制，下沉过程中控制的主要是顶面平面位置。因此可以用设于平台上的链条葫芦等简易设备通过系于钢套箱四周的拉环，通过不断的调整对钢套箱进行纠偏。6.2.8 钢套箱定位1 水流流速较小时的简易定位措施根据水流速度，计算水流冲击力，在钻孔平台每边钢管支撑桩上设置倒链葫芦，钢套箱边下沉，边用倒链葫芦调整，以调整好套箱水平位置。2 水流流速较大时的定位措施当水流流速较大时，水面以上的水平定位可以用设置于钻孔平台钢管支撑桩上的倒链葫

15、芦，对钢套箱进行水平纠偏。水面以下钢套箱底部的定位则通过倒向滑车，将钢丝绳一端系于钢套箱底部的拉环上，一端系于平台横梁上的倒链葫芦，通过倒链葫芦进行调整。6.2.9 钢套箱底部处理钢套箱底板在每个护筒周围均开有孔，以便于钢套箱的下放。所开孔于护筒之间存在较大的孔隙。当钢套箱下放到位后，需采用措施将该部分孔隙封堵，防止在浇注封底混凝土的过程中出现漏混凝土的现象。底板封堵技术属于钢套箱施工关键技术之一，是后继施工顺利进行的重要保证。6.2.10钢套箱封底混凝土施工1封底平台的设计。封底平台作为承台封底施工的结构设施，其布置原则如下：（1）需保持封底混凝土施工的方便性和安全性。（2）充分利用内支撑及

16、钢护筒作为支撑，保证结构可靠、经济。（3）兼顾考虑导管的布设。（4）便于各区域周转。封底平台的主梁根据检算结果采用型钢制成，并在钢护筒顶面及内支撑顶面进行搭设。再采用小型型钢将主梁连接成整体，并在其上铺设木板形成平台。2自流平混凝土的设计。为减少导管点的布设和增大混凝土的流动性，使封底混凝土表面平整均匀，需进行自流平混凝土的设计。采用双掺技术，增大砂率，增加胶凝材料用量，使配置的混凝土具有很好的和易性和流动性，具有自流平、自密实的特点。具体性能指标要求如下：（1）强度不小于设计强度。（2）坍落度1825cm。(可以根据需要选定)（3）初凝时间不小于通过计算所得的混凝土最终浇注完成需要的时间。（

17、4）7d强度不小于28d强度的90%。3导管的布设。封底混凝土的浇注方式通常有全高度方向斜面推进和全平面整体均匀抬高浇注两种方式。导管的布置以上述其中一种方式为原则进行布置。导管的布置原则：导管远离护筒50cm以上，避免混凝土直接冲击封堵板，确保护筒周围混凝土厚度。导管布置半径35 m，以此确定导管的数量。导管的转移：每根导管口浇注到设计高程后，根据封底混凝土浇注顶高程情况，转移至较低位置，导管底口距离混凝土顶面1520 cm，按照首批混凝土浇注要求进行导管二次封口。4混凝土浇注。（1）首盘封底混凝土的浇注。首盘混凝土封口前，用测锤从导管内测出导管下口与套箱底板的距离，调整为20cm左右。首盘

18、混凝土采用8m大料斗。首先通过导管旁大料斗将导管上方2m小料斗装满混凝土，关闭大料斗阀门，开始在大料斗内注满混凝土。大料斗快装满混凝土时，打开大料斗阀门，同时打开小料斗阀门，泵管不断放料，完成首盘封底混凝土浇注。封底混凝土下放完后，要求导管埋深0.40.6 m。在导管口及附近布设测点，及时测量其埋深与流动范围。（2）正常浇注混凝土。首盘封底成功后，即进入正常浇注阶段，此时可将大料斗提走，直接采用小料斗或导管直接浇注混凝土。为保证导管出口有一定的埋深，在混凝土浇注顺利时尽量不提升导管；需要提导管时，采用浮吊或缆吊慢慢提升，提升高度控制在导管底口在混凝土面以下100cm，提升点处的混凝土高度要勤量

19、勤测，杜绝提漏导管的现象发生，严格以实际测量深度为提管依据。浇注位置混凝土高度达到设计要求后，根据监测结果，将导管移至需浇注位置进行循环施工。5封底混凝土高程的控制。为控制混凝土的浇注高度，同时掌握混凝土的扩散情况，为导管移位提供依据，浇注过程中必须加强监测。根据套箱的封底面积，确定测点位置。测点布置要保证每根导管和护筒附近布设测点，同时对套箱边角位置布置测点。测锤采用钢板焊接成三角锥形。测绳使用前要在水中浸泡48h，校核其长度。混凝土浇注前，沿测点逐点量测初始长度，并在平台固定位置做出标记，测出平台高程，作为控制封底混凝土顶面高程的依据。混凝土的顶面控制在距封底混凝土顶面设计高程以下2030

20、cm处，以上部分作为垫层混凝土。6.2.11 钢套箱抽水及内支撑安装对于已安装内支撑的整体吊装、分节吊装的钢套箱，当封底混凝土强度达到设计强度后，即可封闭钢套箱上所设的连通管，进行抽水施工。若在承台施工中，内支撑对其有碍，则需对内支撑进行置换，一般在钢套箱设计时，内支撑要略高于承台顶50cm左右，尽量避开承台位置。对于墩位处分块组拼的钢套箱，当封底混凝土强度达到设计强度后，即可封闭钢套箱上所设的连通管，进行抽水施工。根据钢套箱内支撑的设计位置，可以将底层的内支撑用钢丝绳先下沉至封底混凝土上，并将钢丝绳引出；然后抽水，当抽水至第一层内支撑时，停止抽水，安装第一层内支撑，接着抽水安装内支撑，直至内

21、支撑安装完毕，将套箱内水抽干，进行承台施工。6.2.12 钢套箱拆除在桥墩灌注出水面后，钢套箱在承台顶面50 cm以上部分可拆除回收。根据吊机的起吊重量可分段切割后整体吊出或分块切割解体起吊拆除。先拆除套箱内、外相干的物件，凿开吊耳眼孔，由潜水工在外壁板用潜水氧电弧切割作业来实现。 每切割一段，潜水工用检查工具(自作环形铅筵)检查一遍，检查是否割通。当切割完毕，由潜水工再进行一次检查外壁板剖缝，确认无一漏割后，再由潜水工挂好吊钩，待潜水工及设备撤离安全地点后，全面进行水域检查，确认无一障碍后起吊，运至岸上。当套箱较小时，在套箱加工时可在承台顶面以上20cm位置处分节，此处采用螺栓连接，拆除时由

22、潜水工拧掉螺栓即可。7 劳动力组织人员配备见表1。表1 所需劳动力序号作业组主要作业内容人数技术员技工普工1技术组施工、技术指导32试验组各种材料试验213作业组钢套箱拼装、混凝土施工304钢筋组钢筋加工、制作4205模型组钢套箱加工、制作2306潜水员潜水割除28 主要机具设备所需机具设备见表2、3、4、5。表2 钢套箱制作机械及设备表序号机械及设备名称规格及型号单位数量备注1等离子切割机LGK-8台1根据工程量大小确定2电焊机台6根据工程量大小确定3汽车吊16t台1根据工程量大小确定4带链滑车5t台65顶杆自制支46起道机或弯轨器台17氧气瓶个10根据工程量大小确定8乙炔瓶个10根据工程量

23、大小确定表3 潜水设备（浅水作业）序号机械设备及名称规格及型号单位数量备注1手压空压机台1超过45m为深水作业，应配备医疗和减压设备2潜水空气压缩机3.0MPa 0.3m3台13潜水服套44救生服套105水下通风设备6轻潜设备套17扩音电话12V部28高压胶管3.0MPa 13/25m100表4 水下切割设备序号机械设备及名称规格及型号单位数量备注1直流弧焊机AX3-300-2台2带有弧焊发电机，河北电焊机厂2石板闸HRT额定电压500V个2天津低压电器厂3氧电弧切割水炬24空心切割条CDESS10412根据实际需要确定5氧气瓶根据实际需要确定6氧压表2.525MPa支2柳州自动化仪表厂7电缆

24、m根据实际需要确定8胶管m根据实际需要确定9电焊墨镜付210橡皮手套绝缘付4表5 水上施工设备序号名称规格、型号能力单位数量备注1交通船艘根据实际需要选用2打桩船艘根据实际需要选用3抛锚艇艘根据实际需要选用4振动沉桩机台根据实际需要选用5浮吊艘根据实际需要选用6驳船艘根据实际需要选用7拖轮艘根据实际需要选用注：采用缆索吊的主要设备详见缆索吊机相关设计图纸。栈桥、钻机平台的施工设备见相关章节。9 质量控制9.1易出现的质量问题有底钢围堰施工过程中易出现的质量问题是在钢围堰加工以及钢围堰下水拼装连接过程中，焊缝质量问题。9.2 保证措施9.2.1 外观检验。所有焊缝均应冷却后进行外观检查，并填写检

25、查记录。所有焊缝不得有裂纹、未熔合、焊瘤、夹渣、未填满及漏焊等缺陷，不得有外观检查不合格的焊接件，在未返修合格前不得进人下一道工序。9.2.2 内部质量检验。对钢吊箱下放吊点位置的受力焊缝应沿焊缝进行全长超声波探伤。对在现场施焊的壁板与底板、底板防撞桁架以及内支撑之间的焊缝进行全长超声波探伤检测。检验不合格件，在未返修合格前不得进人下一道工序。9.2.3 对加工件的各条焊缝要进行密水试验。10 安全措施10.1主要安全风险分析有底钢围堰主要在水深较大的高墩施工中，水上安全管理是施工的主要风险因素，洪水、潮汐、潜水员安全、涌水等。10.2保证措施10.2.1 施工现场内的管理人员、特种作业人员必须持证上岗，对电工、焊工、塔吊、起重工等工人还要进行培训、考核，要求持相关证件上岗。10.2.2 大型浮吊、缆索吊等专用设备操作应按安全作业规程严格进行，上岗前必须经过专门培训，考核合格后方可上岗。10.2.3 对安全设施、设备、防护用品等要严格进行检查验收。10.2.4 加强现场安全管理。1 施工现场的布置须符合防火、防爆、防高温、防雷电、防风、防雾、防坠江等安全规定和文明施工要求。2 危险地点悬挂安全警示标志。3 加强易燃、易爆危险品管理。10.2.5 各类机械、设备严格