1有底钢套箱围堰施工工艺工法有底钢套箱围堰施工工艺工法1 前言1 前言1.1 工艺工法概况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，避免了河床高低不平的影响。3 适用范围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2凝土，抽水、体系受力转换，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 工艺流程及操作要点6.1 施工工艺流程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：图1 施工工艺流程图图1 施工工艺流程图6.2 操作要点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，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。墩位处安装拼装平台安装底板、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承台混凝土浇注桩抽水、内支撑安装钢套箱加工、质量检查32 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21=16Mql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：4=+=+PH G浮混凝土荷载底板荷载式中 混凝土浮容重；浮 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 12=-+qhhp混水式中 水的容重；水 计算水深；1h混凝土的容重；混 封底混凝土厚度；2h考虑波浪力作用。p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： =Mf WM计式中 M封底混凝土容许弯矩； 封底混凝土容许拉应力； f5封底混凝土计算弯矩。M计剪应力验算： =QA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。 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GKF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。62 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 加工精度控制表1 加工精度控制序号序号项目项目允许偏差允许偏差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7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。83 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9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。（4）7d 强度不小于 28d 强度的 90%。3 导管的布设