水中承台钢套箱法施工技术与开发研究

摘 要：本文通过理论与实践的探讨和分析，详细阐述了连申线项目中S334省道桥水中承台的施工工艺，并对各道关键工序的可行性进行了较严密的数据论证，真正达到了理论联系实践的目的，对今后施工具有较好的推广价值。

关键词：水中承台 施工工艺 理论计算 可行性分析 钢套箱法

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

1 前言

S334省道桥位于如皋市搬经镇镇区，两岸地势比较平坦，现有桥梁为梁桥，建于2000年，长96米，宽17米，通航孔净高为2.5米，通航孔净宽净高不满足三级通航要求。大致呈南北走向，是连申线航道整治工程桥梁工程的一部分。该工程同时也是2012年江苏省重点工程之一。本文对水中承台钢套箱法施工作了较详细的阐述。

2 工程概况及周边环境

连申线江北段总体呈南北走向，由烧香河、云善河、善后河、盐河、灌河、通榆运河、通扬运河、如海运河、如泰运河、焦港河组成，本工程20.5公里范围内有16座桥，全部位于焦港河上，S334省道桥只是其中最具有代表性的一座，S334省道桥跨径布置为6*20M+（70M+120M+70M）+6*20M，上部结构采用预应力连续梁+PC空心板，下部结构采用实体墩、柱式墩、墙式台、钻孔灌注桩基础。主桥四只水中承台即采用钢套箱法施工：陆上采用埋置式承台，立柱、盖梁均系常规形式。套箱施工基本上安排在常水位+2.5m(最高水位+3.5m)时施工。每个水中承台长13m、宽7.5m，承台顶面高程为+4.3m，拐角处为+2.8m，承台底为－0.7m。套箱底为－1.5m，顶高为+3.2m，套箱侧板作为承台外模。

由于水上施工难度较大，存在诸多不确定的风险，且施工进度的快慢很大程度上影响到上部结构挂篮施工的节点工期以及整个工程的最终工期。因此，我们把水中作业尤其是水中承台施工这道关键工艺作为本工程的重点和难点。此外，本工程整个过程的施工都是在原有通航的前提下进行的，故通航组织安排以及通航安全措施成为另一个控制重点和难点。

3 主要施工技术

水中主墩施工流程为：

3.1 栈桥及平台的搭设

均采用Φ25cm长8m及6m的桐木桩，如图1所示；

图1 S334省道桥水上栈桥及平台

注：上图单位均为cm：平台由Φ25木桩、22×22cm方木和斜撑剪刀撑组成：护筒的串通作为泥浆循环系统。

该打入桩单桩容许承载力计算如下：[P]=[UΣAiLiTi+ABDi]/2

上式中：[P]-----单桩轴向受压容许承载力(kN)：

U----桩的周长

LI----底面或最大冲刷线以下的第I层土层中的长度(打人桩施工处仅1层，灰色粘质粉土夹少量粘性土，且含云母碎片。地质勘察资料可查)

Ti----与Li相对应的各土层与桩侧的极限摩阻力(查表得Ti=15Kpa)

B----桩底面积(由于是打人桩，故桩尖面积近似为零，取B=0)

Di----桩底处土的极限承载力

Ai、A----分别为振动下沉对各土层桩侧摩阻力和桩底抵抗力的影响系数(查表得打人桩其值均为1.0)

根据上述公式，可得[P]=[π×0.25×1×3.5×15+0]/2=20.62kN=2.1T

经验算可知，完全满足钻孔桩施工以及作为水中承台简易施工通道(行人及搬运材料)的要求。

3.2 钢套箱设计总体设想

套箱设计以自承式为原则，即依靠各种形式的悬吊体系来承担承台的总重量。在实施中采用组装方法，下沉前先用高压水枪配合挖泥船清除河床底部淤泥至设计标高，以确保钢套箱平稳顺利地就位。套箱的抗渗漏采用橡胶止水带来解决。套箱在承台施工中的沉与浮依靠自身来解决。

(1) 在最不利的情况下套箱的浮力为：

13×7.5×(3.5+1.5)=458.3t

(2) 封底后的套箱结构总重为：

13×7.5×0.8×2.4+32.3=219.5t

(3) 从上可知尚有238.8t左右的浮力有待于克服。

(4) 浮力主要依靠钻孔桩内①25钢筋(布置于外侧8根桩内，每根桩4根)与套箱压顶槽钢焊接以及钻孔桩与封底砼的锚固等来解决。理论计算依据如下：在浮力临界状态时，每根钢筋所受的拉力为：

T=2388/32=74.625kN

σ=T×103/(π/4×252)=152.02 MPa

故钢筋满足安全要求，即浮力可得以克服。

3.3 钢套箱设计

钢套箱施工材料均采用A3钢，总重量32.3t。其中侧板可回收部分11.287t，侧板不可回收部分7.084t，底板部分8.131t，套箱其他部件5.802t。

3.3.1 侧板部分

包括侧板、竖肋，侧面水平加强板、止水带、水平整体加强型钢等五个方面组成。如图2所示。侧板采用6mm厚钢板，竖肋采用10#槽钢@60cm(下节侧板)以及8#槽钢@50cm(上节侧板)，水平加强板采用100mm宽6mm厚钢板，共布置7道(每60cm一道)组合式侧板的拼接处采用∠75×75×6等边角铁，连接用的螺丝采用T20螺栓@20cm，两螺丝间用6mm钢板焊接加强，因连接处是整个侧板薄弱环节，所以用16#型钢进行加强，整体性加强型钢设二道，分别处在+0.4m和+1.8m的位置上。

图2 套箱侧板

(1) 对套箱侧板的受力分析及设计依据如下：

套箱作为组合式钢模板，施工中两个阶段受力情况为：下沉就位，封底结束抽干水后，侧板受外部水压力作用；扎钢筋结束，浇筑砼过程中，侧板既受外部水压力作用，又受内部砼挤压力作用，但两种力方向相反，可互相抵消一部分力。现假设有第三种情况，即在陆地上进行承台施工，则此时钢模板受内部砼挤压力即为最不利情况受力。

下面就以第三种假设情况来进行受力分析，验算其稳定性。

① 强度验算

A、竖肋8#槽钢@50cm(以上节侧板为例)，水平间距@60cm，可简化为简支梁计算。详见图3。

图3

B、荷载计算。新浇砼对模板的侧压力为

F1=0.22 γctcβ1β2Vl／2=0.22×24×6×1.2×1.15×0.2191/2=20.46/m2；

F=γcH=24×3.5=84 kN/m2。

取较小值F1=20.46kN/m2为侧压力标准值。因此，新浇砼对模板的侧压力设计值F1′=1.2 X 20.46×0.85=20.87kN/m2

倾倒砼产生的侧压力标准值，查表得6kN/m2，其设计值F2′=1.4×6×0.85=7.14kN/m2

所以侧压力合计为F=F1′+F2′=28.01kN/m2。

竖肋8#槽钢所承受的均布荷载q=bF=0.5×28.01=14.005kN/m=14.005N/mm

C、强度计算。从表查得8#轻型槽钢的净截面抵抗矩为W=10.98 × 103mm3，M=QL2/8=14.005×6002/8=630225Nmm。