水中无底钢套箱围堰承台施工探讨

摘要：水中承台及桥墩的施工，需要我们设计安装一套阻水结构，钢套箱围堰则正是这样一套结构，其可以通过围堰和封底混凝土有效防止水流影响施工。本文结合某大桥工程的实际施工环境，详细分析了水中无底钢套箱围堰的施工方案，围绕其设计、制作到安装、封底等全过程，均做了一定的探讨，旨在为类似工程的开展提供参考。

关键词：钢套箱围堰；承台；施工；设计；安装

中图分类号：TU71文献标识码： A

部分承台高度较低，其顶部位于河面一下，难以采用常规施工方案，需要利用到本文探讨的钢套箱围堰。这种围堰外形呈井筒状，在井内挖土，钢套箱即会因为重力的关系下降到设计标高，这时通过混凝土封底，即可为水上结构提供良好的施工环境。因为钢套箱围堰具备埋深大、整体性及稳定性高、能承受较大荷载等优点，且施工工艺较为成熟，因此在桥梁工程中得到了广泛的阴功。

一、工程概况

本工程位于我国南方某地，桥位处河面宽接近300米，一般情况下，其下水位在（4~6）米的范围内，平均（4.67±0.46）米，但由于靠近水库，泄洪时水位会出现较大的变动。

桥梁设计全长761.5米，桥面宽23米，其中主桥416米，划分为5段箱梁，长度比为57:91:120:91:57。一侧引桥225米，划分外9段箱梁，每段25米。另一侧引桥125米，划分为5段箱梁，每段25米。

因工程下部结构为钻孔注浆桩、混凝土承台和墩柱，为了有效施工，必须采用钢套箱围堰阻水。

二、钢套箱设计

1、设计数据分析

钢套箱围堰承受的荷载，主要是抽水后土与水施加的压力，然而在具体施工过程中，还不得不考虑施工、起吊、浇注混凝土过程中施加在其上的压力。

首先，根据现场水文观察结果，确定钢套箱顶标高为设计高水位（+3米）与安全高度（+1m）之和，即+4米。

随后，综合分析施工要求和环境要求，确定钢套箱围堰的外形为长方体，长宽高分别为20.5米、11.5米和6.5米，其内径为长方形，长宽分别为19.7米、10.7米，壁厚0.8米。承台的长宽厚分别为18.6米、9.6米和3.5米，端面为直径10.7米的圆形。钢套箱每侧均留有0.55米的空间，以保证装模及套箱有效安装。

与此同时，还应该确定侧板底面标高为-2.5米，由此得出钢套箱总高度为6.5米；至于承台混凝土，其底部标高应该为-1.2米，顶部标高则为0米；确定封底混凝土的位置，其底标高为-2.5米，考虑承台底的位置及隔水层的高度（0.15米），封底混凝土因厚1.15米。

2、设计方案

从上面的数据不难看出，钢套箱体积较为庞大，不利用大型起吊装置，显然无法整体拼装并下放，因此必须分解为片件，加工完毕后，转移至现场进行组装，继而下放。结合工程需求，施工队伍决定将其分解为多个组件，于岸上加工并初拼确认加工效果后进行后续施工。

组件的拆分遵循如下原则：①组件分别属于钢套箱的三大功能结构，而不存在交叉。这三大功能结构分别为：侧板、封底混凝土、内支撑。②结构简单，加工较为方便。在本例中，我们选取单壁钢作为侧板结构，且将其长边每边分成4块、短边每边分成2块，形成了共12块钢套箱片件，各片通过螺栓固定，并缠绕橡胶带止水，且保证转角螺栓在外，而其他螺栓在内，以方便初装和组装。

3、设计计算

首先，设计计算侧板结构。侧板主要承受水平应力，其工况又可以具体非为两种：①抽水加内支撑过程，此时钢套箱仅承受土体与水体的压力，其合力主要由外向内；②承台混凝土浇筑完成后，此时承台则会对钢套箱施加一个由内向外的力，侧板承受的力会有所变化。侧板的计算内容，主要包括：计算拼接及焊接位置的内力，计算侧板变形计应力，校验内支撑系统的变形等。

其次，计算钢套箱的下沉量。主要用于吊装辅件的设计，需要得出钢套箱重量的准确数据，并以拼装完成并开始下沉时的各种数据为准进行计算。

再次，计算抗浮力。钢套箱下方后、承台混凝土浇筑前的整个阶段，必须保证钢套箱不会因为浮力而不稳，因此需要使得钢套箱和封底混凝土的自重与粘接力之和，不低于浮力，一般为了保证安全，我们还会把粘接力作为安全储备而不予考虑。

三、钢套箱施工

1、流程浅析

首先，以履带、抓斗平整水底泥层至-2.5米；随后，利用平台、便桥、桩基、贝雷梁等，于恰当位置完成钢套箱的安装，同时整平基底；接下来浇筑封底混凝土，强度为C30，并对混凝土进行保护，维持钢套箱内外水头差不超过0.5米；最后待混凝土强度达到85%后，抽水凿桩头。至此，无底钢套箱围堰已基本完工，后续即可开始承台施工与墩身施工。施工完毕后，拆除钢套箱。

部分重要过程分析如下：

2、钢套箱施工重要过程

首先，钢套箱在岸上加工完毕后，必须进行初拼，以确定加工质量，初拼后还应对组件进行编号，以避免河中施工出现拼装错误。加工完毕后，需要涂防锈漆及面漆。

其次，基坑开挖过程中，可以挖低但不宜挖高，遇到死角，需要另派潜水员清理，标高必须要经过有效的确认。

再次，钢护筒是钢套箱的安装平台，在开始钢套箱的安装前，需要保持其实一个水平面，并安装贝雷梁作为支架，每片贝雷均需利用螺栓连接成整体，钢护筒则通过U型螺纹钢与桁架固定。钢套箱各组件的吊点，则需要通过全站仪准确测量。

最后，下放到位后，在间隙处还必须以沙包添堵，以防止混凝土泄漏。同时，钢护筒周边的泥土需要用钢丝刷清理干净，钢套箱内基坑还应通过水枪整平、清淤。封底混凝土的浇注，需要按照从下游到上游的顺序开始。为了保证封底混凝土的养护，还应在水面以上预留洞口，待混凝土冷凝充分后，再封堵洞口，并抽水、安装内支撑。

四、后续施工

1、承台施工

钢套箱完成抽水工作后，视渗漏情况的不同，选择不同的堵漏方式，保证漏水量一定后，才能开展隔水层施工。具体步骤为：首先，清理封底混凝土面，使其据承台底不低于10cm；随后，铺设河卵石骨料；再次，铺设塑料薄膜；最后，浇注细石混凝土充当找平层。

2、钢套箱的拆除

与安装类似，钢套箱的拆除同样分块进行。一般顺序为：长边中间-长边两边-短边中间-短边两边。长边中间块利用浮吊及千斤顶拆除，随后可立即运送至下一个需要的地方，两边则由潜水员卸下螺钉后单片拆除。

五、施工效果及总结

本例中，我们通过安装水中无底钢套箱围堰承台，有效保证了桥墩的施工进程，采用的方法主要有如下优点：第一，现场拼装减少了安装困难，避免了使用大型设备；第二，边抽水边加内支撑，减少了安装重量；第三，隔水层为承台的施工提供了干环境，有效解决了渗水及漏水的问题。

总之，对于桥梁施工，极有可能遇到承台底标高低于河床标高的情况，这时，考虑使用水中无底钢套箱围堰施工方案，具有极高的实际意义，值得借鉴。

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