85双壁有底钢套箱施工工法

双壁有底钢套箱施工工法

GGG（中企）C4085-2008

檀兴华樊俊丽郭利明徐峰尚力强

（中交路桥北方工程有限公司）

1 前言

钢套箱施工是指在水环境条件下，为进行承台（系梁）结构物的钢筋、混凝土施工而设置的隔水设施，将有水环境转换为无水环境的施工工艺。双壁有底钢套箱设置有内、外两层壁板，底板开孔，套过桩基钢护筒，实现承台的“有底”。通过在钢套箱内浇筑封底混凝土，将钢套箱锚固于桩基上，在水中形成一个封闭的施工环境，从而实现承台的“无水”施工。

本桥根据主墩位的水文、地质条件采用双壁有底钢套箱，并将钢套箱分块加工制作，在施工现场拼装成型，整体下放到位。此种工法成功的应用于威海长会口斜拉桥海上承台的施工，并在海洋、湖泊、河流等环境下的桥梁基础建设得到应用。

2 工艺特点

2.1 本套箱与传统的大双壁套箱相比，自重较小，并且采用分块加工拼装，减少了大型吊装设备的投入，同时钢套箱作为永久结构提高了承台防撞、防腐能力。

2.2 套箱采用精轧螺纹钢进行下放和锚固，与传统的卷扬机下放和其他锚固方式相比，提高了套箱下放的安全可靠性，并且通过精轧螺纹钢把封底的荷载转化到钢护筒上，确保锚固安全。

2.3 钢套箱封底厚度1.5m，满足了钢套箱与桩基间的粘结锚固及套箱自身的抗浮要求。通过钢套箱侧壁上设置的连通管实现了套箱内外水压的平衡。

3 适用范围

本工法适用于河床水位较深的高桩承台的施工。

4 工艺原理

4.1双壁有底钢套箱的工作原理

双壁有底钢套箱承台施工首先进行钢套箱的加工制作，桩基施工完毕后，首先在护筒上焊接下承重梁牛腿，安装下承重梁，在其上安装底板和侧板，拼装上承重梁和悬吊系统，通过机械千斤顶整体下放，浇筑封底混凝土实现钢套箱与桩基间的粘结固定，拆除套箱的悬吊系统抽水后进行承台的钢筋绑扎及混凝土浇筑施工。

4.2双壁有底钢套箱的构造

双壁有底钢套箱系统包括底板、侧板、下承重构造、上承重构造、悬吊系统、围囹、内撑、导向装置、下放设备组成。

图4.2-1套箱总体平面图

图4.2-2套箱立面图

5 施工工艺流程及操作要点

:图5-1钢套箱施工工艺流程图:

承台双壁钢套箱施工包括：施工准备、钢套箱底板、侧板分块加工制作，钢套箱防腐，现场拼装下放，封底混凝土浇筑，承台施工。

5.1 钢套箱加工制作

钢套箱加工场地的选择应满足吊车支放、加工平台、成品堆放的要求，同时还应考虑板块的方便倒运。钢套箱加工前对加工场地进行硬化处理，同时搭设操作平台、样架，设置一套3t龙门吊用于板块的掉转。

单块套箱板在套箱加工场现场制作，主要控制以下几点：

①平整度；②平面尺寸；③焊接变形的校正；④焊缝的质量检查。

5.2钢套箱拼装下放

钢套箱加工完毕，运输至施工现场进行拼装下放施工。其施工如下：

⑴承台范围内平台拆除、清除障碍物。

⑵牛腿、底承重梁的安装、底板拼装。

⑶贝雷、上承重梁、吊杆、千斤顶安装。

⑷安装侧板。

⑸提起套箱，割除牛腿。

⑹下放套箱到设计标高。

⑺安装围囹和内支撑，调整套箱平面位置及各吊杆受力，然后对其进行固定。

5.2.1平台拆除及障碍物清除

1、平台上部结构拆除：在平台上用履带吊从南向北，倒向便桥方向拆除套箱范围内平台上部结构，从上向下依次拆除。

2平台下部结构拆除：平台上部结构拆除完成后，进行钢护筒倒挂牛腿焊接，根据牛腿焊接进展情况，再逐步拆除平台下部结构。下部结构拆除顺序为：割除上下平联和斜撑——拔出钢管桩；若钢管桩无法拔出，在河床面附近水下切除。

5.2.2 牛腿、底承重梁的安装、底板拼装

1、焊接牛腿

在横桥向两侧两排钢护筒上设置牛腿，一个钢护筒上横桥向对称设置两个牛腿。所有牛腿承重面板顶面需在同一个平面内，牛腿承重面板顶面标高误差控制在2mm之内，见图5.2.2-1。

2、底承重梁的安装

底承重梁采用2I32a工字钢，双工字钢之间间隙控制在10cm，以利于穿吊杆；承重梁与钢护筒壁间隙设计时预留7cm，防止钢护筒偏位造成无法就位，留出承重梁就位时的调整空间。

3、底板拼装

底承重梁安装完毕后，在承重梁下方利用钢护筒搭设临时操作平台，然后用履带吊分块吊装套箱底板，进行底板拼装施工,并将面板满焊连接。

5.2.3安装侧板

侧板和侧板、下层侧板与底板采用焊接连接，防浪板与侧板间采用满焊连接。

下层侧板安装完毕后，检验侧板垂直度和顶口尺寸，满足要求后，进行后续工序施工，见图5.2.3-1。

图5.2.2-1 焊接承重梁牛腿图5.2.3-1拼装底板和侧板

5.2.4 贝雷、上承重梁、吊杆、千斤顶安装

由横桥向护筒上设置3组贝雷梁，每组2排贝雷；贝雷梁长度要比套箱围囹焊接完毕后的尺寸小，以方便套箱下放。贝雷与钢护筒接触处设加劲立杆，加劲立杆采用[10号槽钢，焊在贝雷片的外侧，每侧各焊一根。

上承重梁采用2H400×200H型钢， 2根H型钢之间间隙10cm，用于穿吊杆，上承重梁中心与下承重梁中心控制在同一竖直面内，见图5.2.4-1。

5.2.5 套箱下放及导向架安装

套箱下放利用精轧螺纹钢进行下方施工，吊点选择每组上承重梁两端的吊点。

1、提升套箱、割除牛腿

2、套箱采用机械千斤顶下放，见图5.2.5-1

5.2.4-1上承重系统安装 5.2.5-1套箱的下放

牛腿割除彻底后，开始下放套箱，套箱下放采用机械式手动千斤顶下放到位。

3、导向架安装通过安装导向装置控制套箱的位置.

5.2.6 安装围囹及内支撑、套箱平面位置调整及固定

围囹采用双H型钢，内支撑采用φ426mm钢管，

套箱下放就位后，测量出套箱侧板顶标高和套箱平面位置，根据测量结果精确调整套箱高程和平面位置，使之符合规范和设计要求。套箱精确就位后，安放所有千斤顶和锚具，使所有吊杆共同参与受力，同时设置水平限位装置，固定套箱位置。

5.3 封底混凝土施工

5.3.1底板堵漏、钢护筒和底板清理

1、底板堵漏：为方便套箱顺利下放，在底板加工时将护筒预留孔位比护筒实测位置加大了一定尺寸，即底板与钢护筒间留有一定缝隙。并在封堵板安装就位后，用细袋装砂或水泥砂浆塞入封堵板与钢护筒之间的小缝隙中，防止漏浆。

2、钢护筒和底板清理：在浇注封底混凝土前，将钢护筒上的积聚物和锈斑用钢丝刷刷除干净，同时将底板上的沉积物用钢刷清理干净，用水枪将沉积物冲散。

5.3.2封底混凝土浇注

封底混凝土标号为C25，高1.5m。封底混凝土浇注采用刚性导管、泵送混凝土法施工，综合考虑钢护筒布置影响，按照每个布料点作用半径3.0～4.0m布置混凝土导管。

1、由于混凝土一次连续浇注方量大，连续浇注时间长，为满足封底混凝土布料要求，配制封底混凝土塌落度控制在16～18cm，初凝时间控制在20h以上。

2、混凝土首灌：混凝土灌注采用储料斗法，多导管分期分批开灌，一次浇注完成。

3、混凝土正常浇筑：各导管完成首灌后，按顺序逐根灌注。

4、封底混凝土高程控制：施工时标高测量控制按每10平方米一个测点，用测绳检测，并配以钢卷尺校核。正常浇注时每小时测一次，并绘制测点高程图以指导施工下料，不致造成混凝土顶面高差过大。根据所测结果有针对性的进行各导管混凝土灌注，力求混凝土面均匀平整。当测点达到标高后，终止该处混凝土浇注，上拔导管冲洗收集，见图5.3-1。

图5.3-1 套箱封底施工图5.3-2套箱抽水、破桩头

5.3.3封底后处理

1、拆除悬吊系统：待封底混凝土达到设计强度后拆除悬吊系统，拆除顺序依次为：上扁担梁——千斤顶——下扁担梁——吊杆——上承重梁——贝雷梁。拆除吊杆时，在承重梁上方用扳手旋转吊杆的办法来拆除吊杆。

2、封堵吊杆孔隙及连通孔：在低潮时，潜水员下入水中，用棉絮塞堵吊杆孔，将连通孔垫上橡胶垫块，安装盖板，拧紧螺栓。

3、抽水，处理封底混凝土表面：吊箱抽水时限实际控制以水下混凝土同条件养护试件强度为准，采用水泵将水抽出。封底混凝土表面起伏情况按设计标高人工找平，高于标高处用风镐或人工凿除，低于标高处砂浆填补。

4、钢护筒割除，桩头凿除：用气割将钢护筒割除至设计桩顶标高，吊移走割除掉的钢护筒后，将桩头钢筋剥除，然后采用风镐或人工破除桩头达到设计标高，同时要求达到混凝土新鲜面，见图5.3-2。

5.4承台施工

承台为大体积混凝土施工时，为减少因水泥水化热导致混凝土内外温差过大产生温度收缩裂缝，对承台施工必须采取措施进行控制。主要可以从以下几个方面进行处理：减少一次浇筑的体积，设置冷却管，降低水泥水化热，控制浇筑温度，养护保温减少温差等。

5.4.1承台钢筋施工

钢筋在钢筋加工区提前加工制作成型，在施工现场进行钢筋绑扎工作。主筋接长采用墩粗直螺纹套筒接长，大大提高了钢筋连接的效率。

5.4.2 承台冷却管安装

为降低承台混凝土的水化热，在承台内需要设置冷却水管，冷却管采用热传导性能好、并有一定强度的铁管，公称直径42.3mm。冷却管分层布置，分层间距1m。

5.4.3 大体积混凝土浇筑

承台混凝土采用高性能海工混凝土，这种混凝土由于掺加了矿粉，从而减少混凝土配合比中的水泥用量，降低混凝土的水化热温升，控制最终水化热。大体积承台混凝土分两次浇注，减小构件断面尺寸。上下浇注层的龄期差不宜超过15天。混凝土浇注时，水平分层呈阶梯状浇筑，每层浇注厚度控制在30cm左右。

5.4.4 混凝土养生

承台混凝土浇注完毕后，待混凝土终凝后立即在上表面蓄淡水养护，蓄水深度控制在30cm左右，以推迟混凝土表面温度的迅速散失，控制混凝土表面温度与内部中心温度或外界气温的差值，防止混凝土表面开裂。混凝土养护时间要以混凝土内外温度测试为准，但最少不少于7天。

6 机械设备及人员组织

表6-1机械设备一览表

6-2 作业人员组织表

7 质量控制

7.1质量标准

7.1.1《钢结构工程施工质量验收规范》（G50205-2001）

7.1.2《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）

7.1.3《公路桥涵施工质量评定标准》（JTJ F80/1-2004）

7.2技术管理措施

7.2.1编制详细的施工组织设计、作业指导书，并组织技术交底，落实各工序应控制的技术要点和质量要求。

7.2.2套箱的设计方案除按规定报批外，还必须得到设计、监控单位的复核确认。

7.2.3组织技术人员对套箱进行验收，并对现场安装的每一部位进行详细的检查，发现问题及时整改。

7.2.4对参与套箱下放的人员进行专业培训，使他们熟悉操作工艺。

7.2.5在套箱下放时成立现场指挥小组，由专人指挥，保证行动一致，确保安全。

7.2.6测量人员对套箱下放全过程进行监控测量，保证套箱水平和位置准确。

7.2.7套箱到位后及时测量底板的标高，确保底板达到设计的位置。

7.2.8在浇筑封底砼前，仔细检查各精轧螺纹钢吊杆，可用千斤顶调整吊杆初始力，保证受力均匀。

7.2.9在浇筑封底砼时，测量人员及时检测封底厚度，保证设计厚度。

7.2.10在抽水前，潜水员下去封堵连通管和吊杆孔，封堵要牢固，保证不漏水。

7.2.11浇筑承台混凝土前，要检查混凝土的均匀性和坍落度，严格按照设计标号配制搅拌混凝土。

7.2.12混凝土的振捣时，应避免碰撞模板、钢筋及预埋件，浇筑混凝土期间，应设专人检查模板钢筋、预埋件等稳固情况，当发现有松动、变形、移位时，应及时处理。

8 安全措施

8.1 严格按照施工现场用电规程规范接线用电，设置配电装置，切实做到一机一闸一保护。电工必须持证上岗，严禁其他人员乱接线用电。

8.2对套箱下放的各种设备进行检查、保养，确保设备完好。

8.3在施工过程中，要保护好精轧螺纹钢吊杆，避免电焊打火，损伤吊杆，引起事故。

8.4下放套箱前，组织安全、技术及相关部门进行套箱整体验收，特别对上下承重部位要仔细检查，对存在的隐患进行整改。

8.5操作人员必须经专门培训方可上岗。

8.6套箱吊装下放过程设有专人指挥，确保行动一致，保证安全。

8.7千斤顶的安装要严格控制，其中心线对准扁担梁中心，防止偏心引发事故。

8.8下放过程中，每一部位设专人值班，发现异常情况及时报告进行处理。

8.9 履带吊和汽车吊严格按其使用操作规程操作，使用前应检查各部件性能状况，严禁带故障运行。

8.10 建立安全值班制度，规定值班人员并制定值班责任制。

8.11 操作人员进入现场时必须佩戴安全帽和救生衣，高空作业佩带安全带。

8.12 对工地上设置的消防器材要定期维护和检查，严禁挪作他用。

8.13在套箱四周设置警示灯，防止夜间船只撞击套箱发生事故。

9 环保措施

9.1建立健全环保管理组织机构，由组织机构成员加大对各施工面上的环保监察力度，减少施工对环境的影响。

9.2在施工海域设置环保安全区域，隔离污染物。

9.3所有施工垃圾、废料集中堆放，统一回收处理。对有害的化学物品，必须专柜或专库存放，指定专人管理，建立严格的收发登记制度；

9.4减少施工油污的遗漏，对机械漏油采取维修后使用。特别是施工使用的千斤顶数量很多，在使用前要逐个检查，避免将油污撒落海中。

9.5密切与当地政府联系，并取得工作上的支持，加强对使用的乡村道路及施工便道的养护，及时洒水养护，对易飞扬的粉尘材料在运输和堆放时进行覆盖，减少粉尘对环境和生活的影响；

9.6对临时设施都要在工程全部完工后清除并恢复原貌。

9.7对全体人员进行环境保护知识宣传教育，提高环保意识。

9.8加强文明施工管理，合理布置施工场地，合理放置各种施工设施。

10 资源节约

长会口大桥主墩承台钢套箱采用的小双壁有底钢套箱替代了通常采用的大双臂钢套箱，不仅重量轻、节省了钢材的投入而且方便了施工操作控制，使结构质量外形尺寸得以保证。同时，钢套箱设计了防腐涂装层，采用防腐涂装工艺延长了结构使用的年限，提高了结构的耐久性要求。

11 效益分析

通过实施此施工工法，减少了大型吊装设备的投入，节省钢材投入200t，直接节省材料投入费用100万元。钢套箱的加工防腐都采取在陆地厂内完成，避免了套箱施工对海水的污染。套箱防腐外层采用橙黄色，结构使用后即可对过往船只起到警示防撞作用又可成为海域一道亮丽的风景线，工程与环境完美结合。

12 工法应用情况

12.1 工程概况

威海长会口大桥全长2020m，主桥为跨径117+230+117m预应力混凝土双塔双索面斜拉桥, 桥塔采用H形索塔，塔高106.414m；主桥21#、22#墩承台长32.8米、宽16米、高4.5米，四角设半径为2m的圆倒角。承台顶标高+2.0m，底标高-2.5m，承台顶设有台座，台座高2m。承台混凝土采用C40海工混凝土，单墩承台共2346.15m3。承台底位于河床面以上。

该工程于2006年5月开工，预计于2008年底主体工程完工。

12.2施工情况

威海长会口大桥在进行海中承台施工时，采用了此施工工法，从实际应用情况看，解决了海中承台施工的难点，为承台大体积混凝土的控制提供了必要的保障，工程实体质量优良。