有底钢套箱围堰施工工艺

有底钢套箱围堰施工工艺

1 前言

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，其作用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。同双壁钢围堰比较，钢套箱具有施工工期短、水流阻力小、利于通航、不需沉入河床、施工难度小、材料用量少、经济合理等特点，因而在大跨深水桥梁的基础施工中得到广泛的应用。

2 适用范围及特点

2.1 钢套箱的适用范围

当承台底面距河床面较高，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。

2.2 钢套箱的特点

有底钢套箱受水深的影响相对于无底钢套箱较小，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 钢套箱的设计

具体计算详见《围堰结构设计指南》。

4 钢套箱施工工艺流程及加工制作

4.1 钢套箱施工工艺流程图及说明

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拚和场外组拚两种，其施工工艺如下：

墩位组拼：

工厂加工钢套箱→墩位安装底板及壁板拼装平台→安装底板→拼装壁板→安装内支撑→拉压杆的安装→水平定位系统及导向系统的安装→钢套箱的整体下放→下沉钢套箱至设计高程→吊箱平面纠偏及竖向锁定→底板封堵与清理、封底混凝土浇筑→抽水、转换拉压杆、承台混凝土浇注

场外组拚：

场地平整→搭设套箱加工平台→钢套箱的加工拼装→起吊下沉就位→钢套箱的锁定→堵漏→封底混凝土浇筑→承台施工。

4.2 钢套箱加工制造及拼装

4.2.1 加工制造及拼装的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》（GB700）的规定；Q345钢应符合现行国家标准《低合金结构钢》（GB1591）的规定。

焊接材料的要求：钢套箱加工选用的焊条、焊丝必须符合现行国家标准，包括《碳钢焊条》（GB5117）、《低合金焊条》（GB5118）、《碳钢药芯焊丝》（GB10045）、《熔化焊用钢丝》（GB/T14957—94）及《二氧化碳气体保护焊用钢丝》（GB8110）的规定。焊剂应符合现行国家标准《碳素钢埋弧焊用焊剂》（GB5293）的规定。埋弧焊采用H08H焊丝，配焊剂431，并满足《焊接用钢丝》（GB1300—77）有关要求；手工焊选用结4303焊条，且满足《碳素钢焊条》(GB117—85)的有关要求。

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》附录A中表A.0.2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、未熔合、焊瘤、夹渣、未填满及漏焊等缺陷，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，质量等级要求为Ⅰ级。

对套箱壁板在现场的拼接焊缝中，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，质量等级要求为Ⅰ级。

检验不合格件，在未返修合格前不得进入下一道工序。

精度控制：套箱分块制作，拼装完成后的总体尺寸必须满足以下精度要求：

外形平面尺寸偏差：0，+60mm。内口平面尺寸偏差：0，+50mm。

外形对角线尺寸偏差：0，+85mm。内口对角线尺寸偏差：0，+70mm。

壁板倾斜度：≤H/1000。壁板面板平整度：≤5mm（3m尺）。

高度偏差：0，-30mm。

拼装完成后吊箱轴线偏差：±100mm。

4.2.2 钢套箱壁板加工制造

按照设计图纸在加工场加工成分块，并进行编号。

加工精度要求：

根据套箱结构的受力要求，保证每层水平肋板在同一高程很关键，加工时其偏差不得大于2mm，保证在拼装阶段能够顺利对接。

每个壁板块段加工完成后均单独进行检验，其加工精度要求如下：

宽度方向尺寸偏差：±15mm。

壁板厚度偏差：±2mm。

外形对角线偏差：±20mm。

高度方向偏差：0，-30mm。

4.2.3 钢套箱底板加工制造

严格按照设计图纸尺寸进行下料，现下纵、横梁，在轨道上铺设纵横梁，并焊接成骨架，然后铺设钢面板，并焊接好。严格检查焊接质量，其加工精度要求如下：

宽度方向尺寸偏差：±15mm。

壁板厚度偏差：±2mm。

外形对角线偏差：±20mm。

高度方向偏差：0，-30mm。

4.2.4 钢套箱内支撑系统加工制造

根据现场的吊装能力，对内支撑进行分块；按照设计图纸在加工场加工成分块，并进行编号。

加工精度：根据内支撑结构的受力要求，保证块之间顶、底层内支撑钢管在同一高度很关键，加工时其偏差不得大于2mm，保证在拼装阶段能够顺利对接。

每个内支撑块段加工完成后均单独进行检验，其加工精度要求如下：

平面长宽尺寸偏差：±20mm。

高度方向尺寸偏差：±5mm。

4.2.5 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，然后组拚成整体，采用缆索吊机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，分节组拚，然后采用浮吊或缆索吊分节吊装。

4.2.6 钢套箱墩位处分块组拼

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，再由起吊系统滑车组起吊钢套箱。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，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。

（2）以钻孔灌注桩钢护筒为拼装钢套箱时的支撑。在钻孔灌注桩钢护筒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备，起吊时受周围环境的影响相对较小。

4.2.7 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，待其干后在围堰内侧焊缝刷上煤油，等30～60分钟后察看围堰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并报告监理工程师，补焊后还须进行复验，合格后才能进入。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，保证套箱壁板整体密水性能。

5 钢套箱的测量放线

用全站仪或经纬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 钢套箱的下沉

6.1 钢套箱下沉

6.1.1 大型设备（缆索吊机、浮吊等）辅助下沉

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。2001年渝怀铁路溪门口大桥8#墩有底钢套箱即采用此法。

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。

6.1.2 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拚。在钻孔钢护筒上设起吊分配梁，再由起吊系统滑车组起吊钢套箱，并将钢套箱临时悬挂于钢护筒支撑牛腿上。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。

6.2 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。

7 钢套箱的定位

7.1 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。

7.2 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。

8 钢套箱底部处理

8.1 有底钢套箱底板封堵

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。

底板封堵流程：①在加工场加工封堵板。②钢套箱下放前，在底板上临时安放封堵板。

③钢套箱下放到位后，由潜水员下去固定封堵板，并用混凝土堵漏。

具体的封堵工艺：

（1）封堵板的设计和加工。

封堵板设计过程中考虑到护筒的偏位，根据护筒的不同偏位进行分类设计。偏位0～5cm 以内的采用一种形式的封堵板，内开孔圆心与封堵板外边缘圆心的偏差为2.5cm。每个护筒周围的封堵板分为6块进行分块加工，在现场通过螺栓连接。为了安装方便，每个封堵板上均安放有拖环。两相邻封堵板之间采用螺栓连接。螺栓孔为70×20mm的长圆孔，采用直径18mm的螺栓。

（2）封堵板的临时安放。

封堵板的临时安放需在钢套箱下放之前进行。在封堵板临时安放前，需将底板面板焊接完成。特别是护筒周围的面板必须补充完整，以便于封堵板的临时安放和最终固定。

封堵板需沿护筒周边临时安放，且要临时连接成一个圆环，各分块之间，以及板与护筒之间需留有空隙。封堵板的安装需与护筒倾斜方向和偏位方向相结合。

（3）封堵板的固定与堵漏。

在钢套箱下放前，对潜水员进行交底，让其熟悉套箱内结构，同时让其到现场了解实际情况。

当钢套箱下放就位后进行封堵板的固定与堵漏。封堵板由潜水员在水下固定。首先将钢板安放于护筒周围，然后利用螺栓将各封堵板连接成一个整体。

当封堵板安装固定以后，各封堵板之间及封堵板与护筒之间有一定的空隙，用麻袋装混凝土对该部分进行封堵，混凝土的高度依封堵效果而定。

封堵底板施工时，对封堵板进行编号，依次封堵，由工区技术员统一记录，并由质检部复核检测。

（4）钢护筒的除锈。

当完成钢套箱的封堵后，由潜水员对封底混凝土范围内的钢护筒进行除锈和清理其他杂物，施工过程中对每个护筒进行编号，对护筒的清理情况进行记录。

（5）封堵观测。

①混凝土浇筑前，再次水下检查。

②对封底混凝土进行定期测量。当发现封底混凝土高程抬高情况与混凝土浇筑方量不吻合时，可能是堵漏出现问题，需立即检查。

③观测套箱外侧水的颜色，当外侧出现大量与混凝土颜色相同的水后，即发现堵漏出现问题，需立即采取措施进行封堵。

④观测护筒周围水面情况，如出现翻水花现象，则可能出现了漏洞，需立即堵漏。

8.2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18～25cm。（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筑完成需要的时间。

4）7d强度不小于28d强度的90%。

（3）导管的布设。

封底混凝土的浇筑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筑两种方式。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3～5m，以此确定导管的数量。

导管的转移：每根导管口浇筑到设计高程后，根据封底混凝土浇筑顶高程情况，转移至较低位置，导管底口距离混凝土顶面15～20cm，按照首批混凝土浇筑要求进行导管二次封口。

（4）混凝土浇筑。

1）首盘封底混凝土的浇筑。

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。首盘混凝土采用8m3大料斗。首先通过导管旁大料斗将导管上方2m3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筑。封底混凝土下放完后，要求导管埋深0.4～0.6m。在导管口及附近布设测点，及时测量其埋深与流动范围。

2）正常浇筑混凝土。

首盘封底成功后，即进入正常浇筑阶段，此时可将大料斗提走，直接采用小料斗或导管直接浇筑混凝土。

为保证导管出口有一定的埋深，在混凝土浇筑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。

浇筑位置混凝土高度达到设计要求后，根据监测结果，将导管移至需浇筑位置进行循环施工。

（5）封底混凝土高程的控制。

为控制混凝土的浇筑高度，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48小时，校核其长度。混凝土浇筑前，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20～30cm处，以上部分作为垫层混凝土。

9 钢套箱抽水及内支撑安装

9.1 已安装内支撑的整体吊装、分节吊装钢套箱抽水

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）。

9.2 墩位处分块组拼的钢套箱抽水及内支撑安装

对于墩位处分块组拚的钢套箱，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，直至内支撑安装完毕，将套箱内水抽干，进行承台施工。

10钢套箱的拆除

在桥墩灌注出水面后，钢套箱在承台顶面50cm以上部分可拆除回收。根据浮吊或缆索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。其具体方法是：（1）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。

当为双壁钢套箱时，视其水流速度，其方法有二：

1）在水流速度＜1m/s时，潜水工在围堰外沿着围堰下沉前焊的导向环进行切割。

2）在水流速度≥1m/s时，内壁板应先切割高度1.2m，堰内补水与堰外水位一致时由潜水工在堰内沿事前准备的切割线进行切割。

当为单壁钢套箱时，则潜水工直接在围堰外沿着围堰下沉前焊的导向环进行切割。

每切割一段，潜水工用检查工具（自作环形铅丝）检查一遍，检查是否割通。

（2）当切割完毕，由潜水工再进行一次检查外壁板割缝，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，拆除时由潜水工拧掉螺栓即可。

11机具设备配置

见表1、表2、表3、表4。

表2 潜水设备（浅水作业）

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。

12 质量措施

（1）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》（GB700）的规定；Q345钢应符合现行国家标准《低合金结构钢》（GB1591）的规定。

（2）钢套箱所用的钢材，应附有钢材的质量证明书，各项指标应符合设计文件的要求。质保材料应齐全。

（3）焊接材料的要求。钢套箱加工选用的焊条、焊丝必须符合现行国家标准，包括《碳钢焊条》（GB5117）、《低合金焊条》（GB5118）、《碳钢药芯焊丝》（GB10045）、《熔化焊用钢丝》（GB/T14957—94）及《二氧化碳气体保护焊用钢丝》（GB8110）的规定。焊剂应符合现行国家标准《碳素钢埋弧焊用焊剂》（GB5293）的规定。埋弧焊采用H08H 焊丝，配焊剂431，并满足《焊接用钢丝》（GB1300—77)有关要求；手工焊选用结4303焊条，且满足《碳素钢焊条》(GB117—85)的有关要求。

（4）焊缝检验措施。

1）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、未熔合、焊瘤、夹渣、未填满及漏焊等缺陷，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。

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，质量等级要求为Ⅰ级。

对套箱壁板在现场的拼接焊缝中，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，质量等级要求为Ⅰ级。

检验不合格件，在未返修合格前不得进入下一道工序。

3）对加工件的各条焊缝要进行密水试验。

13安全措施

（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、持相关证件上岗。

（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。

（3）对安全设施、设备、防护用品等要严格进行检查验收。

（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）危险地点悬挂按照《安全色》（GB2893—82）和《安全标志》（GB2894—82）制定的安全要求。

3）加强易燃、易爆危险品管理。

（5）各类机械、设备严格按有关操作规程进行操作，严禁违禁操作和超负荷运转。

（6）加强施工期间水上安全管理

1）施工船舶（包括交通船、运料船）应办理签证，是施工船舶在港内航行和作业，应实行定期签证。未办理签证的船舶，不准航行和作业。

2）严格遵守水上交通安全管理。

3）制定施工船舶安全管理，并严格执行。

4）加强施工船舶的安全检查。

14结语

从技术角度讲，有底钢套箱的设计与施工技术已趋于成熟；从经济角度讲，与其他施工方法比较，有底钢套箱使用材料最为节省。因此，国内外桥梁深水基础高桩承台的施工，绝大多数采用了有底钢套箱的施工方法。但是，在实际施工中，根据实际的水文、地质情况及施工环境，采用单壁钢套箱或双壁钢套箱，要通过技术经济分析确定。根据现场实际情况，进行技术经济可行性分析，确定采用浮吊、缆索吊机或者在墩位利用大吨位链条葫芦及千斤顶下放。