套箱围堰施工方案

1、工程概况

绍兴 ****公路，全线全长为22.5KM，该标段为三标，线路长度为2.22KM。

沿线在跨越杭甬运河时有两个水上墩柱，围场河常水位标高为+2.0m，河床底标高-1.0m，两个水上承台底标高为-3.700m，承台位于水面以下近6m。由于施工时围场河必须满足通航和泄洪的要求，因此两个承台施工时采用钢套箱围堰施工。

2、钢套箱施工

2.1钢套箱设计

钢套箱设计主要考虑钢套箱抽水后承担的土压力和水压力的合力，另外要考虑施工起吊、定位及混凝土浇筑压力等因素，钢套箱内径根据设计承台的平面尺寸，为矩形6.7Mx6.3m，每侧预留宽度为0.15m。钢套箱下沉到位后顶标高为+2.4m，底标高-5.1m，总高度7.5m，总重量约为35t，钢套箱内外壁距离23.2cm。

为方便运输和吊装下沉，钢套箱分成三节制作，第一节高度3.5m，第二节高度2.0m，第三节高度为2.0m。钢套箱每块钢构件外层选用5mm厚内层选用6mm厚的钢板制作，工厂分块制作，每节由现场岸上拼装完毕后，采用50t履带吊整体吊装就位。钢构件之间当采用螺栓连接，联接处用2CM遇水膨胀橡胶条。

2.2钢套箱制作

（1）材料：所用的钢材和焊接材料符合设计规定，并且由厂家质量保证书。

（2）放样、下料：按照图纸尺寸，对面板及其它构件进行放样、下料，对于内外壁面板在加工图中必须考虑错开纵缝，防止应力集中。（3）坡口加工：面板坡口采用刨边机加工，保证拼装和焊接质量。（4）单块组装：单块构件的组装在平台上进行。将外面板、内面板和其他构件按图纸进行组装点焊固定。

（5）单块焊接：将组装好的单块钢构件进行焊接，焊接时采用合理的顺序和工艺，减少应力和变形，对于连接与面板（井壁）的焊接，两端留250mm待工地整体组装后再焊接。

（6）加固：为防止单块钢构件在运输和吊装过程中变形，对单块钢构件的开口用型钢进行加固。

2.3钢套箱运输

钢套箱单块钢构件重量5t左右。用履带吊吊装，每个钢套箱的第一节钢构件均运至岸边场地上进行整体拼装。第二节、第三节单块钢构件直接用岸边履带吊运至水上进行拼装。

2.4钢套箱拼装

（1）测量复核：拼装以前，在平台上预先测放出钢套箱打样，对单块的编号进行复核，防止误拼影响钢套箱精度。

（2）拼装顺序：现将一节的第一块钢构件吊放在平台上，将内、外井壁（面板）支撑牢固，并保持垂直状态，然后将第二块钢构件吊放在平台上，与第一块钢构件连接，调整好位置后点焊固定，并做好支撑。用同样的方法依次将剩余的钢构件吊放在平台上，使其组成一节整圈的钢套箱。

（3）整体焊接：调整其垂直、水平等各项数据使其符合标准。焊接采用合理的工序和工艺进行，每节先焊分块立缝，然后再焊节间环缝以减少焊接变形和压力。

2.5钢套箱安装

2.5.1定位桩（见图1）

利用已经施打的Ф630钢管桩作为定位桩对钢套箱位置进行控制，定位桩与钢套箱之间的工作距离为15cm，是钢套箱顺着定位桩就位和下沉。定位桩顶标高++2.85，桩底标高-14m。钢套箱下沉到位底标高为-5、3m，确保定位桩在钢套箱下沉到位后入土深度大于8.5m。

2.5.2钢套箱起吊、就位

钢套箱第一节重量小于20t，整体起吊就位是关系到钢套箱能否顺利下沉的关键。采用50t履带吊起吊就位。履带吊作于幅度6m，臂长16m，能够满足起吊要求。

为确保钢套箱在吊运及下沉过程中不变形，在钢套箱内部勇20# H型钢安装斜撑、纵向加强撑及横向加强撑，每节设两道支撑，第一节两道之城分别设置为承台顶及承台垫层底位置，避免影响混凝土结构施工。

2.6钢套箱下沉

施工工艺流程简图2所示

2.6.1第一节钢套箱着床

在钢套箱就位前，钢套箱位置已清除障碍物，钢套箱第一节吊装进入定位桩范围后，尽量调整其位置误差到最小，使其刃脚稳固落于河床。

2.6.2第二节第三节钢套箱连接

第二节钢套箱拼装连接时，应确保在每天的低水位进行，且第一节钢套箱顶部应路出水面。

2.6.3钢套箱下沉计算

（1）土与钢套箱外壁摩擦阻力计算：

T=U X h0 X f

公式中：U为钢套箱外壁周长，m，取27m；h为钢套箱入土深度，m，取4.3m；穿越②3层为2.4m，穿越③1层为1.4m，③2层为0.5m；f为土与钢套箱壁摩阻系数，KN/m2，②3②2层取砂土11.8kn/m2，③1层取粘土层24.5JN/m2，按照下沉5m的摩擦三角形分布，则平均摩阻系数为土层摩阻系数的1/2。

可得：

摩擦力：T=U X h0 X f=27X(1.4X12.25+2.9X5.9)=925(KN)

（2）浮力计算：

B=V X ρ

公式中：V为钢套箱入水的体积，水位去+2.0m，水深3m，第一节、第二节双壁钢套箱完全入水，第三节下沉后水面外露0.7m，下沉过程中内外水位高度保持一致；ρs为水密度，该工程为1t/m3.

（3）钢套箱下沉需要压重：

X=K X T + B – Q

公式中：K为钢套箱下沉系数，取1.15；T为土与钢套箱外壁摩擦阻力，为92.5t；B为钢套箱下沉过程中所受最大浮力，为18.63；Q为

钢套箱重量，为50t。

需要压重：X=K x T + B-Q=1.15x92.5+18.63-50=75(t)

钢套箱第一节 3.3m通过灌注混凝土压重下沉，混凝土重量27x0.23x3.3x2.4=59..6(t),第二节、第三节共4m，通过分阶段灌水压重下沉。

（4）钢套箱抗浮：

套箱沉到设计底标高-5.3m，封底混凝土浇筑后，套箱所受浮力：6.8x7.2x6.8x1=333（t），套箱自重50t，第一节灌注混凝土59.6t，封底混凝土：6.3x6.7x1.1x2.4=111.4(t),第二节、第三节灌水：27x0.23x4x1=24.84(t)

套箱封底后所受浮力：333-50-111-60-25=87（t），通过钢套箱与10根定位桩之间相互焊接，利用入土深度大于8.5m的定位桩来抗浮。

2.6.4钢套箱下沉

（1）每个钢套箱配置高压水泵（扬程120m，单机流量130m3/h）台、水枪（喷嘴口径12mm）2根，水力吸泥机（口径25mm）2台、高压输水管路和低压输泥浆管路及调节水箱。吸泥机及水枪布置在钢套箱中心附近，同时对称吸泥。吸泥机的吸水头应用绳子吊空，不应让吸水头埋在集泥坑的浮泥内导致土块堵塞吸泥头的网罩。为防止锅底坑中泥沙淤积，要经常用水枪在吸水头处冲刷搅动，使排水畅通。

（2）水力机械设施安装好后应进行负荷试运转，要保证设备能正常运转，水力吸泥机及水枪均应经过水压检验，检验压力为工作压力的1.5倍。

（3）水力排土钢套箱下沉施工应按“先中后边、分层对称破土、先高后低、及时纠编“的原则进行操作。

（4）钢套箱着床后，先用高压水枪配合吸泥机调平钢套箱内河床，然后进行全断面水冲法吸泥下沉。因此时钢套箱入土较浅，自重较大，沉降系数也较大，钢套箱下沉不稳定，应特别注意选择水冲吸泥的位置。对此应在钢套箱中心向四周逐渐扩大均匀吸泥，避免在刃脚附近水冲吸泥，即在吸泥机吸水头处先冲出锅底坑，泥坑神0.5m左右，然后用水枪在各个方向冲土连步形成漏斗形土坑，使泥浆水不断汇集到集泥坑吸排出钢套箱外。上述措施可使钢套箱缓慢平稳地下沉，防止造成钢套箱倾斜和位移。

（5）当钢套箱中心吸泥形成的锅底坑深度低于刃脚时，如钢套箱仍不下沉，应停止在中心吸泥，以防锅底坑过深，造成钢套箱突然下沉或翻砂使钢套箱倾斜。此时应适当向刃脚方向对称移动水枪和吸泥机进行水冲吸泥，扩大吸泥范围，使钢套箱下沉均匀。在靠近刃脚2m 范围内吸泥，要保持吸泥机下口不低于刃尖，以免吸混过深，坑深超过刃尖过多引起翻砂。

（6）在水枪冲泥时应注意控制好钢套箱内泥水数量，水枪应直接冲刷土体。当泥水过度时则可调整水枪出水量或暂停冲水。要经常检查吸泥机工作是否正常。

（7）在水洗冲泥下沉过程中，应始终保持钢套箱内外水位一致，防止内外水头差过大造成翻砂，必要时应用多台水泵向钢套箱内补水。（8）钢套箱下沉前即在外壁用油漆做好标高刻度，利用定位桩顶标

高进行下沉标高和倾斜度测量，没2h测量一次，必要时应连续观测，及时纠编。钢套箱下沉过程中，要随时测量记录钢套箱刃脚底标高，中心偏位、顶面高差、钢套箱内外泥面和变化情况、钢套箱内外水头差等有关资料，发现问题及时分析总结。

（9）整个沉放过程，必须要24h随时监控，发现问题及时调整。（10）当刃脚至设计标高河床底还有1m时，此时进入终沉阶段每小时至少观测一次。当钢套箱井下沉离设计标高30-50cm时应停止吸泥，利用钢套箱自沉至设计标高。待8h内钢套箱自沉累计不大于10mm 时方可进行封底，此时钢套箱的标高位移和倾斜应在允许偏差范围内，并经检验合格。

2.8钢套箱封底

钻孔灌注桩完成后，将采用水下混凝土封底的方案，防止因干封底而造成管涌、上浮的影响。封底混凝土厚度为 1.0m，第一次采用水下混凝土灌注厚度为0.8m。第二次抽干水后，对第一次水下混凝土补漏，检查后浇筑20cm找平混凝土。

2.7.1封底层混凝土施工顺序

布置水下混凝土导管，按混凝土导管影响半径为3m考虑导管的平面布置，导管平面的梅花桩布置。

灌注水下混凝土→养护→布置抗浮设施→混凝土达到70%强度后抽干套向内的水井检查补漏→封底混凝土找平层浇捣→养护。

2.7.2封底层混凝土施工

（1）封底层混凝土总厚度为100cm，分两次浇筑，第一次浇筑混凝

土厚度为80cm，采用水下混凝土灌注法，第二次灌注混凝土是在第一次混凝土达到70%强度后，排干水后进行的。浇第一次混凝土的目的是为了止水，因混凝土不易浇筑，难免会出现局部渗水现象。浇第二次混凝土的目的是为了补渗漏及对封底混凝土层表面进行找平，所以采用常规混凝土浇筑方法。

（2）布置导管。布置导管要考虑到混凝土的流动度，由于水下混凝土层流动性能较差，又要考虑到钢套箱四周混凝土均靠混凝土自流来完成。

（3）在混凝土浇筑前要尽量满足水下混凝土的操作原则，混凝土要尽量避免和水直接接触。所以要制定教导混凝土顺序，同时要确保第一根导管在完成浇筑任务时混凝土应把第二根导管包裹住。

（4）要经常量测混凝土表面标高，以宁高不低为原则，以防起不到止水作用。

（5）当浇筑完成后，养护时间不少于3d，在有条件情况下，测试混凝土强度，当混凝土强度达到70%设计强度时方可开始排水。

（6）当排除钢套箱内水后，对第一次封底层混凝土表面进行清扫，并检查是否渗漏现象，如有则要做好标记在第二次封底层混凝土（表面找平层）时，重点考虑。

（7）无论是第一次还是第二次封底层混凝土均布置集水井，以利排水。

（8）封底混凝土与钢套箱之间的连接需加强，防止漏水，为此在钢套箱制作时，在封底混凝土部位加焊U型连接钢筋。

2.8抗浮和抗管涌措施

钢套箱下沉就位后，在箱内保持一定水位（+2.00），然后进行水下封底，最后抽干钢套箱内积水进行承台的施工方案是可行的，并在距离钢套箱底部0.8m位置设置内壁凹槽，槽深8cm，在封底混凝土完成后，可以有效地将封底混凝土、钢套箱连位一体，抵消上浮力。2.9钢套箱拆除

水中承台、立柱施工完毕后，由潜水员入水拆除第二节与第一节之间的螺栓连接，由履带吊将第三节钢套箱吊运至岸上，由人工拆卸成块用平板车运出；第二节钢套箱按同样的顺序进行拆除施工；第一节钢套箱不再回收。