关于深水无底单壁钢套箱应用的浅见

第１４卷第３期　２　０　１　５年８月　广东交通职业技术学院学报　

ＪｏＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＧＵＡＮＧ　ＤＯＮＧ　ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ　ＰＯＬＹＴＥＣＨＮＩＣ　Ｖｂ１．１４　Ｎｏ．３　

Ａｕｇｕｓｔ　２０１５　

文章编号：１６７１—８４９６一（２０１５）０３—００２３—０４　

关于深水无底单壁钢套箱应用的浅见　

陈庆波　（广州市公路工程公司，广东广州５１００７５）　

摘要：文中针对深水无底钢套箱在桥梁桩基础加固应用过程中的施＿Ｔ难点进行分析、探讨，期望可以为深　水无底钢套箱施工丁艺的发展提供一点有用的建议。　关键词：深水无底单壁钢套箱；设计与制作；安装；施丁重点　中图分类号：Ｕ４４３．２６　文献标ｉ￣－ｑ：Ａ　

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｄｅｅｐ－ｗａｔｅｒ　Ｂｏｔｔｏｍｌｅｓｓ　Ｓｉｎｇｌｅ—－ｗａｌｌｅｄ　Ｓｔｅｅｌ　Ｊａｃｋｅｔ　Ｂｏｘ　ＣＨＥＮ　Ｑｉｎｇ—ｂｏ　（Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｍｐａｎｙ　ｏｆ　Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ，５　１　００７５，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅ　ｄｉｆｉｃｕｌｔｉｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ａｐｐｌｙｉｎｇ　ｄｅｅｐ—ｗａｔｅｒ　ｂｏｔｔｏｍｌｅｓｓ　ｓｔｅｅｌ　ｊａｃｋｅｔ　ｂｏｘ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｂｒｉｄｇｅ　ｐｉｌｅ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ，ａｉｍｉｎｇ　ｔｏ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｓｏｍｅ　ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｅｐ　ｂｏｔｔｏｍｌｅｓｓ　ｓｔｅｅｌ　ｊａｃｋｅｔ　ｂｏｘ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｅｅｐ—ｗａｔｅｒ　ｂｏｔｔｏｍｌｅｓｓ　ｓｉｎｇｌｅ—ｗａｌｌｅｄ　ｓｔｅｅｌ　ｊａｃｋｅｔ　ｂｏｘ；ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ；ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ；ｅｍｐｈａｓｉｓ　ｏｆ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　

龙岗大桥位于广州市白云区Ｙ０１３乡道上，　是１９９３年建成通车的，由于建成初期当地在河砂　开采方面没有进行有效的管理，导致该桥范围内　河床急剧下降６　ｍ，将原本河床底部分的桩基础　裸露出来，对桩基础形成一定的冲刷及腐蚀，极　大地危害桥梁的行车安全性，经过主管单位以及　有关方面的研究，决定对该桥主桥桩基础进行加　固维修；施工单位在经过充分的研究比较后，认　为深水无底单壁钢套箱围堰施工方法作为桥梁工　程经常使用的水下施工方案，也同样适用于该桥　的桩基础加固。　１施工方案的选择　１，１施工环境及地质水文特点　由于下游有水闸，所以常水位处于该桥承台　底往上５０　ｃｍ处，无潮汐影响，且水流基本处于　收稿日期：２０１５．０４．１３　作者简介：陈庆波（１９７６．），男，路桥工程师　研究方向：路桥工程施工　无流速状态（为便于施工操作，要求下游水闸将　水位放至承台底ｌ　ｍ左右处）。该桥位处最深水　深为６．５　ｍ，设计资料显示覆盖层厚度为３　ｍ左　右，主要成分为中粗砂。桥下净空仅有６　ｍ，严　重限制起重设备的应用（见图１）。　

图１桥墩基本构造（单位：ｃｍ）　１．２施工方案的比选　２４　广东交通职业技术学院学报　第ｌ４卷　为了保证桩基础及承台修复的操作空问，必　须进行围堰形成一个无水空间，项目部技术骨干　针对现阶段应用较为成熟的几种水下围堰施工方　

案进行了比较（如表１）：　

表１水下围堰施工方案比较　

由于本桥桥下净空为６　ｍ，不能满足９．５　ｍ钢　板桩的施工净高要求，且河床覆层主要为中粗　砂，也对钢板桩的止水要求过高，所以不适宜采　用钢板桩围堰法；双壁钢套箱一般使用分段隔舱　式构造，采用压重下沉，较大的挡水高度可以适　当减小其单位施工成本及施工难度，而本桥挡水　高度要求为６．５　ｍ，这样便无法充分发挥双壁钢套　箱的优势，且其成本远远高于其它两种方案；在　对成本、工期及工艺难度等因素进行综合考虑　后，单壁无底钢套箱围堰法作为最终方案被确定　下来，因其具有作业周期短、可水下拼装等优　点，而且本工程除了主墩３≠｝墩外，尚有２≠≠、４＃ＮＩ］　墩处于浅水区，需要考虑套箱的通用性，且其具　有加工费用适中、可周转使用等优点，相对双壁　无底钢套箱围堰法更适合本项目。　２施工方案的实施　２．１钢套箱的设计与制作　钢套箱作为桩基础修复施工的阻水结构，又　兼作封底混凝土浇筑的侧模，设计时主要对以下　几方面的因素进行考虑和计算：　（１）侧板以承受水平荷载为主，其最不利工　况为抽水阶段，取此工况受力荷载组合进行侧板　计算；另外还要对套箱滑移入水、整体起吊下　沉、套箱混凝土封底及桩基础施工阶段侧板受力　进行验算。　（２）内支撑系统与套箱侧板计算相关，所以　在侧板计算的同时完成内支撑的验算。　（３）套箱拼装下沉阶段主要与套箱静载有　关，以竖向荷载为主，以整体起吊下沉为最不利　工况进行控制计算；并以此计算结果设计吊点、　吊具及选择安装设备。　（４）分别计算封底混凝土与原桩基础问的咬　合力及套箱围堰的上浮力，按１．５来考虑其抗浮　安全系数。　（５）封底混凝土强度验算，主要验算封底混　凝土周边及中间混凝土的拉应力和剪应力。　经过以上的验算，钢套箱采用单壁无底结　构，由侧板、内圈梁、内支撑组成，共计超过　１２０　ｔ，断面尺寸为１７．２　ｍｘ１０．２　ｍ，高１０　ｍ，分２　层（６　ｍ＋４　ｍ）２６块６种规格制作。　侧板是肋板式结构，采用６　ｍｍ钢板作面　板，１０　ｍｍｘ　１０　ｍｍｘ６　ｍｎｑ角钢作加劲肋，加劲　肋成网格分布，间隔为５０　ｃｍ×５０　ｃｍ，高度为　８０　ｃｍ，与面板制作成一体；内圈梁采用２５号工　字梁，沿水平方向设置４道；内支撑采用２５号工　字梁和１２型槽钢焊制成桁架梁，沿套箱短方向设　置４道，见图２。　２．２河床开挖　‘　２６　广东交通职业技术学院学报　第１４卷　监控整个套箱的情况，对于内支撑和内圈梁以及　套箱间的焊接点出现爆焊、掉焊情况的要及时重　焊加同，以保证后续施工工序操作的安全性。　３设计难点及施工重点　３．１套箱单壁柔性体的确定　由于套箱的设计结构尺寸较大，且下沉过程　是采用人力控制手拉葫芦的方法下沉，因此很难　保证整个套箱下沉过程中的步调一致，总会出现　局部受力不均、下沉不均的情况，如果采用刚度　过大的双壁钢套箱则容易由于下沉不均出现套箱　撕裂的情况；而如果采用柔性过大的钢板桩围　堰，则由于其柔性过大，导致插打后线性较差，　给内支撑安装造成不必要的麻烦。现在采用单壁　钢套箱，其具有一定的柔韧性，可以适应一定程　度的不均匀下沉及变形，且其具备一定的刚度，　内支撑及内圈梁较为容易安装。　３．２钢套箱拼装及下沉　在３≠｝墩封底后进行抽水的过程中发现套箱　上下两层之间的接缝出现严重的漏水现象，经　过讨论后决定在接缝的外围用棉纱涂抹黄油后　进行填塞止水；但填塞止水只能作为应急措施　使用，因其水下工作量太大，而且影响整个工　程的进度；经过分析，出现这种情况的原因主　要有两点：其一，块与块之问的螺栓没紧固　好；其二，由于套箱是拼装成型的，难免存在　加工精度上的问题，导致所加的防水橡胶条密　封性不足。所以要从根本上解决漏水问题，必　须从这两方面着手，首先解决人为原因，对『［　人加强交底和监督，让他们认识到防水工作的　重要性，所有螺栓紧同之后在套箱下沉之前必　须重新检查紧固一次；其次解决技术措施原　因，在防水橡胶条上涂满玻璃胶（利用其干透　后弹性及粘附性好的优点）再进行下一层钢套　箱的安装。钢套箱必须逐层安装，并于相应位　置将内圈梁及内支撑焊制安装好，安装好一层　下沉完毕后，再进行第二层的拼装；整个钢套　箱下沉的过程中必须要保证手拉葫芦的受力均　匀，钢套箱的水平倾斜高差不得超过２０　ｃｍ。　３．３内支撑及内圈梁安装　由于受原桥梁结构的影响，内支撑及内圈梁　如果等套箱抽水时再逐层安装的话是极其困难　的，而且抽水时逐层安装的话套箱会产生一定的　变形，不利于套箱的受力；所以所有的内支撑及　内圈梁都必须在套箱拼装过程中由下到上逐层安　装，这样就大幅减低了内支撑及内圈梁的安装难　度，同时也加大了套箱的安全性。　另外，由于套箱为无底结构，具备一定的柔　性，如果没有措施对其进行定位的话，浇注封底　混凝土的时候套箱可能出现扩张变形，使套箱承　受额外的应力，或者出现混凝土渗漏，造成封底　失败；所以内圈梁及内支撑和套箱间一定要进行　严密焊接，保证内支撑与内圈梁间接触面满焊、　内圈梁与侧板接触面每隔１　ｍ加１０　ｃｍ排焊，使　套箱在浇注封底混凝土的过程中不出现变形。　３．４周边砂袋反压　套箱下沉到设计标高后，外侧四周需要用砂　袋进行反压，其作用为：①防止在封底过程中，　混凝土从钢套箱下口不平处大量溢出，与套箱形　成整体后加大钢套箱拆卸的难度；②平衡封底混　凝土浇筑时的侧压力；③平衡抽水以后的水压，　防止套箱底口外翘，产生涌水。　３．５封底前的清平与片石抛填　在４≠≠墩套箱封底后抽水即将成功时在１＃桩桩　边出现了一个５０　ｃｍｘ　１０　ｃｍ的－ｆＵＨ，涌水相当严　重，导致抽水失败，需要进行二次封底；所以封　底前，对于基底的超高点，特别是群桩中间勾机　无法清除部位，必须采用高压水泵冲平，而对于　原桩基础周边与封底混凝土结合部分一定要派潜　水员冲刷干净，直至露出桩体混凝土方可进行封　底；而后从一端开始全断面均匀抛填片石。抛填　的片石既可防止封底混凝土入水时挤砂成堆，又　可形成一层强度较高的片石混凝土（注意：这层　片石不能用砂袋代替，因砂袋具有可变性，可以　被封底混凝土冲滚到一起，使封底失败）。　３．６防水措施　对于钢套箱来说，其最大的作用就是从原本　没有干燥空间的水下制造出一个适合进行可见操　作的干燥空间；作为一种阻水结构，最关键的除　了结构的力学安全性，还需要有较强的密封性　能，橡胶条的选择必须是弹性较好、厚度适中　（８～１０　ｍｍ），而气管是作为一种后备措施，可　以两者同时安装，亦可以只采用橡胶条。本项目　主要对桥梁主桥于水中的主墩及两个副墩水下桩　基进行加固，在前面２≠｝墩浅水区施工经验的指导　下，３群墩套箱在安装过程中止水措施采用两种方　（下转第８Ｏ页）