桥10-无底钢套箱施工工艺

无底钢套箱围堰施工工艺

1 前言

桥梁深水基础的施工，施工技术各有差异，且各具特色。无底钢套箱在深水低承台桩基础的施工中，得到了广泛的应用。较之双壁钢围堰，钢套箱具有施工工期短、水流阻力小、利于通航、施工难度小、材料用量少、经济合理等特点。

2 适用范围及特点

2.1无底钢套箱的适用范围

无底钢套箱适用于水深10m以内，河床易清淤吸泥，河床覆盖软弱层较薄的低桩承台的施工。

2.2无底钢套箱的特点

无底钢套箱下沉施工干扰小，不受桩基影响。其结构构造简单，封底混凝土直接与河床接触，套箱承受荷载小，壁板重复利用率高。但是，无底钢套箱下沉定位难度大，封底混凝土易漏失，数量不确定，套箱围堰需着床，对河床表面的地质情况及大面平整要求较高。

3无底钢套箱的设计

无底钢套箱围堰设计与有底钢套箱区别是无底钢套箱底部直接落在河床上。无底钢套箱主要结构由壁板、外圈梁、内支撑、导向架组成。

3.1水文地质技术参数的选择

见《有底钢套箱围堰施工工艺3.1》

3.2钢套箱壁板及加劲肋、支撑系统技术参数的选择

广深准高速铁路石龙特大桥采用单壁无底钢套箱。设计时按照抽水作承台时最不利工况计算。围堰考虑在墩位拼装，受起吊限制，考虑分节分块拼装。

钢套箱设计高度为8.5m，平面尺寸为12.05×7.85m。高度方向分二节施工（4.5+4m），栓接拼装加橡胶垫封水。

侧板是肋板式结构，采用5mm钢板作围水壁板，壁板支撑竖肋用[14a槽钢，横肋用∠75×50×8，壁板围肋用∠75×75×8。

水平内支撑采用边抽水边加内支撑的方法。

3.3锚碇系统的选择

一般单壁钢套箱施工时，钻孔桩钢管平台均为固定时，因此钢套箱的定位均依靠钢管工作桩，锚碇较为简单，有以下两种定位方式： （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。 （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设置于其下部1/3处的锚缆调整。

3.4封底混凝土选择

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无底钢套箱封底混凝土选择也是当围堰位于施工最高水位时，围堰抽水后封底混凝土在浮力作用不被破坏。

3.5主要检算项目及方法

（1）钢套箱壁板及加劲、支撑系统验算 无底钢套箱壁板、支撑计算同有底钢套箱。 （2）无底钢套箱壁板入土深度确定及验算

无底钢套箱壁板为单壁结构刚度较小，靠自身入土较为困难，而且入土过程要确保均匀下沉，保证平面高差不超过20cm。围堰入土一般均要求围堰穿过覆盖层，切入河床岩层。围堰入土深度的计算以围堰加重大于围堰壁板与覆盖层间摩阻力，实际施工时入土主要靠在套箱外部采用长臂挖掘机进行挖砂，套箱内部采用抓斗进行水下捞砂，再配合高压水泵冲砂入土下沉。

入土深度计算：取决于围堰下沉力与摩阻力比值。 围堰下沉系数R：

R?下沉力?1

摩阻力（3）封底混凝土混凝土验算 封底砼强度计算：

荷载取值：q??水?h1??混?h2

式中：?水—水的容重 h1—计算水深 ?混—混凝土的容重 h2—封底混凝土容重

封底混凝土计算可取1单元（宽取1m，高度取封底砼计算厚度）计算，将该单元砼按连续梁模式用有限元分析方法得出封底混凝土最大弯矩M。根据弯矩验算封底混凝土拉、剪应力应符合要求。

拉应力验算：M?[f]W?M计

式中：M—封底混凝土容许弯矩 [f]—封底混凝土容许拉应力

M计—封底混凝土计算弯矩

Q剪应力验算：???[?]

A 式中：Q—封底混凝土剪力

A—封底混凝土剪切面积 [?]—容许剪应力 （5）钢套箱抗浮计算

计算抗浮稳定性应考虑在计算最高水位条件下的浮力

G?K F 式中：G—钢套箱自重、内支撑自重、封底混凝土重、封底混凝土与钢护筒握裹力（握裹系数取10t/m）

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F—钢套箱所受浮力 K—安全系数，取1.１～1.2 浮力计算时应注意：

1）浮力计算若扣出钢护筒排开水的体积产生的浮力，这时G不计算桩重和钢护筒重，只计算封底混凝土与钢护筒握裹力，

2）若封底混凝土按全底面积计算， G计算入，不计算封底混凝土与钢护筒握裹力。但应对握裹力和桩重和钢护筒重进行比较，取其小值。

（6）锚碇系统验算

锚碇按水流力、风力的最不利组合确定各向所需锚碇力。沱江大桥6号墩设计均采用混凝土锚。设计锚重采用W?2.5R（W为锚重；R为锚碇力）配置。具体计算详见11《双壁钢围堰施工工艺》。

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

无底钢套箱施工工艺流程图：

套箱加工试拼→检查套箱加工质量→准备起吊设备→套箱吊装就位→套箱下沉就位（清基、吸泥下沉）→潜水员入水码袋堵漏→ 钢护筒安装→灌注封底混凝土→抽水查堵漏→清理桩头凿平封底混凝土至设计标高→作灌注承台混凝土前的准备工作。

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

见《有底钢套箱围堰施工工艺4.2.1》。 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。 4.2.4钢套箱整体吊装、分节吊装

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钢套箱整体吊装：当钢套箱平面尺寸较小，重量较轻时，可以采用浮吊或缆索吊整体起吊。在岸边组拚钢套箱，气囊顶升后牵引下水，或在岸边滑道上拼装钢套箱，拼装完毕，借助滑移设备滑移入水。用推轮将钢套箱推至浮吊作业区，然后用浮吊或缆索吊起吊钢套箱下沉就位。

钢套箱分节吊装：当钢套箱整体重量较重，高度较高时，可以在岸上分节组拚，然后采用浮吊或缆索吊分节吊装。 4.2.5钢套箱墩位处分块组拼

利用现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。 4.2.6钢套箱水密试验

钢套箱每个分块加工完成后，应进行煤油渗透试验。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，并标示于作业平台上。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。下沉过程要及时用上下锚缆进行钢套箱的纠偏。

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。

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。 6.1.3无底钢套箱河床以下部分的除土下沉

根据地质资料及实测情况，探明淤泥的厚度。为减少围堰着床后的吸泥工作量，在围堰着床前可以先用挖泥船清淤，待无底钢套箱着床后，再用高压水管和吸泥机出土下沉。

无底钢套箱河床以下部分除土下沉的主要设备为吸泥机和与之配套的风压机。当钢套箱围堰精密着床后，即进行吸泥下沉。

当水深较小时，用高压水破土，砂石泵吸泥；当水深较深时，用高压水破土，2台φ273空气吸泥机吸泥（管径及台数根据土质情况确定），后期，当刃尖进入粘土层下沉较慢时，增加钻吸机出土

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吸泥。施工中因下沉系数太小，自重下沉难的问题，可在套箱的顶部采用多台千斤顶加载的方法助沉。直至沉入需要的河床土层及标高。

吸泥时注意要由钢套箱的周边往中心均匀出土，以使钢套箱围堰均匀下沉。

6.2钢套箱下沉时的纠偏措施

钢套箱下沉过程中，要采用多次测量和系统比较的方法确定钢套箱的下沉情况，测定节段基准点的坐标，求得共同性定各轴线偏移即告成、底中心偏移刃脚高澄、扭角、倾斜等钢套箱观测资料，指导钢套箱接高下沉和纠偏的实施。

常用的纠偏方法有三种：

（1）围堰内偏挖：在刃脚较高一侧多挖土，在围堰下沉的同时把倾斜纠正过来。 （2）偏心压重：在围堰顶面较高的一侧压重，可利用钢轨进行悬吊压重，以纠正其倾斜。 （3）堰外挖土或填土：在围堰较高的一侧挖土，以减小摩擦力；在低的一侧填土增加其摩擦力，通过多次调整，使围堰恢复到设计位置。

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设置于其下部1/3处的锚缆调整。

因水流引起的水平力的计算见《有底钢套箱围堰施工工艺7.2》

8.钢套箱底部处理

8.1无底钢套箱河床清淤

当钢套箱通过出土下沉至设计位置，在进行封底混凝土前，要用高压水管和吸泥机在钢套箱内侧彻底清除河床沉淀下的淤泥，以免影响封底混凝土的质量。

8.2钢套箱封底混凝土施工

当河床基岩裸露，高低不平时，可对其进行二次封底：第一次先找平，待钢护筒下沉定位后，再进行第二次浇筑。渝怀铁路溪门口大桥9#墩高低刃脚无底钢套箱即采用此法。

其他详见《有底钢套箱围堰施工工艺8.2》

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

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撑，接着抽水安装第二层内支撑，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

见《有底钢套箱围堰施工工艺10》

11.机具设备配置

钢套箱制作机械及设备表 顺号 1 2 3 4 5 6 7 8 机械及设备名称 等离子切割机 电焊机 汽车吊 带链滑车 顶杆 起道机或弯轨器 氧气瓶 乙炔瓶 规格及型号 LGK-8 16t 5t 自制 台 台 台 台 支 台 个 个 潜水设备（浅水作业） 顺号 1 2 3 4 5 6 7 8 机械设备及名称 手压空压机 潜水空气压缩机 潜水服 救生服 水下通风设备 轻潜设备 扩音电话 高压胶管 规格及型号 3.0MPa 0.3m 12V 3.0MPa φ13/φ25 水下切割设备 顺号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 机械设备及名称 直流弧焊机 石板闸 氧电弧切割水炬 空心切割条 氧气 氧压表 电缆 胶管 电焊墨镜 橡皮手套 规格及型号 AX3-300-2 HRT额定电压500V CDESS104φ12 2.5～25MPa 绝缘 单位 台 个 瓶 支 m m 付 付 水上施工设备 顺号 1 2

名称 交通船 打桩船 规格、型号 能力 单位 艘 艘 数量 备注 根据实际需要选用 根据实际需要选用 6

数量 2 2 2 2 2 4 备注 带有弧焊发电机，河北电焊机厂 天津低压电器厂 根据实际需要确定 根据实际需要确定 柳州自动化仪表厂 根据实际需要确定 根据实际需要确定 3单位 数量 1 6 1 6 4 1 10 10 备注 根据工程量大小确定 根据工程量大小确定 根据工程量大小确定 根据工程量大小确定 根据工程量大小确定 单位 台 台 套 套 套 部 m 数量 1 1 4 10 1 2 100 备注 超过45m为深水作业，应配备医疗和减压设备 3 4 5 6 7 抛锚艇 振动沉桩机 浮吊 驳船 拖轮 艘 台 艘 艘 艘 根据实际需要选用 根据实际需要选用 根据实际需要选用 根据实际需要选用 根据实际需要选用 吸泥施工设备 顺号 1 2 3 4 5 名称 空压机 吸泥机 砂石泵 钻吸机 大功率高扬程抽水机 规格、型号 12m 3 单位 台 台 台 台 台 数量 根据需要确定 备注 根据需要自行加工 根据需要确定 根据需要确定 数量及功率根据需要确定 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、钢套箱下沉过程中要徐徐下放，即时调整着床时的位置，吸泥时要及时纠偏。 2、其他见《有底钢套箱围堰施工工艺12》。

13.安全措施

见《有底钢套箱围堰施工工艺13》。

14.结语

当河床易清淤吸泥，河床覆盖软弱层较薄或者经吸泥后河床不是太软弱，具有一定的承载力时，深水低桩承台采用无底钢套箱施工是比较经济、可行的，只是加大了套箱定位的难度。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/zr38.html