有底钢套箱设计与施工要点控制

有底钢套箱设计与施工要点控制
摘要: 通过G324线高明大桥、高明二桥、高明三桥桥梁防船撞整治工程采
用的反吊底膜+侧模封端整体下放施工钢套箱的成功经验，总结类似项目施工的
基本程序和思路，做到工艺成熟，经济合理、切实可行、安全可靠的目的。

为桥
梁安全提供有力保障，从而实现工程质量、安全、工期、成本及社会信誉的预期
目标，打造品质工程。

关键词：钢套箱；设计；施工；封底混凝土；
1.施工准备
1.1施工前，对施工图纸承台标高计坐标进行复查，对航道水位进行多次测量，记录潮汐水位标高。

1.2钢套箱设计
采用3套钢套箱围堰营造无水操作环境，每个钢套箱内间距2米左右共设置
8道承重梁+2道兜底承重梁。

模板采用定制钢模板，采用1cm厚钢板分块制作，
采用 1.5*1m大小块钢板拼接制作，各模块采用螺母拼接，分块在工厂加工制作，通过船舶运往桥墩旁边组装钢套箱。

钢套箱组件按工艺设计将模板制成后拼装，
然后分组、编号、上油保护。

钢套箱外侧采用[10双拼槽钢分层加固，从套箱底往上间距1m每道设置槽钢
圈梁，圈梁采用拉杆对拉，增加钢套箱整体刚度，钢套箱四周直角在转角处采用
预制加工的直角槽钢加固。

2.钢套箱结构计算
2.1计算模型
钢套箱采用midas有限元分析软件进行计算，采用三维空间建模，对套箱各个构件赋予各自材料特性，荷载均采用面荷载进行加载，对套箱强度及刚度进行验算。

图2.1-1 钢套箱计算模型
2.2荷载及工况分析
因为围堰四周设置操作平台，漂浮物及船舶对围堰的撞击可以忽略，围堰受
到的主要荷载为自重、静水压力、水流力、浮力等，荷载分项系数为：自重 1.2，外侧静水压力1.4，流水压力1.4，浮力1.0。

2.3计算结果
套箱各构件的计算结果如下表：
表2.3-1钢套箱计算结果汇总表
2.4计算结论
从上计算可知，钢套箱强度和刚度是满足规范要求的，结构安全可靠，能满
足高明大桥水中承台在各种工况条件下施工的要求。

3.钢套箱制作
3.1主要材料配置
3.1.1施工所需材料按照结构计算结果及生产计划详细规划进行采购，材料
进场时检查外形尺寸及其质量保证书的完整性，进场的材料分类进行堆放，并做
好标识。

钢套箱施工主要材料见表3.1.1-1。

表3.1.1-1钢套箱主要材料数量表
钢套箱制作工艺流程图
3.2制作工艺要求
本工程钢套箱围堰属于临时性结构工程，施工周期短。

在《钢结构焊接规范》5.1.5中指出：不需要疲劳验算的构件中，凡要求与母材等强度的对接焊缝宜焊透，其质量等级受拉时不应低于二级焊缝，受压时不宜低于二级。

因此本工程所
有的焊缝均采用二级焊缝。

3.3制作一般要求
3.3.1全部钢料、焊条、焊丝、焊剂等主要材料均应符合设计文件和现行标
准的要求并附有出厂合格证。

否则应作力学、化学及可焊性试验。

3.3.2所用钢材表面应平整光洁，没有疤痕，分层、夹碴压入的氧化皮及其
他影响强度的缺陷，发现上述缺陷要进行研究处理后再决定是否采用。

3.3.3钢套箱开始制作前，施工人员应熟悉并校核全部图纸，采用适当的焊接工艺和焊接参数。

3.3.4钢套箱分片制成一件后，应丈量单元产品全部尺寸，经检查无误，再制作第二件。

两件单元产品经试拼装合格后，方可批量生产。

3.3.5钢套箱分片出厂前应严格保证各部位焊缝的焊接质量，必要时可对部分焊缝做探伤检验。

3.4钢材的矫正工艺要求
3.4.1钢板的矫正
钢板在矫平机上矫正，钢板在矫平机上一次不能矫平时，往复数次，直到满足要求为止。

对于小面积较厚钢板及钢板切割或剪切的零件，由于零件边缘在切割时受高温或机床剪切时受挤压而产生的变形，则采用液压机将板件压平。

3.4.2型材的矫正
型材主要是用型钢桥直接进行矫正。

小尺寸的型材则利用平台或圆墩手工敲击来矫正，极个别的型材用水火矫正法矫正。

对于矫正好的钢板或钢材应按照表3.4.2-1中要求进行验收。

表3.4.2-1钢材矫正允许偏差
3.4.3焊接工艺和材料要求
（1）基本要求
①焊缝应清除油污、氧化物等杂物。

② 焊缝坡口型式应符合技术要求，过渡性坡口需光顺平滑。

③ 施焊人员应有操作证，并能按工艺技术要求熟练操作施工。

（2）焊接材料
焊接材料应根据要求和焊接工艺确定，选定焊接材料，必须符合表3.4.3-1 的规定。

3.4.3-1焊接材料标准
（3）焊接程序
①各阶段施焊均应选择合理的焊接程序。

②分块焊接、总装焊接均应选用双数焊工，从中央向四周对称施焊，其焊接电流、焊接速度力求一致，以减少构件的焊接变形。

（4）材料技术要求
①各类材料的品种、规格、材质均应符合设计图的要求并有材质证明或产品合格证。

②不具备以上要求的材料不得投入生产。

焊缝坡口大样图
3.4.4质量检验及验收
（1）焊接检验
焊接检验是保证套箱制造质量的重要措施，对焊接检验实行“自检、互检、专业检查”制度，做到不合格的原材料不投产，不合格的焊缝必须返工，从而使焊接质量得到可靠保证。

①焊前检验：包括基本金属质量检验、焊丝及焊条的质量检验、气体检验、焊工考核、能源和设备检验等。

②焊接过程中的检验：包括结构装配质量检验，焊接规范检验，焊缝尺寸及表面检验等。

③焊缝外观检查。

所有焊缝均应在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、未填满弧坑及漏焊等缺陷。

其质量
要求应符合下表规定。

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。

焊缝外观检查质量标准
④焊缝内部质量检验
用超声波探伤仪对现场焊接的焊缝进行探伤检查。

倒挂牛腿、提升钢箱的所有焊缝均进行超声波探伤，另选取内、外面板、钢箱20%对接焊缝进行超声波探伤。

（2）组装检验
由几种零件组拼形成的组拼件，允许偏差应符合下表的规定。

组拼件组装尺寸允许偏差
单元体组拼允许偏差应符合表下列规定。

单元体组拼允许偏差
（3）结构尺寸验收
钢套箱单元节组拼完成后，必须进行结构尺寸检验。

检验由测量对实地测量，验收结果必须详细记录，钢套箱的结构尺寸须符合“钢套箱主要尺寸允许偏差”
表的要求。

钢套箱的制作拼装实测项目
4钢套箱安装
4.1钢套箱安装准备
4.1.1根据天气预报，选择水速、风速较小的晴朗天气进行。

4.1.2准备钢套箱下水、汽车吊，完成必要的检算工作。

4.1.3在加工厂预制拼接，与桥墩处现场量测数据再次复核。

4.2吊架系统
吊架主体材料有上下两层承重梁，条形垫块、吊杆和千斤顶组成。

采用焊接
双排45号工字钢作为吊架承重梁，采用24号工字钢作为垫块和分配梁，使得承
重梁高于承台，采用φ32mm精轧螺纹钢作为吊杆。

4.3吊架安装
首先根据确定好的吊架位置用汽车吊在桥面吊装兜底承重梁，放置高度比水
位高50-100cm，横向摆放24号工字钢在兜底承重梁上方并将其临时固定在两侧
桥梁承台上，将24号工字钢和兜底承重梁焊接牢靠后吊装上层承重梁，摆放在
条形垫块上后在预留好的孔洞中从上到下垂直穿精轧螺纹钢，潜水员安装下方精
轧螺母，采用双层螺母。

在每个精轧螺纹钢上附着50t千斤顶用于调节下层承重
梁标高。

4.4套箱模板安装
模板采用定制钢模板，采用1cm厚钢板分块制作，采用1.5*1m大小块钢板
拼接制作，各模块采用螺母拼接，分块在工厂加工制作，通过船舶运往桥墩旁边
组装成无底钢套箱。

钢套箱组件按工艺设计将模板制成后拼装，然后分组、编号、上油保护。

钢套箱外侧采用[10双拼槽钢分层加固，从套箱底往上间距1m每道设置槽钢
圈梁，圈梁采用拉杆对拉，增加钢套箱整体刚度，钢套箱四周直角在转角处采用
预制加工的直角槽钢加固。

4.5钢套箱下放
钢套箱内壁紧贴承台，故围堰内壁所围区域面积为41.52m2，下放时最高水
位标高定为+1.4m。

钢套箱自重G=26.233t
钢套箱下沉到位所受最大浮力= 41.52×1.6=66.432t
钢套箱整体下放需要添加压舱水高度：
由以上计算可知，
，即通过注水可以将钢套箱下沉到位。

待钢套箱下放完成后若检查发现围堰内壁与封底混凝土接缝处有冒水和渗水之处，可利用干海带对冒水和渗水处进行封堵，当海带吸水后膨胀来达到封堵或减小混凝土缝隙冒水和渗水量的目的。

如出水量稍大需开V型槽，并采用堵漏王进行封堵。

之后进行封底混凝土（厚100cm）施工至与承台底标高往下
100cm（标高-0.2m）。

最后进行植筋、承台钢筋捆扎、模板支立、混凝土浇筑等工序施工。

4.6钢套箱质量验收
没处钢套箱下放完成后，对围堰的标高及垂直度进行测量检测，对现场焊接的焊缝质量进行检测，具体要求如下：
图5.3-4 钢围堰拼装验收表
5钢套箱围堰变形监控
钢套箱围堰抽水过程中对钢套箱顶口及周身设置变形观测点，监测整个钢套箱在抽水过程中的变形情况，并与计算变形相比对，确保钢套箱围堰安全。

钢套箱变形监测。

钢套箱施工闭合后，准备抽水前，内外水压力平衡时，测量出各角点坐标和钢套箱有代表点的顶点坐标，以此坐标作为基准点，在各种工况时分别复测各点坐标值，与基准数据进行对照，计算出各控制点的变形，以指导施工。

参考文献：
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[6]邓文豪.大型有底钢套箱底架仿真分析及施工[J].广东公路
交,2019,45(04):152-156.DOI:10.19776/j.gdgljt.2019-04-0152-0。