有底钢套箱围堰施工工艺设计工法

有底钢套箱围堰施工工艺工法

（QB/ZTYJGYGF-QL-0204-2011）

桥梁工程有限公司洪伟洋

1 前言

1.1 工艺工法概况

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，在大跨深水桥梁的基础施工中得到广泛的应用。

1.2 工艺原理

有底钢套箱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。

2 工艺特点

有底钢套箱与无底钢套箱相比，受水深的影响相对较小，水流阻力小利于通航、材料用量少，施工工期短，施工难度小。且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 适用围

适合于高桩承台，或承台下为较厚的软弱土层、且水深流急时，多采用有底钢套箱作为支撑、防水结构来进行深水基础施工。

4 主要技术标准

《公路桥涵施工技术规》（JTG/T F50）

《铁路桥涵施工规》（TB 10203）

《铁路桥涵工程施工质量验收标准》（TB 10415）

《城市桥梁工程施工与质量验收标准》（CJJ 2）

《钢结构设计规》（GB 50017）

5 施工法

有底钢套箱一般均采用先桩后围堰施工法，围堰的安装主要有墩位组拼和场

外组拼两种。

墩位组拼：采用在岸上加工场分块加工，驳船运输至墩位处，浮吊或其他吊装设备分块吊安，组拼成整体后分节段下沉就位，底板封堵、清理、灌注封底混凝土，抽水、体系受力转换，承台混凝土施工。

场外组拼：采用在岸上加工场分块加工并组拼成节段，然后整体或分节段拖运至墩位处下沉就位，底板封堵、清理、灌注封底混凝土，抽水、体系受力转换，承台混凝土施工。

6 工艺流程及操作要点

6.1 施工工艺流程

有底钢套箱主要有墩位组拼和场外组拼两种，其施工工艺如下：

图1 施工工艺流程图

6.2 操作要点

6.2.1 有底钢套箱设计

1 水文地质技术参数的选择

当承台地面距河床面较高，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 钢套箱壁板及加劲肋、底板、支撑系统技术参数的选择

钢套箱壁板结构技术参数按最不利受力状态计算选取，壁板计算荷载为静水压力和动水压力及风力。沿围堰高度将侧板取出单位水平环体进行受力反洗，壁板可以看作是由加劲肋支撑的多跨连续梁。

根据壁板的计算，可确定竖向加劲肋间距。

地板主要承受恒载灌注封底混凝土重量，底板由底板、底板吊梁、底板加劲肋构成，底板一般为10mm钢板，吊梁和加劲肋根据计算布设。

支撑系统计算与围堰板计算相关，所以在侧板验算的同时完成支撑的计算。

3 锚锭系统的选择

由于有底套箱是在钻灌注桩完成后的后续工序，只是承台施工的挡水结构，它在定位、导向和施工期的稳定都依托于已成群桩。在套箱下沉就位时的导向、定位依靠围堰自身的结构设计。只在水流较急的施工水域下沉时设置纠偏缆，但仅用于少量的调整。

4 封底混凝土选择

封底混凝土的选择条件为吊箱抽水后再高潮位时的抗浮稳定性验算。

5 主要验算项目及验算法

当吊箱结构尺寸拟定后，根据施工时节段分析进行结构设计验算，计算容主要有吊箱拼装下沉计算、吊箱结构设计计算、封底混凝土施工节段计算、抽水后吊箱抗浮计算。

1）钢套箱壁板及加劲肋验算。

壁板承受水平荷载。其最不利工况为抽水施工阶段，取此工况受力荷载组合进行壁板计算。其受力荷载组合为：风力+静水压力+动水压力+波浪力荷载。

计算时壁板可看作由加劲肋角钢支撑的多跨连续梁，荷载为均布水压力q，

按塑性结构分析，则计算弯矩取21=16

M ql 。选定钢板厚度，按公式即可确定竖向加劲肋间距，壁板水平肋的间距布置用以确定加劲肋规格。

2）底板主要承受灌注封底混凝土恒载和吊箱静载，最不利受力工况为封底混凝土灌注阶段。底板荷载：

=+=+P H G γ⋅浮混凝土荷载底板荷载

式中 γ浮——混凝土浮容重；

H ——混凝土灌注高度；

G ——单位面积底板重量。

底板结构布置为格构形式。根据格构布置，底板可按双向板两端简支，两端固定计算。底板梁计算按底板吊杆的设计进行验算。

3）支撑及悬吊系统计算。

支撑系统与套箱侧板计算相关，计算思路为作用在两水平横肋之间的力按简支计算，得出支座反力作用在竖向大肋上，再根据拟定的支撑的布置进行验算。

悬吊系统以承受竖向荷载为主，分两种工况进行验算。

（1）起吊下放是悬吊系统构件计算，计算法同常规钢结构计算。

（2）承担灌注的封底混凝土重量。利用有限元分析各吊杆的受力，确定吊杆规格。

4）封底混凝土验算。

（1）封底混凝土强度计算。

荷载取值 12=-+q h h p γγ⋅⋅混水

式中 γ水——水的容重；

1h ——计算水深；

γ混——混凝土的容重；

2h ——封底混凝土厚度；

p ——考虑波浪力作用。

将封底混凝土按连续梁模式采用有限元分析法来计算封底混凝土的拉、剪应

力，检验其是否符合相关要求。

拉应力验算： []=M f W M 计

式中 M ——封底混凝土容弯矩；

[]f ——封底混凝土容拉应力；

M 计——封底混凝土计算弯矩。

剪应力验算： []=Q A ττ 式中 Q ——封底混凝土剪力；

A ——封底混凝土剪切面积；

[]τ——容剪应力。

（2）吊箱在最低水位条件下沿桩身下滑的简算。

K=F/G

式中 G ——钢套箱自重、支撑自重、封底混凝土重、承台自重；

F ——钢吊箱所受浮力（浮力计算扣出钢护筒排开水的体积产生的浮

力）、封底混凝土握裹力（握裹系数去10t/㎡）；

K ——安全系数，取1.1～1.2。

（3）钢套箱抗浮计算。

计算抗浮稳定性应考虑在最高水位条件下的浮力

G K F

式中 G ——钢套箱自重、支撑自重、封底混凝土重、封底混凝土握裹力（握

裹系数取10t/㎡）；

F ——钢吊箱所受浮力（浮力计算扣出钢护筒排出水的体积产生的浮

力）；

K ——安全系数，取1.1～1.2。

6.2.2 钢套箱加工制造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钢应符合现行标准《碳素结构钢》的规定； Q345钢应符合现行标准《低合金结构钢》(GBl591)的规定。

钢套箱加工选用的焊条、焊丝必须符合现行标准。