5、-无底钢套箱围堰施工工艺工法

无底钢套箱围堰施工工艺

（QB/ZTYJGYGF-QL-0205-2011）

桥梁工程廖文华涛

1 前言

1.1 工艺工法概况

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。

1.2 工艺原理

无底钢套箱相对有底钢套箱而言，去掉了底板系统，钢套箱侧面壁板直接插入河床，并通过吸泥下沉至设计标高，浇筑封底混凝土后，使嵌入河床的钢套箱与河床、共同组成封闭的临时隔水结构。

2工艺工法特点

2.1无底钢套箱一般用于低桩承台施工，此时水中钻孔桩施工已经完成，可利用钻孔工作平台及钢护筒为无底钢套箱施工提供作业平台。

2.2其结构构造简单，下沉施工干扰小，封底混凝土直接与河床接触，套箱竖向受力小，壁板重复利用率高。

2.3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 适用围

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

4 主要技术标准

《铁路桥涵地基和基础设计规》（TB 10002.5）

《铁路桥涵工程施工质量验收标准》（TB 10415）

《铁路桥涵施工规》（TB 10203）

《铁路桥涵设计基本规》（TB 10002.1）

《公路桥涵施工技术规》（JTG/T F50）

《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80-1）

《钢结构设计规》（GB 50017）

5 施工方法

无底钢套箱与有底钢套箱的施工方法基本相同，包括墩位组拼和场外组拼两种。不同的是套箱定位后，由大型起吊设备配合下沉套箱至床上，并通过高压水破土，吸泥机吸泥，使套箱下沉至河床中的设计标高，施工封底混凝土，套箱抽水机及支撑安装，施工承台混凝土。

6 工艺流程及操作要点

6.1 施工工艺流程

具体施工工艺流程见图1。

图1 无底钢套箱围堰施工工艺流程图

6.2 操作要点

6.2.1 无底钢套箱的设计

无底钢套箱围堰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、支撑、导向架组成。根据结构尺寸、水深及经济性确定单壁或双壁。

1 水文地质技术参数的选择

水深4m以上，河床为硬土、卵石层或软质岩层采用钢（管）板桩围堰；河滩浅基开挖不稳定土壤，或在既有线旁开挖桥涵基坑，采用钢筋混凝土围堰；在水深5～6m以上深水基础时，采用双壁钢围堰。

2 钢套箱壁板及加劲肋、支撑系统技术参数的选择

设计时按照抽水作平台时最不利工况计算，分别进行受理参数计算，最终选择壁板、加劲肋、支撑系统等；围堰考虑在墩位拼装，受起吊限制，考虑分节分块拼装。

3 锚固定位系统的选择

一般单壁钢套箱施工时，钻孔桩钢管平台均为固定式，因此钢套箱的定位均依靠钢管工作桩，锚锭较为简单，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。

4 封底混凝土选择

无底钢套箱封底混凝土选择原则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下不被破坏。

5 主要检算项目及方法

1）无底钢套箱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原理是围堰加重大于围堰板壁覆盖层间摩阻力。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 ：

=

1R 下沉力

摩阻力

2）封底混凝土验算。 荷载取值：

12=q h h γγ⋅-⋅混水

式中：γ水 ——水的容重；

1h ——计算水深；

γ混——混凝土容重；

2h ——封底混凝土厚度。

封底混凝土计算可取1单元（宽取1m ，高度去封底混凝土的计算厚度）计算，将该单元混凝土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。

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——容许剪应力；

3）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、支撑自重、封底混凝土中、封底混凝土与钢护筒握裹力（握裹系数取10t/㎡）；

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）浮力计算若扣除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）若封底混凝土按安全面积计算，G 算入，但不计算封底混凝土与钢护筒握裹力。但应对握裹力、桩重和钢护筒重进行比较，取最小值。

4）锚锭系统验算。

锚锭按水流力、风力的最不利组合确定定向所需锚锭力。 6.2.2 钢套箱加工 1 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：