套箱是为水中承台施工而设计的临时阻水结构.doc

套箱是为水中承台施工而设计的临时阻水结构，其作用是通过四周套箱模板以及底部混凝土封底为水中承台施工提供无水的施工环境，同时兼作承台施工的外模。本文就同三国道大泖港桥主墩承台采用拼装式钢套箱技术予以论述。一、工程概况同三国道大泖港桥位于黄浦江上游秀州塘与掘石港汇合处，是同三国道上海段中的一座大型桥梁。主桥中墩承台为六角形结构，主桥边墩承台尺寸为6m4m。承台底标高0.5m，河床底标高约5.5m；承台面标高2.5m，常水位标高2.7m，因此全部承台均处于常水位以下，且距离水底尚有5m高差。桩基为800phc管桩，其中中墩的外侧两排桩为斜桩。由于主桥中墩处在距岸边60多米的航道中，且主墩承台均在常水位以下，因此采用套箱法施工最为适宜。另由于受地理位置限制，大型吊车以及大型浮吊均无法抵达施工现场，因此根据工程的实际情况对套箱的形式作进一步的革新，采用拼装式钢套箱，既减少了对起重设备的依赖，又便于拆卸回收。二、钢套箱设计1、结构设计(1)根据承台底标高(2.5m)以及历史同期高潮水位(3.5m)，套箱高度至少6m，考虑汛期因素，套箱实际高度定为6.5m。(2)一般钢套箱隔水模板的形式主要有单壁和双壁两种形式，鉴于单壁模板节省材料、自重轻、加工方便以及装拆方便等优点，采用单壁模板。(3)由于模板加工精度要求较高，现场加工有难度，故采用工厂加工后运抵现场拼装，因此考虑到运输环节因素，整套模板在平面分成14块小模板。(4)根据现场起重安装能力，套箱模板在竖向分成2.5m、2m、2m三节，先拼装2.5m2m两节，安装到位后再利用低潮位时拚接最上节2m模板。(5)模板2、钢套箱构造简介根据钢套箱的使用功能，可以将整套套箱分为底模、侧模、内撑、绑定装置以及定位固定装置等五部分。(1)套箱底模钢套箱底模骨架为井字形框架结构，由10槽钢以及46方管焊接而成，其中受力骨架采用10槽钢，其余结构连接采用方管。底模骨架表面覆盖=4mm钢板，并在桩位处预留孔洞，便于套箱沉放。由于承台桩基部分为斜桩，因而套箱在从桩顶套入下沉至既定标高过程中斜桩在底模上的投景位置是不断变化的，因此我们将底模拼装分两步走，先拼装好除桩位开孔处以外的底模，待套箱吊装就位后再由潜水员对桩位预留开孔处的缝隙进行封堵。这样既方便了套箱吊装就位又确保了整个套箱的密闭性，为封底混凝土的施工创造良好的施工条件。(2)套箱侧模套箱侧模采用单壁结构，由型钢和钢板焊制而成。根据现场起重能力将侧模坚向分为上、中、下三节，三层高度分别为2m、2m、2.5m，每层模板分为14块，其中长边方向各2块，4个斜各1块，六个角各1块。侧模的竖向加劲肋为10槽钢，间距40cm，横向加劲肋为8槽钢(拼缝处采用10槽钢)，间距50cm。侧模面板采用5mm钢板。考虑回收因素，套箱侧模与底模、侧模与侧模之间采用螺栓连接，接缝间设橡胶止水带以防漏水。止水带为两层膨胀橡胶中间夹一层硬橡胶板。(3)套箱外加固由于套箱体积较大且由多块小模板拼接而成，模板与模板之间只是点连接，稍微遇到一点风浪及潮长潮落，整个套箱模板将不可避免地发生变形，为了保证其有足够刚度需在其外包加设一圈绑固，绑固采用30槽钢，在高度方向平均每隔1m设置一道。(4)套箱内加固套箱内加固由拉杆和撑杆组成，主要用来加强平衡施工期间套箱内外压力差。根据套箱在施工期间各个阶段不同的受力状况，有针对性地地设置内加固措施。第一阶段(套箱拼装就位阶段)，此时套箱内外压力差基本为零，不必设置内加固，但为了便于后续施工，先在下节模板上设置拉杆。第二阶段(套箱混凝土封底阶段)，由于混凝土比重大于水2倍多，因此在浇注封底混凝土时套箱的内压大于外压，拉杆在此时将起到抵消内压作用，防止产生水底爆模事故。第三阶段(套箱抽水)，一旦封底完成并将套箱内水抽干后，套箱内外的水位差将达到3.5m左右，撑杆将起到防止模板挤压变形的作用，为承台施工提供一个安全的施工环境。拉杆采用16钢筋，撑杆采用150钢管。(5)套箱底平台套箱底平台为套箱在水中的临时就位平台。套箱底平台由夹箍、吊筋和槽钢组成。每只夹箍由两片16mm钢板弯成的u字形夹片组成，在水下由潜水员用8根16螺栓使之与phc桩夹紧，在夹箍耳朵上焊接4根22吊筋，吊筋上端焊接于phc桩顶部桩帽上。待所有夹箍均安装完毕后，在其上横穿10根双拼30槽钢作为套箱水底平台。(6)吊点系统拼装完的套箱(下节、中节)总重约为25t，根据现场的起重能力以及起吊角度、位置，确定采用起重能力为60r的浮吊进行整体吊装。由于本套箱的六边形结构是几何可变形状，并且套箱吨位较大，因此必须根据打捞船的扒杆高度及吊点位置专门加工一个套箱起吊框架(见附图5)，安装于套箱顶部，保证套箱在吊装就位过程中不变形。(7)定位装置套箱下沉入水后受水流及水压力的作用，套箱会随水流漂移，因此需采取定位措施来确保套箱符合施工要求。定位装置分下定位和上定位两部分。下定位即套箱底模，通过精确开设底模上直桩预留孔的大小，使套箱底部箱准确定位。上定位即在phc桩顶部设置4套限位装置，分别对套箱的横向和纵向进行限位。三、钢套箱施工本工程钢套箱虽然尺寸不是很大，但受客观因素制约较大，大型施工机械无法进入施工现场，而航道又受桥梁限高影响，只能采用小型施工船作业。针对这些实际情况，我们对套箱施工采用了灵活的施工方法，并取得了显著成效。1、套箱加工从套箱结构构造来看，套箱侧模是整个套箱的主要构成部分，其加工的好坏直接影响到后面施工质量，因此套箱侧模全部在构件加工厂预制。根据套箱的设计原理，套箱侧模的加工尺寸已经考虑到了运输、拼装以及吊装等后续施工环节。套箱底模在现场制作，便于及时根据实测数据调整预留孔位置。在靠近现场加工场的岸边搭设一台钢结构平台，作为套箱的最终拼装平台，同时作为浮吊码头。2、套箱底平台安装夹箍由构件加工厂根据桩径尺寸加工，内径小于桩径1cm。吊筋焊接与夹箍耳朵上，其长度将根据底平台标高和桩顶标高确定，每根桩的夹箍都进行编号，斜桩还要考虑斜率因素，确保所有夹固在水底均处于同一平面。吊装采用打捞船施工，吊装前将两片夹箍用螺栓连接成一体，沉放到预定标高后先将吊筋与phc桩的桩顶法兰焊接固定，待所有夹箍沉放就位后由潜水员下水将夹箍螺栓一一拧紧。最后将双拼30槽钢一一安放到夹箍耳朵上，形成底平台。3、套箱拼接吊装受施工机械制约，套箱拼接和吊装分两步进行，先将套箱底模以及下节、中节侧模拼接于钢平台上，用起吊能力为60t的浮吊起吊、移位、就位，并沉放到底平台上。为防止套箱受潮流冲刷而移动，套箱内设置临时固定装置。由于吊装过程中浮吊将在航道内进行多次转向掉头，因此需提前通知港航监督部门进行临时封航管制，套箱一旦就位后即可开放航道，剩下上节侧模采用小型打捞船逐片拼装4、套箱定位套箱定位主要依靠底模和phc桩桩顶限位装置。本工程套箱底模不但作为封底混凝土的底模，更重要的是在套箱沉放过程中充当定位装置的作用。本工程主墩有三排phc桩，其中外侧两排桩为斜桩，因此只能利用中排直桩作为定位基准点，先通过全站仪精确测量所有直桩的中心坐标，通过与设计坐标进行对比将桩基施工误差计算出来，底模设计时将直接以直桩作为坐标控制点，并将桩基施工误差进行调整抵消。底板开预留孔时，斜桩预留孔可适当开大以便于套箱下沉，直桩预留孔的直径将比桩径略大5cm，这样套箱沉放就位后其绝对误差将控制在2.5cm以内。同时为防止套箱下沉不均匀，在phc桩桩顶设置4根限位杆，确保套箱平稳下沉。套箱就位后根据实测数据决定是否需进行微调，如需微调则采用一点起吊方法进行调整。5、套箱封底套箱就位后先将环形钢板由桩顶缓缓下沉至底模上，将预留孔与桩身之间的空隙覆盖，再由潜水员进入套箱将环形钢板与底模连接成整体，并用小沙袋将所有缝隙塞实。在浇灌封底混凝土之前必须检查所有内拉杆是否全部完好，防止发生爆炸事故，最后浇灌封底混凝土。根据施工经验，封底混凝土最好分两次进行，第一次浇灌至距封底顶面50cm处，待混凝土达到80强度后抽水，再浇筑剩余50cm混凝土封底，这样可以使封底顶面平整，防止由于封底混凝土超高带来的返工损失。6、套箱抽水封底混凝土强度达到80后方可开始抽水，但抽水前需根据套箱内外水位差设置一定数量的内撑，抽水过程中必须派专人负责监视，一旦有渗水现象需立即采取措施进行封堵。如遇到高潮位，从安全角度考虑可采取回灌措施，以平衡套箱内外压力。四、结束语通过实际操作施工，我们在套箱的加工、运输和拼装过程中进行了大量的工艺革新，从而确保了套箱的成功回收，使套箱可以被重复利用，大大节约了施工成本。如按常规套箱施工，大泖港桥工程共需8个套箱，通过此次攻关实现套箱回收再利用，实际只加工了2只套箱，节省6只套箱成本，按每只套箱的材料加工费约20万元计算，为公司节省套箱加工费共计120万元，创造了可观的经济效益。浅谈水中承台钢套箱施工方法【摘要】水中承台的施工是桥梁建设的常遇问题，本文以顺德北滘黄龙特大桥大体积水中桩承台为例，具体介绍钢套箱法施工工艺。【关键词】水中承台；钢套箱；施工1. 前言水中承台的施工是桥梁建设的常遇问题，在传统的施工方法中常用的有土围堰、钢围堰等施工工艺，本文以顺德北滘黄龙特大桥大体积水中桩承台为例，具体介绍一种钢套箱法施工工艺。钢套箱法，属于一种悬吊式钢围堰，它以钢模板拼装成套箱，在充分利用水中桩基础施工时遗留下来的钢管桩及钢护筒形成悬吊体系的同时借助水的浮力，承受承台自重，既形成水中作业平台，又担当承台模板，以达到节约施工造价、缩短工期，确保工程质量的目的。 2. 工程概述黄龙特大桥跨顺德水道，水深近十米，水中桩基础用钢管桩、贝雷架、工字钢搭设轻型栈桥及施工平台，以钢护筒穿透淤泥层及砂层，采用冲击成孔灌注方式施工。而主墩承台设计为水中大体积混凝土承台，平面尺寸均为18.2m7.4m，高3.0m，设计标号为C30，封底砼0.5m厚，设计标号为C25。根据水文特征、桩基础施工方式及承台的结构形式，本承台决定利用平台及钢护筒，采用钢套箱施工。图1承台施工工艺流程图 3. 墩承台的施工方法3.1套箱加工制作。每个套箱由60块侧板和16块底板组成，所有构件的加工均在后场加工完成，其中，侧板及承重系统由专业加工队进行加工以保证质量。待所有构件加工完成后，由船运至现场后拼装成整体。钢套箱侧板与侧板之间用螺栓连接，侧板与底板之间连接采用在底板上预埋钢板，再采用焊接钢板的方式进行连接定位。3.2平台拆除及钢套箱拼装下沉。在桩基础施工完成并验收合格后，开始着手拆除平台。整个平台在拆除后仅保留平台外两侧中间位置各一根钢管桩，其余部分平台全部拆除。钢套箱采用30T吊船配合安装，按以下步骤进行：3.2.1承重支撑系统的安装。（1）下支撑系统的安装 利用钻孔平台的剩余两根钢管桩和外侧的四个钢护筒，在其上用I20焊接牛腿，然后顺桥向安放3根双拼40工字钢，作为下支撑系统的临时支撑平台。 支撑平台安放好后，按设计位置在其上横桥向放置I45双拼工字钢作下支撑系统的底梁，各双拼工字钢缀板连接，按照吊杆的设计位置在双拼工字钢安装吊杆螺母，螺母与底梁通过节点板焊成一体。 在底梁上布置一层塑料薄膜或者油毛毡，随后拼装预制梁底板（预制底板在岸上预制场地进行预制）。待底板调整好其各自位置后，用PVC管预留出各吊点位置，即进行底梁上各预制底板之间湿接缝的浇筑。安装底梁时注意先中间后两边，对称安装，保持安装梁、底梁不上翘，左右伸出长度控制好(在底梁起吊前划好记号)。预制板安装时要严格定位，板间距设计为10cm，与护筒之间距为7cm，控制好各板与桩基护筒间的相对位置。保证各吊点在纵、横桥向位于一条直线上，以方便之后吊装、提升。（2）上支撑系统的安装。上支撑系统的立柱为桩基础钢护筒，在安装之前将钢护筒的顶标高设置在同一标高位置，然后在钢护筒上横桥向安放3根双拼I20，再将主承重梁贝雷梁（共4组）放于双拼I20上，在贝雷梁上设置3根双拼I45作为吊梁（与底梁位置相对应）。3.2.2下放系统的安装。钢套箱的吊杆采用32精轧螺纹钢筋，吊杆从上吊梁往下穿入，中间套5cmPVC管，下端穿过底梁，上端套上螺母，螺母外伸长度大于2cm，然后旋动吊杆将精轧螺纹钢筋拧入下端螺母。在上承重梁上安装TL32千斤顶，在千斤顶上再安反力梁(抬吊)。安装完毕之后，试运行，使吊杆受力，观察各吊点是否受力均衡，否则进行调整。在底梁未上升之前，调整好每根吊杆的顶端均在一个水平面上(吊杆长度一致)，这样在套箱下放时可控制好每个吊点同步，并且在每根吊杆上作好刻度记号。3.2.3模板系统和内支撑系统的安装。侧模安装前预先在底板放样定好侧模边线，在内侧通过预制板之间的湿接缝混凝土进行定位(预制板之间的湿接缝混凝土在浇注时沿模板内边线位置适当浇高)，侧模外用I20进行固定好，然后在预制底板上焊接钢板进行定位。套箱模板在上预制底板前，通过上承重结构、千斤顶将吊杆拉紧，使吊杆、结构体系处于预受力状态，同时，在模板安装时，对护筒顶、底梁的受力起到过渡和保护作用。整个承台套箱模板由模板公司制作生产，竖、横向加劲外箍自行加工、拼装，I20竖向加劲肋与模板在陆地工棚内通过勾头螺栓拼装、焊接好，然后运至施工现场进行安装，模板安装完毕后，在顶口外侧设置双拼I40外箍，外箍内侧通过双拼I40进行连接，构成套箱的内支撑系统，外箍务必保持在同一条水平线上，且竖、横向将加劲外箍与套箱模板侧壁焊接连成一体，以备共同抵抗侧压力。3.2.4提升及下放套箱。按设计图的要求，使用千斤顶及反力梁通过吊杆将套箱整体提升15cm左右，观察套箱的受力状况，利用吊机，拆除套箱的临时拼装平台，抽出支撑底梁时应该控制力度，缓缓地均匀地拉出来，避免局部过分碰撞。待临时平台拆除，整个套箱在检查稳定无异常情况后，通过千斤顶进行统一下放。套箱每次下放的深度根据千斤顶的行程来控制，套箱下放千斤顶采用TL32螺旋千斤顶，共设置13个吊点，每个吊点均设置有2个千斤顶，总共需要26个千斤顶。千斤顶一次下放行程统一为10cm，下放时由专人指挥、发布指令， 各操作点每次下放前，在吊杆上用油漆作好每次下放的刻度标志，操作必须同步、一气呵成，确保套箱平稳下放。一个操作点必须有二人以上，同时作好千斤顶及其它附属设施的备用，以防万一。套箱下放过程中，要及时观察、注意套箱本身及周围的情况。3.2.5安装止水环。承台有底套箱下放到设计标高后，由考虑到预制底板安装的方便，底板与桩基护筒有7cm间隙，承台封底要求套箱除了上表面其它面处于封闭状况，间隙封闭采用自制的止水环，沿护筒侧环向布置，并在一端通过对拉螺栓拉紧、套牢，一个套箱共设置有8处止水环。3.3浇筑封底砼。承台套箱完成封闭后，观察箱内水位情况及动静状况。作好对承台套箱平面位置的监控，及时作出检验与调整。同时在上承重支架布置浇筑平台，导管、储料漏斗、振动泵以及其它混凝土封底前工作应准备充分。封底砼采用C25水下砼配合比，缓凝时间10h，采用导管法水下浇筑。浇砼前先作好事前动员一气呵成，作好导管平面布置和浇筑数量与测深控制，严格按照施工设计所布设导管编号顺序进行混凝土的灌注。封底砼浇筑时，在每个浇筑点的周围布置测控点，及时观测浇筑的厚度及水下砼的流态分布。尤其注意相邻浇筑半径交界处以及构造物死角、拐点处的砼浇筑情况，避免封底面畸高畸低、凹凸不平等现象。当封底砼浇完之后，拔导管时应缓慢拔，防止拔管过快形成砼空洞而水侵入影响封底质量。拔出导管，清理操作平台，静待3天左右（待封底砼达到一定强度）准备下道工序工作。3.4套箱抽水。当封底砼达到一定强度（80%以上）后可对套箱向外抽水，抽水时首先用一台比较大的水泵抽，静观水位下降情况，若一切正常可继续抽水，若套箱有漏水现象，应分析原因，找出解决问题办法之后再抽水。防止盲目猛抽水而造成不可弥补的损失。3.5支撑系统的拆除。当封底混凝土强度满足要求后，即可对支撑系统进行拆除。将上支撑系统的千斤顶慢慢均衡的放松，通过吊机的配合，先拧出精轧螺纹钢后，将底梁拆除，整个支撑系统全部拆除掉。套箱的受力转变为由水浮力和桩基钢护筒与已浇筑封底砼的粘结力来承担，经验算可满足施工要求。3.6割护筒、砼面清理。套箱抽干水后，对桩基钢护筒进行切割，割除到设计标高处。然后对封底砼面进行凿毛，因封底砼存在不均匀性以及标高达不到承台施工要求，必须将箱内封底砼面进行网点测量。标高高于设计标高的要凿除，达不到设计标高的要加补砼，使承台施工形成一个干净平整的工作面。对套箱侧模进行涂油处理，减少模板与砼侧面的粘结力以方便拆模。完成上述工作后，应对承台底标高、平面位置及模板平整度、接缝等进行检测。3.7第一层承台施工。根据本工程的实际情况，对承台混凝土的浇筑分两次进行，第一次浇注1.0m，第二次浇注2.0m。承台钢筋底层钢筋较密，在钢筋绑扎前，先将护筒割至设计标高，将桩头钢筋扳成漏头状，绑扎箍之后再安承台底钢筋。先安装纵向主筋，再安装横向钢筋，其次是侧面箍筋，由下而上依层安装。周边钢筋可一次到位。按照设计图纸要求，预埋好各冷却水管，在砼正式浇筑前作好通水试验，确保砼浇筑前后通水顺畅。详见第10条。混凝土浇注前应对钢筋安装进行检验，经监理同意后方可进行浇注。承台砼采用泵送，严格控制好坍落度，缓凝时间不宜过大和过小，控制2小时适宜。浇筑顺序总体控制从中间往两边分3040cm一层。图2 3.8待强、凿毛及养护、清理。在第一层承台砼浇筑完毕后，均达到初凝后即进行冷却管的通水，仔细观察进出口的水温以及砼面温度情况，通过流量、流速的调节达到对砼体内外温差的调节。砼体