水中钢吊箱承台施工工法

水中钢吊箱承台施工工法

马小林

马小林

四川蜀通港口航道工程建设有限公司四川南充637000

国道G245线仪陇县新政至马鞍公路改建工程小河溪大桥位于四川仪陇县柴井乡蔡家坝村境内，桥位位于嘉陵江新政航电杻纽水电站截流库区支流小河溪内。大桥跨越小河溪，桥位处河面宽度约110米。水电站正常蓄水位324.0m，最低工作水位323.0m，近年来，经调查最高洪水位为324.40m。蓄水后水流速度极缓,基本为静水，施工时水位水深约8～10m。

小河溪大桥大桥上部结构为3×40+4×40+3×40m预应力砼简支T梁，桥长412米，桥面宽12m。其中4#～7#墩设于电站蓄水库区内，墩底为4根φ2m的钻孔灌注桩基础接承台，承台横桥向长为10.15m，纵桥向宽为8.20m，顶高程325.5，底标高322.5，承台底低于库区设计蓄水位1.5m。

为确保工程质量，加快施工进度，经过方案比选，根据现场情况对4＃～7＃墩承台采用水中钢吊箱围堰施工工艺，利用千斤顶和Φ32精轧螺纹钢吊装就位，水下用C30水下混凝土封底，最后进行吊箱内抽水、实现承台干施工，即提高了工作效率，又节约了成本，施工方法简单，可操作性强、质量可靠。

一、工法特点

（1）具有结构设计合理，安装方便，便于施工，质量稳定，提高了工程进度，缩短了工期，节约了成本。

（2）钢吊箱围堰即是用于水下施工的临时性挡水设施，侧板、底板又兼作承台底模与侧模。

二、适用范围

适用于墩柱式码头、铁路、公路、市政桥梁工程的水中承台施工。

三、工法原理

钢吊箱围堰是为承台施工而设计的临时阻水结构，其作用是通过吊箱围堰侧板和底板上的封底混凝土围水，吊箱内抽水后实现承台干施工。

四、施工工艺

1、工艺流程

图1承台施工工艺流程图

2、关键技术

1）钢吊箱围堰的设计技术

钢吊箱围堰的设计要充分利用桩基钢护筒作为承重立柱，在钢护筒上搭设承重梁吊装钢吊箱。

钢吊箱围堰是用于水下施工的临时性挡水设施，侧板、底板是钢吊箱围堰的主要阻水结构并兼作承台底模与侧模。

根据自然水位变化及钢吊箱施工作业时段，设计施工受力结构主要按照最高水位时，吊箱内抽干水后侧板所受水压力为设计依据，最低水位时，现浇承台砼侧压力进行校核。

钢吊箱围堰的设计为有底单壁钢结构，采用型钢与钢板焊接成型，底板在护筒位置预留10cm间隙，按实测桩位偏差设计，便于吊箱下放。吊箱下放到位后，在钢护筒一周预留10cm间隙处环向安装堵漏板，便于浇筑封底砼。

（1）设计参数

①施工水位、最高水位、最低水位，设计流速，设计流量；

②承台底面标高、顶面标高、厚度及承台平面尺寸；

③钢板、钢管、型钢、φ32精轧螺纹钢的材料质量；

④封底混凝土与钢护筒之间的握裹力，取经验值100Kpa(10t/m2)。

（2）结构设计

①工况条件根据钢吊箱围堰施工工作时段及设计受力状态，可按以下几个工况进行分析：下沉阶段；封底混凝土施工阶段；抽水后承台施工阶段。

②根据水文资料分析，确定钢吊箱施工水位为及钢吊箱的高度。一般钢吊箱的高度比最高水位高1.0～1.5m。

③结构设计条件综合各工况条件、水位条件确定钢吊箱结构设计条件。

④封底混凝土的厚度根据钢吊箱的自重、封底混凝土重、浮力、封底混凝土与护筒的握裹力计算确定。

（3）结构型式

根据钢吊箱使用功能，将其分为底承重、侧板、吊挂系统、下放系统四大部分。其中，侧板、底板是吊箱围堰的主要阻水结构，根据现场及设计情况,选用单壁侧板结构（见图2）。

②侧板：采用单壁结构，高度为4.2m，分2层共16块，各块吊箱侧板通过φ18高强螺栓连接起来，外拉内撑加固，模板与模板的接口以及模板与底板的接触面夹6mm厚10cm宽橡胶带密封止。侧板为肋板式焊接结构，由型钢和钢板焊接而成，模板面板采用6mm的钢板，竖肋采用[10，横肋采用2[32a，法兰板采用10*100mm钢带（见图4）。

图4承台侧板组拼平面图

③吊箱吊挂系统：吊挂系统由上承重梁、吊杆及钢护筒组成，吊挂系统的作用是承担吊箱自重及封底混凝土的重量。

上承重梁在钢护筒顶纵桥向布置2I56a工字钢，纵梁共布置2组。纵梁上面横桥向安装工字钢组合梁2I40a，横梁共布置4组，每组横梁设吊点与吊杆连接。上承重梁的作用是支承吊杆并将吊杆荷载传递给钢护筒。

吊杆：吊杆由φ32mm精轧螺纹钢及与之配套的垫板、螺帽组成,共16根吊杆，吊杆下端固定到底承纵横梁上，上端固定到上承重横梁上。吊杆的作用是将吊箱自重及封底混凝土的重量传给上承重梁。

④吊箱下放系统：吊箱下放系统由吊点、吊杆、反力梁、千斤顶组成，吊点分上吊点、下吊点，上吊点设在上承重横梁上，下吊点设在底承重横梁上，上、下吊点共16个。

（4）设计计算

设计计算时主要考虑3种工况：

①水下封底砼浇注完但未凝固时，考虑结构自重、封底砼自重、水浮力，全部重量由承重架受力进行验算；

②吊箱内抽干水后，考虑结构自重（含封底砼）、水浮力和封底砼与钢护筒的粘结力，验算底板抗浮情况。

③浇承台第一层砼时，考虑所有重力、水浮力验算承重架，考虑桩顶摩擦验算封底砼抗裂。

2）钢吊箱就位技术

采用桩基钢护筒，用反力梁、千斤顶、上承重梁及φ32mm精轧螺纹钢吊装钢吊箱就位。

（1）桩基砼灌注完后，及时拆除钻孔平台，割除钢护筒至标高327.36m处，在水位以上50cm处拼装操作平台。

（2）在操作平台上拼装底承重梁及铺设底模钢板，并在底模钢板上焊接限位槽钢及顶紧螺栓；

（3）安装吊箱上承重梁及吊杆，拆除拼装操作平台，浇筑15cm厚C30砼底板，安装加固第一层侧板。

（4）吊箱下放2.6m暂停（以第一层侧板顶面露出水面20～50cm为准），安装加固第二层侧板。

吊箱下放时，在每组上承重横梁上安装4台50T千斤顶及4根φ32mm精轧螺纹钢吊杆，每2根φ32mm精轧螺纹钢通过上承重横梁预留孔位于2台千斤顶的中间，反力梁通过φ32mm精轧螺纹钢安装在千斤顶上部用螺帽固定，φ32mm精轧螺纹钢下端与钢吊箱下承重横梁吊装孔用螺帽连接，经测量检查位置合格后，慢慢下放到设计部位。

钢吊箱下放：①千斤顶顶升15cm，安装反力梁，锁紧上螺帽；②顶升千斤顶，使下螺帽微微松开，将下螺帽往上旋15cm;③按5cm行程分三级下放千斤顶，使下螺帽锚固；④将上螺帽上旋15cm，千斤顶顶升15cm。反复如此操作，将钢吊箱下沉到设计标高，误差不大于1mm。当浮力大于钢吊箱重量时，可用抽水机往钢吊箱内抽水，使钢吊箱下沉到设计部位。为保证钢吊箱的下沉速度和位置，操作时，使钢吊箱下沉速度稳定，就位准确，必须由专人指挥，16人同时作业。

（5）吊箱继续下放到位，水下焊接下部支承牛腿，安装护筒堵漏板，浇筑承台封底砼。

（6）吊箱内抽水、止水，清理封底砼，拆除吊箱承重系统，割除钢护筒，安装钢筋，浇筑第一层承台砼。

（7）施工承台第二层砼至设计标高。

3、施工要点

（1）钢吊箱围堰的加工与制作

根据设计图纸，钢吊箱围堰结构尺寸，包括侧板、底板和支撑结构、上下承重分块制作组装成型。

（2）拆除桩基作业施工平台

桩基施工完成后利用吊车将平台上钻机吊离，拆除水上钻孔工作平台。

（3）搭设吊箱施工作业平台

利用钢护筒，搭设钢吊箱施工作业平台，平台高度根据施工水位情况决定。

（4）安装钢吊箱围堰

①测量钢护筒顶面标高和偏位情况，根据安装钢吊箱围堰设计的护筒高度，计算需割除的钢护筒的高度，使割除后的护筒顶面在同一水平面。

②吊箱作业平台搭设完毕，用吊车将加工好的各部件按由下至上的顺序进行组装。③浇注封底砼，将侧板与底板接缝密封，同时封底砼又可平稳加重主体，还可以起到加固底板的作用。

④封底砼浇筑3天后抽水，为保证尽量将水抽干，利用砼封底时预留集水坑，用φ40mm钢管接出吊箱外与水泵连接。若有渗漏用棉纱、桐油、灰膏、堵漏王将较大的渗漏处堵住。较小的砂眼渗漏用铆钉封堵，使吊箱达到不渗漏的要求。

⑤堵漏完成后，待封底混凝土达到一定强度后，慢慢松开千斤顶，拆卸精轧螺纹钢和千斤顶，将承重体系由钢护筒顶面转换至桩基护筒外壁与封底混凝土的摩阻力及下部支承牛腿上。然后拆卸护筒顶部上承重梁，割除钢护筒。

（5）承台施工

承台砼浇筑，要求砼的各项性能都能满足要求，以保证砼浇筑后的质量；在浇筑砼之前要确保墩身的预埋钢筋的位置准确。采用输送泵灌注承台混凝土，泵送混凝土的坍落度根据泵送距离，宜控制在12～16cm，并加入适量的泵送剂，砂率为40～45%。

浇筑混凝土前，应对模板、钢筋和预埋件进行检查，做好记录，符合设计要求后方可浇注。承台混凝土属于大体积混凝土，在混凝土内埋设冷却水管用流动的冷水降低混凝土温度。浇筑前对安装好的混凝土冷却管进行试通水，防止管道漏水、阻塞。

（7）钢吊箱拆除

混凝土浇筑完成后，在养生达到3天后即可进行吊箱拆除，拆除吊箱时，先拆除剩余的内支撑（最上面一层），松开侧板与侧板连接螺栓，由潜水员潜至水中松开侧板与底板之间的顶紧螺栓，用吊车将侧板分块吊起，运至加工场进行修整，然后连同新加工的底板组装好倒运至下一承台。

4、注意事项

①每个承台需要制作一个钢吊箱底板，底板连接螺栓的钻孔位置尺寸一定要一致。

②根据施工工期、承台的数量确定侧模的数量，一般2套侧模可满足施工要求。

③为加快侧模的周转，在设计钢吊箱围堰时，在钢吊箱下放至设计高程后，在底承重横梁下口位置的钢护筒上由潜水员水下焊接8个牛腿。在进行封底砼浇筑后，拆除吊装系统，完成将承重体系由钢护筒顶面转换至桩基护筒外壁与支承牛腿上。

④钢吊箱的加工制作，宜在施工现场完成，以防运输变形。

⑤钢吊箱抽水过程中吊箱的受力状态持续向最不利状况转变，应及时检查钢吊箱的结构是否发生变形，如没有问题继续抽水，直至吊箱内水全部抽完，在抽水过程中，吊箱壁可能会出现局部漏水，应边抽水边堵漏。

5、安全技术措施

①严格执行“穿戴制度”，水上作业施工人员应穿救生衣。

②各分项工程开工前在技术交底时必须进行安全交底。

③各种施工机械设备，使用前必须检查防护、接地等安全措施。各类电箱需安设漏电保护器。

④各种吊索使用由起重工、施工员、安全员对其规格、质量进行检查。

⑤起重作业必须统一信号，由佩戴规定标志的专业人员进行指挥。吊臂、吊具下严禁站人。

⑥在施工期间，夜间设红灯，水上施工区设置泡沫浮标，以利于过往船只的航行。

五、结束语

通过工程实践，钢吊箱围堰施工，投资小，进度快，效益高，节省作业空间，对繁忙的航道运营也较为有利，经济效益和社会效益显著，具有明显的推广应用价值，同时填补了我公司在这方面的空白。