大跨桥梁钢套箱围堰设计及施工过程中技术难点分析

2017-07-21王彦合

中国高新技术企业 2017年12期

关键词：钢套钢护筒跨度

王彦合

（路桥华南工程有限公司，广东中山 528400）

大跨桥梁钢套箱围堰设计及施工过程中技术难点分析

王彦合

（路桥华南工程有限公司，广东中山 528400）

随着大跨度桥梁建设规模的逐渐扩大，钢套围堰被应用在水下承台施工中。为进一步提高大跨度桥梁设计和施工质量，必须将钢套箱围堰设计和施工作为工程考虑的重点问题。基于此，文章结合某大跨度桥梁工程实例，论述了钢套箱围堰方案的比选，并对钢套箱围堰设计和施工中的难点问题进行了分析。

钢套箱设计；钢套箱；施工设计；桥梁工程；围堰设计；水下承台施工

1 工程概况

某桥梁为大跨度桥梁，该桥梁的总体长度为1.068km，本工程桥梁主桥结构型式采用双塔斜拉桥，东西两侧的引桥全部采用预应力混凝土连续箱梁；主桥跨度为80m＋180＋80m，引桥跨度均为9×40m。本工程桥梁一共设置了42个承台，其中的十号承台和十一号承台采用大小为18.8m×13.6m×4m主墩承台，余下的40个承台均为6.3m×6.3m×2.5m、8.2m×3.2m×3m。

2 钢套箱围堰方案比选

在大跨度桥梁基础施工中，可以采用的围岩结构型式有多种，比如钢套箱、钢板桩等，其中钢套箱因其具有施工快速、施工难度低、成本低下以及经济合理的特点被广泛地应用在桥梁围堰结构施工中，尤其适合用在大跨度和大河流的桥梁基础施工中。钢套箱主要指的是套在桥梁基础承台结构上起到围堰防护作用的临时结构套。钢套箱能够对较大的水压进行承受，从而确保大跨度桥梁基础的稳定安全。在大跨度桥梁施工中，如果由于受到水文地质条件和地质环境等因素的影响导致无法采用钢板桩等其他结构作为围堰结构，那么采用钢套箱围堰则能够凸显其优势并发挥其巨大的围堰防护效果。据笔者多年工作经验，钢套箱主要分为有底和无底两种，有底相对于无底钢套箱来说受到水深的影响比较小，有底钢套箱主要适合用在高桩桥梁基础施工中，但要求水深不高于10m；无底钢套箱适用在水深度为10m内的范围，同时河床易于进行清淤，河床覆盖软弱层比较薄弱的低桩承台的施工。两种类型的钢套箱各有其优点和缺陷，需要结合实际情况进行考虑和选择。

图1 无底钢套箱断面示意图

本工程原计划采用无底钢套箱射水下沉施工，但是由于实际工程施工中受到河床演变以及潮汐的影响，采用原方案施工不仅会增加材料的消耗量，且施工效果也十分不理想，易导致河床较早同承台混凝土产生接触，从而导致承台混凝土的抗腐蚀性和耐久性受到影响。综合工程实际情况，本工程9号承台所在的河床的位置已经被水冲刷到承台底设计标高以下约2m位置，所以采用原方案根本无法满足施工的要求。结合本工程各方面的因素，最后决定采用有底钢套箱顶推下沉施工方案。

3 钢套箱设计难点

根据本工程地质勘察报告得出，本工程9号墩墩区的海底的标高如表1所示：

表1 9#墩区海底标高

3.1 套箱围堰顶面的安全高度的预留

在有底钢套箱围堰施工中，需要保证钢套箱围堰的良好的闭水性能。此外在设计过程中将钢套箱围堰的型式设计成方形，从而满足桥梁基础承台施工的需要，综合实际情况本工程钢套箱围堰的平面尺寸设计为7.9m×7.9m，需要在钢套箱围堰的两侧同时预留0.8m的模板操作空间，钢套箱的高度设计为6.5m。本工程9号承台套箱围堰设计预留安全高度见表2所示：

表2 9#承台套箱围堰设计预留安全高度

3.2 钢套箱结构设计难点

综合工程实际情况，一共采用12块钢套箱侧板，包括8块直面和4块拐角侧板。本工程钢套箱侧板面板从根部到1.5m的范围内颤抖采用厚度为6mm的新钢板，其他的面板都采用厚度为12mm的护筒展平板，这样能够有效地节约工程造价降低工程成本。本工程钢套箱的底部其与钢套箱底板进行有效的连接。结合实际情况在本工程钢套箱的侧板之间利用钢管锁口，钢管锁口两侧相邻之间的距离为0.4m。

3.3 设置止浮系统

为避免钢套箱在拼装完成整体下放到设计标高后。因为浮力过大导致出现钢套箱底板变形或者整体失稳情况，需要在钢套上设置止浮系统。经研究分析受力后发现，钢套下放至设计的标高以下，需要在钢护筒的周围焊接管柱，借以影响钢套箱底板下部的水浮力，钢柱规格为250×150mm，同时还应该在管柱的周围设置钢板，并且利用工字钢焊接在管柱的上段和钢护筒。

3.4 橡胶气囊设计

为了达到封水的效果，需要将橡胶气囊设置在钢套管的锁口中，在对橡胶气囊中充气并达到设计的压力，产生膨胀之后能够保证橡胶气囊与钢套箱的内部实现完全紧密的结合。本工程所采用的橡胶气囊长度为6.8n。如图2为橡胶气囊进出空间：

图2 橡胶气囊进出空间

4 钢套箱施工难点

4.1 钢套箱的加工

只有确保钢套管加工质量，才能够为钢套管的顺利施工打下坚实的基础。为确保钢套箱的质量，须严格执行采购程序，严格按照施工图纸和设计要求进行原材料的采购，同时在钢套箱加工过程中需要严格控制焊接质量，确保焊缝满足相关要求，要求加工的尺寸准确，并且要求连接平整并且顺直。

综合实际情况，选择分段加工的方式。钢管开槽严禁使用气割开槽，避免钢管出现变形情况，从而导致工字钢插板和钢管之间存在较大的间隙，导致无法取得良好的止水效果，因而本工程采用金属切割的方式进行钢管的开槽。在进行钢套管底板加工的过程中，需要根据施工现场测量得到的钢护筒的直径作为基础和参考依据确定钢护筒预留孔直径的大小，钢护筒预留孔的直径大小每一侧都必须大于5cm。

4.2 套箱整体下沉

钢套箱下沉施工中，在钢套箱的四个角设置四个吊点，同步进行起吊和下沉，同时做好下沉过程中的保护工作，在下沉到设计要求的位置之后需要将螺栓拧紧并且戴上螺帽。在整个钢套箱的下沉过程中，要求所有的吊点实现同时受力和均匀的下沉。

4.3 浇筑封底混凝土

钢套箱施工的关键之一就是封底混凝土的浇筑施工，本工程需要浇筑的水下混凝土的面积非常大，水下混凝土浇筑所处的水位也比较深，其质量控制难度是非常大的，必须采用有效的措施确保混凝土浇筑的质量。主要通过以下两个措施进行混凝土浇筑质量的保证：（1）在钢套管下沉之前，需要利用高压水枪将港互通的表面清理干净，这样就能够有效地确保钢护筒和混凝土两者之间的粘结力；（2）严格控制混凝土的坍落度，同时可以在混凝土中加入粉煤灰，起到延长混凝土初凝时间的效果。