深水基础中钢套箱围堰施工及质量控制研究

温斌 李鑫

摘要：钢套箱围堰具有刚度大、强度高、能自浮、材料可回收等优点，但施工工艺复杂，控制性工序多，对焊缝的质量和水密性要求很高，整体下放时风险高、难度大，施工质量控制困难，所以需对围堰的施工工艺和质量控制进行研究。文章从施工工序中发现质量风险源，总结施工质量通病，为钢套箱围堰施工质量控制提供参考依据。

关键词：钢套箱围堰;施工工艺;质量控制

0 引言

本文以广西崇水西环线项目的崇左西左江大桥钢套箱围堰施工为背景，浅谈钢套箱围堰的施工工艺及其质量控制。左江大桥主桥为（77+145+77）m的连续刚构桥，桥梁主墩4#、5#墩处于江水中，平均水深超过20 m。主墩承台分为左右两幅，为矩形承台，单幅承台为12 m的正方形，厚度為4 m。采用钢套箱围堰进行主墩承台基础施工，围堰既是挡水的结构物，也是承台浇筑的模板。围堰采用Q235B钢材进行加工，其设计尺寸为长30.134 m，宽15.204 m，高23.5 m，壁厚1.5 m，封底混凝土厚4 m;围堰总重约900 t，在高度上分三节，沿周长分块，平均每块重约20 t。各单元块用焊缝连接。见图1。

1 钢套箱围堰施工工艺

钢套箱围堰施工流程为：施工准备→围堰分块加工→拆除部分钻孔平台→河床整平→搭设临时拼装平台→拼装底节围堰→搭设下放系统→围堰整体提升→拆除临时拼装平台→下放底节围堰→拆除下放系统→拼装中节围堰及安装底、中层内支撑下放中节围堰→拼装顶节围堰及安装顶层内支撑→下放顶节围堰→清理河床→浇筑封底混凝土→承台、墩身施工→围堰拆除。

1.1 围堰加工

在桥位附近因地制宜布置围堰加工场地，加工场地应有堆料区、加工区及成品堆放区等。围堰在加工场地进行加工，对每块成品进行编号，按顺序堆放，再用25 t板车运至墩位处拼装。围堰放样下料等均由专业人员进行，且对每块成品均需进行焊缝检验，确保加工出来的围堰符合设计图纸要求。

1.1.1 放样

严格依据图纸进行围堰各构件的放样，并根据工艺要求适当预留焊接收缩余量及切割加工余量，以保证焊接质量。

1.1.2 下料

（1）切割：切割前，需把钢材表面区域内的铁锈、油污等清除干净，采用气割或其他设备切割，切割后的断口不得出现裂纹，并清除所有的熔瘤、飞溅物等。

（2）矫正：加工成型后，上下节围堰的竖肋及隔舱板必须严格对齐。同一节围堰各分块相邻水平环板必须严格对齐。围堰各构件之间严格按图加工与拼接，并保证焊接质量。壁板及隔仓板围成仓格要满足水密试验。壁板水平环板与隔舱板开坡口等强焊接，并保证其中心线在一个水平面内。隔舱板上下层之间现场等强对接，要求隔舱板一端在工厂预开坡口。

1.2 河床整平

钻孔桩施工完成后，除预留辅助施工平台和用于临时拼装平台的贝雷梁外，拆除围堰拼装下放范围内的钻孔平台，包括妨碍钢套箱安装及下放的支撑桩、分配梁、钢护筒挂桩结构及连接系。该桥4#墩河床表面到围堰底标高范围内为淤泥，需用抓斗清除淤泥，进行河床整平;5#墩围堰底部河床为岩层，间距小于封底混凝土厚度，为此应先进行爆破清理，再用抓斗进行清理。由于水深过大，遇到体积较大的石头或其他抓斗难以清除的杂物时，派潜水员下水查明情况，并适当采取爆破处理。

1.3 围堰拼装

用45 a工字钢在钢护筒和临时平台的钢管柱之间架设围堰临时拼装平台。在拼装平台上测量放样出围堰侧板的外边线和平面尺寸控制点（主要包括四个拐角点、四边的中点和单元块接缝点）位置。用板车将围堰运至墩位处，利用50 t履带吊将底层侧模分块安装就位并固定后，逐块焊接成整体，完成侧模安装。

底节拼装完成后下放到自浮，再进行中节拼装;中节加水下沉到指定标高后，再进行顶节拼装，然后整体加水下沉到位。拼装过程中时刻监测侧板的焊接变形量，一定要保证侧板与底板的垂直，中节和顶节围堰应对称拼装。所有块段拼在一起后，需仔细检查围堰的拼接缝，包括水平接缝竖向的拼缝。侧模安装后需在围堰仓内灌满水以检查围堰的水密情况。

1.4 围堰下放

1.4.1 安装下放系统

下放系统由钢护筒、分配梁、千斤顶、下放导向等组成。底节围堰拼装完成后，接高围堰四根角桩钢护筒，接高时按照等强进行焊接，焊接时应注意钢护筒的垂直度和水平偏位。在钢护筒上安装吊挂设备，准备下放钢套箱围堰。钢护筒上采用贝雷梁作为分配梁，每4根32 mm精轧螺纹钢配1台150 t液压千斤顶，千斤顶上下均为型钢小分配梁。整个套箱共有导向6个（长边方向4个，宽度方向共2个），导向在现场根据测量数据进行安装。

1.4.2 下放底节围堰

利用吊挂系统将钢套箱吊起，使之脱离临时拼装平台0.5 m，静置30 min并调平，进行受力体系的转换，对刃脚焊接不到位处进行补焊，之后拆除临时拼装平台。通过提升下放系统缓慢均匀下放钢套箱，在吊杆上画好刻度，每下放5 cm左右即调平一次。派专人进行统一指挥，所有液压千斤顶统一减压下放，每下放一定距离，使用全站仪、水准仪测量钢套箱围堰的中线、标高，使钢套箱围堰的中线、标高的偏差在合理范围内。待由于浮力下沉遇阻时，可在围堰侧壁灌水辅助下沉至设计标高位置。

1.4.3 下放中、顶节围堰

中、顶节围堰采用在壁仓内灌水的方法下沉，在壁仓对称位置注水，使围堰匀速下沉。在加水过程中要注意保持钢围堰的垂直度，即保持钢围堰的整体平衡。同时，当下放过程中遇到土层阻力时，要先查明阻力是局部的还是整体的，避免钢围堰突然大幅下沉。

钢围堰下放时，需跟踪测量，进行复核，如出现围堰顶面倾斜不平的情况，需立刻停止注水并查明原因。若因注水不对称造成，可调整注水位置来调平，但应保持围堰内的注水高度相同。若不是注水的原因，则可能因河床某部位的阻力比较大导致河床不平，此时可让潜水员下水查明情况，然后采取合理的措施。

1.5 封底

本项目设计封底混凝土厚度为4 m，共1 260 m3。封底采用泵送，多点安装导管，封底导管按6 m左右的间距布置，因封底混凝土方量大，为保证混凝土的流动性和延长混凝土的初凝时间，在混凝土中可添加缓凝型减水剂（25 h缓凝时间）、粉煤灰等。灌注混凝土时，要勤测混凝土面上升高度，以便进行导管的拆除和混凝土的下料。混凝土面应均匀地上升，高低偏差不宜过大;同时，也能防止导管的埋置深度太小而出现导管悬空的情况。混凝土浇筑完成后，对混凝土表面进行调平，保证其平整度。在灌注之前，应事先准备好多套导管提升装置，避免堵管。

1.6 围堰拆除

围堰作为承台、墩柱施工时的挡水结构和承台浇筑的模板，待墩柱浇筑出水后，围堰施工结束。此时，便可对围堰进行回收处理，派潜水员下水进行水下切割，分块切割并转移到指定位置堆放。

2 钢套箱围堰施工质量控制

施工前应认真阅读设计文件和图纸，编制可行性施工组织设计和建立健全的质量保证体系。综合考虑人力、机械设备等资源配置，对工程的材料、施工工艺、检测及检验等提出合理要求。并针对施工中的关键工序及特殊过程，编写专项施工工艺及作业指导书。

2.1 质量检验

2.1.1 制作拼装误差检测

在围堰的加工和拼装环节，需对围堰的尺寸进行检测，确保制作误差在允许范围内。围堰各构件严格按照图纸进行放样、下料;每一块加工完成后需对其平面尺寸、高度等进行检测;钢套箱全部加工完成后，在正式拼装前应先进行试拼装，检查出围堰存在的缺陷，杜绝质量隐患;拼装前应检查围堰是否在运输时发生变形，若有变形需先进行矫正;拼装围堰时需加强钢套箱偏位的控制，首节的定位至关重要，首节误差过大将影响整个围堰的拼装;拼装过程中还需检测围堰的垂直度，确保围堰竖直下放;整体焊接完后对钢围堰外形的几何尺寸进行检查，确保符合图纸和规范要求。见表1。

2.1.2 焊缝质量检测

围堰的各构件之间、块与块之间通过焊接连在一起，焊缝的质量至关重要，焊接不到位将造成围堰承载力不足或漏水，严重时将引发重大工程事故。因此在围堰的加工制造和拼装过程中，必须对焊缝进行检测。根据设计图纸规定，本项目的围堰焊缝要达到GB50205-2001中二级焊缝的相关要求。见表2。

焊接完工后，首先对焊缝的外观进行检验，焊缝外观清除所有焊疤、飞溅、毛刺，保证焊缝外观成形美观，焊脚尺寸符合设计图纸要求。然后再对所有的焊缝质量进行检测，检测方法有超声探伤检测和煤油渗透试验等。围堰拼装完后，应进行水密性试验，若有缺陷应及时处理。

2.2 围堰施工常见问题及处理措施

2.2.1 平面偏位超限

造成围堰平面偏位超限的原因主要是钢套箱注水下沉时，没有做到对称加水，偏载现象严重。可采取的措施有：（1）掌握河水的情况，选在非汛时期下放钢围堰，首节定位要准确;（2）注水下沉时，应对称注水，保持围堰内注水高度一致;（3）下沉钢套箱时设专人进行监控，发现问题及时处理。

2.2.2 钢套箱漏水

造成围堰漏水的原因一般是：（1）没有按要求设置止水带;（2）钢套箱内支撑安装不准确，使得钢套箱变形过大，部分焊缝发生漏水;（3）钢套箱制作质量差，焊缝处漏水。可采取的措施：（1）严格按要求设置止水带;（2）严格按照设计图纸进行内支撑的安装，确保安装准确，防止围堰出现过大的变形;（3）对焊缝质量进行检测，确保其达到规范要求。

2.2.3 封底混凝土厚度不足

造成封底混凝土厚度不足的原因：（1）浇筑时混凝土面上升不均匀，出现混凝土厚度不一、局部厚度不足的情况;（2）封底混凝土表面的平整度太差。可采取的措施：（1）控制好混凝土的性能，使其有良好的和易性和坍落度，以及合理的初凝时间;（2）灌注时要时刻掌握混凝土面的上升情況，保证其均匀上升。

3 结语

钢套箱围堰的施工工艺总的来说分为围堰制作和围堰下放两大步，其中又可细分为一系列具体步骤。围堰的施工质量控制应从每道工序入手，相应工序完成后，应进行相关的检测，符合规范要求后，方可进行下一道工序的施工，对每道工序进行严格把关，若某道工序控制不当，将意味着整个工程的失败。对围堰施工的常见问题，应提前做出应对之策，预防为主，治理为辅。

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收稿日期：2020-06-10