深水基础钢套箱混凝土封底技术研究

杨 涛

(铁道战备舟桥处，山东 德州 251100)

1 桥梁深水基础钢套箱混凝土封底施工实例

1.1 怀邵衡铁路湘江特大桥29#墩钢套箱

(1)工程概况

新建怀邵衡铁路湘江特大桥于湖南省衡阳市石鼓区松木乡及珠晖区茶山坳境内跨越湘江，桥长2 384.11 m，共5个墩台，属双线桥。主跨4×130 m，28#～32#桥墩承台采用矩形双层承台，桥址河床地层结构以泥岩为主，基本无覆盖层，最大水深约14 m，基坑最大深度17 m。

钢套箱施工采用“先堰后桩”法，钢套箱浮运到位前需提前对基坑进行爆破开挖，钢套箱下沉到位后，沉放固定钢护筒，浇筑封底混凝土后再进行钻孔桩施工。5个墩的钢套箱均内径28 m、外径31 m、壁间距1.5 m的圆形双壁钢套箱。

(2)封底工艺

怀邵衡铁路湘江特大桥29#墩钢套箱基底至水面约17 m，封底混凝土方量约2 200 m3。

封底工艺：简易导管封底法，单个浇筑点一次性浇筑到位，再换点进行浇筑。

施工流程：施工准备→清基→检查验收→底隔舱堵漏→封底平台布置→底隔舱封底→底隔舱两侧区域封底。

(3)主要工序

①在套箱内布置φ273 mm导管，长度根据套箱高度确定，混凝土的流量半径R按3.5 m计算。

②灌注顺序：按Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ区的先后顺序进行，浇筑时先浇筑底隔舱达到设计标高后，再浇注两侧部分，均一次浇筑完成。封底时底隔舱Ⅰ区从两端向中间浇注混凝土，Ⅱ、Ⅲ区从两侧向中间浇注混凝土。

1.2 常益长铁路沅江特大桥523#墩钢套箱

(1)工程概况

新建常益长铁路沅江特大桥主墩523#墩基础采取“先桩后堰法”施工，钻孔平台桩基施工完成后在平台位置拼组下沉钢套箱。523#墩钢套箱为内径34.9 m、外径38.5 m、壁间距1.8 m的圆形双壁钢套箱结构，总高为39.713 m。钢套箱封底混凝土采用水下C30混凝土，高度为6 m，分区域浇筑，为保证封底混凝土受力满足要求，设置4根辅助桩。

523#墩套箱底高程-4.393 m，承台底高程+1.907 m，承台顶高程+8.907 m，承台厚度7.0 m。523#墩封底混凝土被套箱底隔舱分割为3个区，封底混凝土5 458 m3。钢套箱下沉到位后，封底基底至水面超过35 m。

(2)封底工艺

523#墩套箱封底采取分区施工，按照Ⅱ区(中间隔舱)→Ⅰ区(小里程侧)→Ⅲ区(大里程侧)的顺序进行封底混凝土浇筑，三个分区封底的施工程序相同。

封底工艺：固定导管封底法，“浇注点满布导管，导管依次全部完成首封后再进行二次浇筑，直至所有点位浇筑至设计高度”的工艺，最大限度确保水下封底质量。

施工流程：封底平台搭设→套箱封底区域淤泥杂物清理→基底平整度水下检查→钢套箱壁及钢护筒四周除泥→底隔舱底及套箱刃脚处用砂袋堵塞→采用垂直导管法布设封底导管、料斗→进行水下封底混凝土灌注→封底混凝土平整度水下检查。

2 封底工艺对比研究

2.1 工艺流程

两种深水基础钢套箱混凝土封底施工工序基本相似。工艺流程图如图1所示。

图1 钢套箱封底流程

2.2 施工前准备

(1)清基

当采用“先堰后桩法”施工时，双壁钢套箱下沉至设计标高，安装封底平台，然后沉放钢护筒，再进行水下封底混凝土作业；采用“先桩后堰法”施工时，钢套箱边吸泥边下沉至设计标高，安装封底平台再进行水下封底混凝土作业。

(2)底隔舱堵漏

钢套箱施工中，为了防止封底时混凝土从底隔舱与套箱锁口之间、刃脚与外围基坑之间流走而出现混凝土“洗澡”现象，都需要对钢套箱刃脚、中隔舱与河床契合处进行堵漏处理。

2.3 导管布置及要求

(1)设计套箱封底导管布置点时，所有浇筑点的混凝土扩散区域要对浇筑区域进行全覆盖，不能有漏点。相邻浇筑点间通常要耦合，即覆盖区域要重合一部分，不留盲区。

(2)单个浇注点的覆盖半径，根据经验通常取3～4 m。20 m以上水深建议取4 m，20 m以下通常取3.5 m或3 m。实际的流淌半径均大于此值。

(3)钢套箱周边的浇注点与内壁间的距离较小，通常控制在2 m左右，避免首灌混凝土冲起的淤泥等杂物流淌至刃脚处后夹杂在混凝土与刃脚内壁板之间，影响封底质量。

(4)中间部位的点位尽量等间距布置，尽量布在相邻护筒的中间。

2.4 封底平台设计及搭设

封底平台通常仅用于布设导管和作业人员行走。平台搭设要满足首封料斗满灌混凝土的承载力要求。如有起重设备需上平台作业，平台须满足设备承载力、稳定性要求。

2.5 浇筑工艺

(1)工艺一：“简易导管封底法”，浇筑点位从一侧向另一侧顺序推进，或从两侧顺序推进。即单个点位一次性浇筑到封底顶面，再换点浇筑。

(2)工艺二：“固定导管封底法”，所有浇注点先首灌(首封)，埋管后，再逐点轮流补灌，直至所有点位达到封底顶面。

(3)优缺点比对：第一种需要的导管设备较少，大的套箱(围堰)一般是两套。作业时采取顺序作业法，需要人员少，现场组织协调量也相对较少，适合水深小于20 m的套箱(围堰)。第二种所有的浇筑点位均需同时布设导管，适合超深水及大方量浇筑混凝土作业。浇筑点位的首灌和补灌属于顺序作业法，后点首灌的同时要兼顾前点补灌，对现场的组织协调要求很高。但此法因后点首灌后，才对前点补灌，两点间混凝土结合时的厚度小，浇筑时冲起的泥沙对封底影响的厚度也小，故封底质量更有保证。

如河床地质为较为松软的细沙或淤泥，可在导管底加装套管，一是降低首灌混凝土对河床的冲击，避免大量的泥沙卷入混凝土中，二是提高埋管效率，确保埋管有效高度。

2.6 首封方量确定

水下混凝土的施工关键是保证水下混凝土的不洗澡、离析，施工时首批混凝土的数量应能满足导管的埋置深度和满足规范要求及填充导管底部的需要(封底导管示意见图2)。

图2 封底导管示意

首批混凝土方量按以下公式计算

V≥(H1+H2)×πR2/3+h1πd2/4

式中：V为灌注首批混凝土所需数量(m3);R为混凝土流动半径(m)，按3.5 m考虑；H1为封底至导管底端间距，取0.2 m；H2为导管初次埋置深度(m)，取0.8 m；d为导管内径(m);h1为混凝土高度达到Hc时，导管内混凝土柱与管外水压平衡的高度(m);h1=Hw×γw/rc=Hw/2.5;rw为水的容重，10 kN/m3;rc为混凝土拌合物容重，取24 kN/m3;Hw为水面至首批混凝土锥体重心的高度，Hw=H0-Hc/3；H0为水深。

V≥(H1+H2)×πR2/3+h1πd2/4

由此计算首批混凝土方量，从而确定合适的集料斗容量，以确保封底质量。

2.7 测控

测量工作在封底施工中起决定性的作用，插拔导管的控制、混凝土面标高的控制以及后期出现的补灌都必须通过测量数据加以确定。测点的布置要根据基础情况而定，主要在钢护筒与围堰之间、钢护筒与钢护筒之间以及导管位置处布置，而且分断面进行布置。混凝土浇筑临近结束时，重点监测导管作用半径相交处、护筒周边、围堰内侧周边。浇筑初期测量频率为一小时四、五次，临近浇筑结束则需加密勤测，每次数据由专人统计计算并绘制断面图。当所有测点符合要求后，停止混凝土浇筑，上拔导管，冲洗堆放。

3 结 语

现今钢套箱普遍使用于深水桥梁基础施工中，深水基础钢套箱封底技术对于深水基坑施工安全尤为重要。本文中两种深水封底技术成功应用，对类似深水钢套箱封底施工具有借鉴意义。