周转型单壁钢套箱新技术在深水承台施工中的应用中交一公局三公司 黄天贵 李 凡 宋全军 一、工程概况目前施工领域跨江跨海大型桥梁工程发展较为迅速，其中深水承台常采用整体双壁钢套箱施工，传统钢套箱钢底板需一次性投入，不可回收周转，成本投入较大而采用新型的预制钢筋砼底板代替传统的钢底板结构设计，可以大大降低施工成本；同时钢套箱侧壁兼做钢模板，在模板法兰连接处增加法兰压板，可以避免水下作业，提高施工效率，加快工程施工进度，降低施工风险曹妃甸工业区1#桥位于曹妃甸规划网路“三纵七横”路网骨架的三号路上，为跨越纳潮河的特大桥（纳潮河宽1km），桥梁总长2.02km主桥为独塔单索面叠合箱梁斜拉桥，扇形索面布置，跨径组合2×138m水中引桥下部采用群桩基础、承台、空心薄壁墩结构，水中承台共20座，平面基本形状为矩形，两端切角形成带圆弧的六边形，平面尺寸为17.342×8.35m，厚度3.5m，设计有厚度1.5m的封底（垫层）砼，基础为6根直径2.2m～1.8m变径桩每个承台C35砼449m3，钢筋34.5～40.0t，封底（垫层）C20砼192m3承台顶标高为+2.8m，底标高为-0.7m,垫层底标高为-2.2m。
引桥跨越纳潮河，水深8～12m二、技术革新在深水承台施工的应用曹妃甸工业区1#桥项目部通过技术革新自行研究设计的深水区承台周转型单壁钢套箱技术，是由底梁、底板、侧壁、挑梁及吊杆等五部分组成的有底钢套箱，底板、侧壁通过挑梁与吊杆组装成型，形成施工作业空间有底钢套箱的主要作用是挡水和支撑施工过程中的承台，以实现承台处于干处施工状态施工方法是先用钢套箱围出承台的施工工作面，浇筑封底砼，达到套箱底面和侧面密闭的作用，待封底砼达到一定强度后，进行抽水作业，依次进行套箱基底清理、承台钢筋安装、承台砼浇注，即完成了水中承台的施工过程深水区承台钢套箱具体结构形式如下图1、2、3 图1 钢套箱立面图图2 钢套箱平面图图3 钢套箱拼装后图片有底钢套箱的具体施工步骤如下：①、搭设临时平台；②、在临时平台上组拼底梁、砼底板、侧壁、挑梁，安装临时下放装置；③、下放钢套箱；④、桩周封堵及封底水下砼灌注；⑤、抽水清理；⑥、承台施工；⑦、钢套箱拆除施工时首先在桩基础施工平台上组装钢套箱，组装完成后进行全面检查，确定无碰挂物后利用临时下放装置，将钢套箱提起、下放至设计要求位置，调整钢套箱使其符合承台空间位置要求，利用挑梁固定钢套箱；然后进行桩周封堵和水下封底（垫层）砼的浇注，封底（垫层）砼强度达到设计强度后，抽去套箱内的水，清理封底（垫层）砼表面，最后在无水情况下完成承台施工。
承台施工结束后拆除钢套箱三、深水承台施工（一）、施工程序施工程序见图4（以横桥向剖面图为例）图4 深水承台施工程序示意图（二）、施工流程清理平台等准备工作钢套箱底板拼装钢套箱设计加工钢套箱侧壁组装挑梁、吊杆安装钢套箱整体检查临时下放装置设置钢套箱下放桩周封堵施工平台拆除环板加工封底砼浇注抽水清理，护筒割除承台施工钢套箱拆除养护、待强图5 深水区承台施工工艺框图根据采用的单壁钢套箱施工方案，单座承台进度分析见表1 深水区承台施工功效分析 表1序号施工项目作业时间 （小时）控制工期时间（天）备注1现场准备工作483强度作业，每天按16小时2套箱底板拼装482机械化操作，连续作业3套箱侧壁组装482机械化操作，连续作业4套箱挑梁安装161强度作业，每天按16小时5整体套箱检查242一般作业，每天按12小时6套箱下放241连续作业7桩周封堵362.25强度作业，每天按16小时8封底砼浇注43.17必须连续作业，计入等强度时间3天9抽水清理482连续作业10承台施工19612.25强度作业，每天按16小时11套箱拆除483强度作业，每天按16小时12合计54033.67注：承台施工时间估算为：1、钢筋绑扎96小时； 2、砼浇筑准备16小时； 3、砼浇筑12小时； 4、养护期间等待砼强度108小时；合计12.25天。
三）施工方法1、钢套箱底板拼装(1)、钢套箱底板结构钢套箱底板由型钢底梁和砼预制板组成，底梁采用两侧封口的I40b型钢，两端设有侧壁限位装置，砼板为配筋预制板，其形式如图6所示,图6 钢套箱底板(2)、钢套箱底板拼装桩基础施工结束后，清理施工平台现场，精确测量放样钢套箱底板位置，并保持标高一致首先将型钢底梁用50t履带吊按放样位置准确摆放，然后将砼预制底板按设计位置安装在型钢底梁之上，底板拼装如图7，桩周底板封堵见图8图7 钢套箱底板拼装图8 桩周底板封堵2、钢套箱侧壁组装(1)、钢套箱侧壁结构钢套箱侧壁由直面和曲面两类，均由型钢和钢板构成，兼作承台施工侧模，侧壁间采用压板螺栓式法兰连接，顶部设限位装置与挑梁连接钢套箱侧壁形式如图9所示图9 钢套箱侧壁形式(2)、钢套箱侧壁组装一套钢套箱侧壁共有4块直面侧壁和4块曲面侧壁组成，底板拼装完成后，采用50t履带吊将侧壁顺序吊装就位，先吊装曲面侧壁后组装直面侧壁，侧壁法兰间加垫2mm厚橡胶条，压紧、粘牢避免漏水法兰压板要求拧紧，侧壁组装过程中要设置必要的临时支撑钢套箱侧壁设计图见图10，钢套箱侧壁组装图见图11，钢套箱连接处特种法兰装置见图12，钢套箱侧壁组装完成图见图13。
图10 钢套箱侧壁设计图图11 钢套箱侧壁组装图图12 钢套箱连接处特种法兰装置图13 钢套箱侧壁组装完成图3、钢套箱挑梁安装(1)、钢套箱挑梁结构钢套箱挑梁由型钢构成，主要采用型钢I40b，两端设置侧壁限位装置和吊杆吊挂分配梁其形式如图14所示图14 钢套箱挑梁结构形式图(2)、钢套箱挑梁安装一套钢套箱共有4根挑梁，侧壁组装完成后进行挑梁安装，先连接与侧壁间的限位装置，再安装吊杆，吊杆采用直径32mm精轧螺纹粗钢筋，长度8.0m(或根据现场情况微调)，吊杆顶部螺母采用加长手柄扳手拧紧4、钢套箱整体检查钢套箱组拼完成后，需对其进行整体检查，检查项目如下：a、几何形状，包括平面几何尺寸、侧壁垂直度、顶底面平整度b、法兰检查，包括法兰严密性和松紧程度c、底板检查，主要看预制底板安装是否牢固d、限位检查，检查各限位销的打入是否到位，卡销是否上全e、吊杆检查，主要检查螺母是否拧紧，通过分配梁对底板的吊挂是否牢固等5、钢套箱下放通过对钢套箱的整体检查，确保钢套箱整体处于良好状态后准备下放首先进行临时下放装置的设置（此项工作可在套箱组装的同时进行），临时下放装置采用型钢门式架配大吨位导链组成，设置在两侧四根桩基钢护筒上，具体形式如图15。
图15 临时下放装置结构形式图临时下放装置设置完成后，人工操作大吨位导链，将钢套箱整体提起、脱离施工平台，利用50t履带吊将原施工平台从侧面拆除，检查无碰挂物后，通过临时下放装置将钢套箱整体缓慢下放，下放套箱顶标高控制为+3.80m，下放到位后，将挑梁支撑在施工平台钢管桩上并固定在套箱下放过程中，套箱的四边设置标尺，严格控制套箱下放的整体同步，特别密切监测其顶面平整度，避免套箱下放过程中发生扭曲、变形或移位现象钢套箱下放见图16 图16 钢套箱下放6、桩周封堵桩周封堵分为两步，第一步是在底板拼装时，利用砼预制底板的型钢边框，按实际拼装形成的桩周间隙，焊接一部分钢板（底板组装形成的矩形空档的四个角），尽量减小桩周与底板边缘的间隙，利于水下封堵作业更重要的第二步封堵作业为水下封堵，当钢套箱下放就位后，采用厚度8mm，宽度根据现场确定的环形钢板，现场制作，套在钢护筒上，缓慢下沉至套箱底板水下封堵钢板内径现场确定，以均匀大于被封堵桩钢护筒直径2cm为宜每块环形钢板上沿桩周均匀焊接30根Φ25预埋钢筋，抽水后与钢护筒保留部分连接，确保承台施工时封底（垫层）砼提供足够的承载力环形钢板如图17所示。
图17 环形钢板形式图7、浇注水下封底（垫层）砼桩周封堵完成后进行水下封底（垫层）砼的浇注首先利用钢套箱挑梁搭设封底（垫层）砼浇注平台，然后安装导管水下封底（垫层）砼采用多导管浇注，浇注过程中高频次检查封底砼的标高情况（要求误差±10cm）,确保封底（垫层）砼顶面平整度浇注过程中严密监控钢套箱的变化情况，如有异常及时采取相应措施封底砼浇注见图18图18 封底砼浇注8、抽水清理封底（垫层）砼浇注时，制作同条件养护试块，首个承台施工时试块数量相对多几组，以掌握封底（垫层）砼初期强度的增长规律通过试块强度检查封底（垫层）砼达到设计强度后，开始进行抽水、清理套箱基底作业采用离心式污水泵抽取钢套箱内的水，抽水过程中严密监控钢套箱的变形情况和是否有漏水情况出现抽水完毕后清理套箱内部，主要是封底（垫层）表面，如标高误差较大，需对其进行修补，如标高误差较小，清理干净即可钢套箱基底清理见图19图19 钢套箱基底清理9、承台施工（1）、模板工程本施工方法模板工程数量较小，现场完成承台顶部倒角部分模板即可，此部分模板采用木模现拼承台侧模由钢套箱侧壁兼作，其脱模油脂使用量要严格控制，能起到脱模作用即可，避免脱模后油脂对海洋造成污染。
2）、钢筋工程a、主骨架钢筋连接采用滚轧直螺纹连接技术，半成品对接采用平口型套筒，现场安装对接采用扩口型套筒，连接质量符合现行《钢筋机械连接通用技术规程》（JGJ107-2003）规定b、钢筋按设计图配料，加工场地内集中加工半成品，每种钢筋下料后作好标记，规范编排序号，确保现场安装的准确性制作好的半成品放置于平整、干燥的场地上，支垫等高的方木与地面脱离，同时做好防雨、防潮、防污措施c、所用钢筋原材表面应洁净，无锈蚀和污染现象，各种钢筋均有材质证明书d、现场构造钢筋连接采用焊接或绑扎方式，焊接前，必须根据施工条件进行试焊，合格后方可正式施焊焊工必须持考试合格证上岗e、钢筋骨架制作时的配料原则为：同直径钢筋按全部承台统一配料，尽量做到节省材料，同时尽可能减少现场对接的数量及作业时间主钢筋接头根数在同一截面不得超过总数的50%f、钢筋安装采用机械吊入套箱，人工布置的方式，按照设计图准确安装各类钢筋，尤其注意对墩身预埋钢筋的定位和检查3)、砼工程a、砼配比按砂、石实际含水量换算工地配合比，砼坍落度控制在16～20cm，初凝时间为8～12小时施工过程中对配比优化时考虑加入一定比例的粉煤灰，以增加砼的和易性，有利于砼浇筑施工质量和降低水化热。
在天气炎热时段施工，必要时考虑增加冷却系统b、砼的拌合、运输及浇筑方式砼在拌合站集中拌合，南岸设90m3/h搅拌机2台，每座承台的设计砼方量为449m3，在正常情况下，每座承台的浇筑时间为10～12小时从拌合站到施工现场地采用砼罐车运输，到达现场后用双卧泵泵送入模。