双壁钢套箱围堰综合标准施工专业方案.docx

鹤岗至大连高速公路
小沟岭（黑吉界）至抚松段

双壁钢套箱围堰专题施工方案

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中交路桥鹤大高速公路ZT03标段项目经理部

目录
1 工程概述 1
2 技术准备 1
2.1 内业准备 1
2.2 外业准备 2
3 人员组织 3
4 材料及制作要求 4
4.1材料要求 4
4.2双壁钢套箱制作拼装要求 4
4.3壁钢套箱制作拼装允许误差 4
5 主要设备、机具选型 5
6钢套箱围堰专项施工方案 5
6.1钢套箱施工工艺流程 5
6.2双壁钢套箱的设计 6
6.3 钢套箱沉放系统设计及安装 9
6.3.1 第一层钢套箱拼装下沉 10
6.3.2钢套箱下沉步骤 10
6.4钢套箱封底 11
6.5钢套箱排水 14
6.6拆除钢套箱悬吊系统及套箱回收 14
7 钢套箱质量控制及检验标准 14
7.1双壁钢套箱制作加工 14
7.2双壁钢套箱沉放 14
7.3封底混凝土 15
8 钢套箱施工常见问题与处理措施 15
围堰抗浮计算 17

双壁钢套箱施工方案
1 工程概述
钢套箱顾名思义是套在永久结构外面临时结构，起到围堰作用。钢套箱为桥梁基础及下部结构水上施工作业中常见一类围护结构形式，尤其适合于大河流中深水基础，能承受较大水压，确保基础整年施工安全度汛。尤其是在部分施工条件困难或受水文、地形、地质条件限制而无法采取钢板桩、筑岛围堰等围护结构条件下，钢套箱更显示出了其优越性。常见钢套箱分单壁和双壁两种，因为单壁钢套箱刚度差，通常深水基础较少采取，实际工程中大部分情况下采取双壁钢套箱。
钢套箱围堰是一个无底结构，下沉后底部着床或嵌入河床，然后用水下混凝土封底，排水后形成围堰。
钢套箱平面形状可依据承台形状加工成圆形、矩形、也有其它形状。立面分层，平面分块。堰壁钢壳由有加劲肋内外壁板和多层水平桁架所组成。堰壁底端设刃脚，以利切土下沉。在堰壁内腔，用隔舱板将其对称地分为若干个密封隔舱，以利于下沉和排水。
本标段内黄泥河大桥、牡丹江大桥为水中桥。其中黄泥河大桥7#墩处水深达6m；牡丹江大桥11#墩处水深达6m，故决定采取双壁钢套箱围堰施工水中墩承台。
2 技术准备
2.1 内业准备
(1)方案选择
钢套箱施工分为先桩后堰法和先堰后桩法，本项目为节省工期，决定采取先桩后堰法进行施工。
此法是先搭设钻孔平台进行钻孔桩施工，钻孔桩施工结束后，钢套箱借助钻孔平台拼装下水。接高桩基钢护筒作为钢套箱悬吊系统承重立柱，在承重立柱上安装悬吊系统主梁（贝雷梁或型钢），主梁上安装横梁（多为型钢），横梁上安装导链或千斤顶。利用钻孔平台拼装首节钢套箱，并于套箱和钢护筒之间焊接导向架，方便克服水流冲击影响，确保下沉位置正确。然后用导链或千斤顶将首节套箱提起，拆除套箱下部钻孔平台，下沉钢套箱入水至自浮状态，继续拼装第二节钢套箱，然后注水下沉，直至钢套箱着床。
钢套箱着床后使用长臂挖掘机、抓斗或空气吸泥机继续下沉至设计高程，清底后在刃脚内外抛填沙袋或片石，然后对钢套箱进行封底。
（2）明确设计要求
双壁钢套箱多采取工厂加工，现场拼装方法，为便于运输和拼装通常立面分层高度小于3m，平面分块长度小于5m，壁厚0.8～1.5m。节段采取高强螺栓连接，并设置橡胶止水带用于止水密封。同时分设多个横向互不通水隔水仓，方便在下沉过程中依据施工需要分仓对称灌水。
顶部标高较施工期最大洪水位高出50～70cm，底部标高应确保封底混凝厚度要求即可，封底混凝土厚度按相关公式进行计算，本标段钢套箱封底混凝土厚度为1.5m；同时需对结构强度、刚度及稳定性进行检算，编制专题施工方案，并报监理单位审批。
（3）对全体施工人员进行技术交底和岗前技术培训。
因为双壁钢套箱施工难度大、技术要求高，且大部分为水上作业，所以必需做好技术交底及岗前培训工作。
2.2 外业准备
（1）双壁钢套箱加工和试拼
在工厂按预定分块制作双壁钢吊箱，编号贮存，完工后在加工场周围进行试拼，并进行焊接质量检验和水密试验。
（2）搭设拼装平台
钻孔桩施工完成后，拆除原有钻孔桩施工平台，接高桩基钢护筒作为悬吊系统承重立柱。
（3）钢套箱起重牛腿
套箱起重牛腿设置在距套箱顶60cm处，分别对称部署在套箱面板外壁和内壁。

图2.2-1 钢套箱悬吊系统起重牛腿示意图
3 人员组织
施工人员结合既定施工方案、机械、工期要求进行合理配置，拟投入施工项目部关键管理人员见下表3-1；所需施工人员需求计划见表3-2 劳动力需求计划表（本表仅列出需求计划）。
表3-1关键人员配置表
岗位
关键责任人
数量（人）
技术总负责

1
技术责任人

2
现场责任人

2
质检工程师

2
试验责任人

1
测量工程师

2
专职安全员

2
表3-2 劳动力需求计划
序
号
工种

7月
8月
9月
10月
11月
1
机械工
6
8
8
8
4
2
起重工
6
8
15
15
10
3
电工
1
1
1
1
1
4
电焊工
15
20
20
20
10
5
混凝土工
5
5
5
5
0
6
普工
10
20
20
20
10
桥梁四队
施工队伍责任人
李焕清
施工队技术责任人
刘平
累计
42
62
69
69
35

其中施工责任人、技术主管、工班长、技术人员、安全员等关键岗位和关键性岗位管理人员和生产作业人员必需由本企业正式职员担任，其它岗位可依据工程情况合适配置劳务工人。
起重机械、场内机械驾驶、电工、焊工、混凝土工等特殊工种作业人员必需持证上岗。
4 材料及制作要求
4.1材料要求
双壁钢套箱采取钢材和焊接材料品种规格、化学成份及力学性能必需符合设计和相关规范技术要求，含有完整出厂材料合格证实。
4.2双壁钢套箱制作拼装要求
双壁钢套箱加工时必需按设计尺寸及规范要求进行加工制作，严格控制加工质量和焊接残余变形。
4.3壁钢套箱制作拼装许可误差
双壁钢套箱制作拼装许可误差以下表4.3-1。
表4.3-1 双壁钢套箱制作拼装许可误差
序号
检验项目
要求值或许可偏差
1
顶面中心偏位(mm)
顺桥向
20
横桥向
20
2
钢套箱平面尺寸(mm)
30
3
钢套箱高度(mm)
±10
4
节段错台(mm)
2
5
焊缝质量
符合设计要求
6
水密试验
不许可渗水
5 关键设备、机具选型
关键施工机械设备包含钢套箱加工设备、沉放设备和混凝土浇筑设备等，关键施工机具设备配置如表5-1。
表5-1关键施工机具设备配置
序号
名称
型号
单位
数量
备注
1
汽车吊
QY25/QY35
辆
1/1

2
液压千斤顶
YC20A
台
8

3
电焊机
BX1-500-2
台
4

4
电焊机
BX1-400-2
台
6

5
高压油泵
ZB4-500
台
8

6
潜水泵

台
10

7
卷板机
CDWN-20*B
台
2

8
剪板机
QC12Y-16*2500
台
1

9
车床
CA6140A
台
1

10
混凝土泵车
42m
辆
1

11
气焊

按实际配置
14
混凝土搅拌运输车
10m³
辆
4

6钢套箱围堰专题施工方案
6.1钢套箱施工工艺步骤
黄泥河大桥7#墩和牡丹江大桥11#墩承台施工采取双壁钢套箱围堰，钻孔桩施工结束后，接高桩基钢护筒作为钢套箱悬吊系统承重立柱，在钢平台上拼装首节钢套箱。本工程悬吊系统主梁采取321贝雷梁（每组两片间距45cm），上横梁采取4根2I56b工字钢，吊杆采取φ32精轧螺纹钢并用连接器进行接长，使用液压千斤顶下沉或锁紧钢套箱。

图6.1-1 承台钢套箱围堰施工工艺步骤图
6.2双壁钢套箱设计
黄泥河大桥7#墩承台施工使用双壁钢套箱作为围堰，钢套箱顶面标高为432.5m，钢套箱封底砼标号为水下C20，封底厚度为1.5m，钢套箱底面标高为424.5m。
牡丹江大桥11#墩承台施工使用双壁钢套箱作为围堰，套箱顶面高程为408.5m, 钢套箱封底砼标号为水下C20，封底厚度为1.5m,套箱底面标高为403.5m。
本方案将关键针对黄泥河大桥钢套箱施工进行介绍。
钢套箱内壁尺寸为7.05m×7.05m，外壁尺寸为8.65m×8.65m，双壁间距0.8m，高8.2m；钢套箱面板厚度6mm；∠100×80×8角钢作为套箱节块间拼装边肋；双壁钢之间设8横向互不通水隔水舱，方便在下沉过程中依据施工需要分仓灌水以确保下沉平衡；［8槽钢作为双壁间横肋， ∠75×75×6角钢作为双壁间竖肋，∠63×63×6角钢作为双壁钢间水平支撑腹杆及斜支撑腹杆；钢套箱下设1.2m高刃脚，留20cm切土深度。
钢套箱分三节制作，最下节高2.4m，第二节高2.8m，第三节高3m。现场拼装下沉。节段采取φ22高强螺栓连接，并设置橡胶止水带用于止水
钢套箱下沉到底部，着床后进行水下混凝土封底，然后进行排水，排水到距围堰顶标高80cm后，在围堰内侧设置2I32b围檩，用φ300mm*10mm钢管做角撑。
钢套箱结构侧立面图图6.1-1；平面图图6.1-2。
图6.2-1 钢套箱侧立面图

图6.2-2双壁钢套箱平面图（尺寸单位cm）
表6.2-1黄泥河大桥单个双壁钢套箱围堰工程数量统计表

材料规格
总重kg
套箱总重(t）
套箱面板
δ6mm
48509.23
63.45
隔水舱钢板
δ6mm
11926.47
双壁之间横肋
[8槽钢
15156.78
双壁之间竖肋
∠75×75×6角钢
9059.36
边肋
∠100×80×8角钢
11243.73
内部直腹杆
∠63×63×6角钢（0.8m)
10252.03
内部斜直腹杆
∠63×63×6角钢（1.13m)
1448.10
内部斜横腹杆
∠63×63×6角钢(1.156/1.157)m
5928.24
内部竖斜腹杆1
∠63×63×6角钢（1.08m）
1977.18
内部竖斜腹杆2
∠63×63×6角钢（1.05m）
1922.26
内部竖斜腹杆3
∠63×63×6角钢（0.985m/0.996m）
1357.48
内部竖斜腹杆4
∠63×63×6角钢（1.357/1.33/1.28m）
1335.33
内部角斜腹杆1
∠63×63×6角钢（1.38m）
2526.39
内部角斜腹杆2
∠63×63×6角钢（1.35m）
2471.47
内部角斜腹杆3
∠63×63×6角钢（1.3m）
1784.95
钢护筒顶主梁（承重梁）
321贝雷梁（两片间距45cm）
6480.00
　19.73
扁担横梁
2Ⅰ56b工字钢
20259.01
扁担梁及承重梁缀板@60cm
350*250*10mm
1868.30
围檩
2I32b
6513.18
围檩缀板@60cm
250*200*8mm
552.64
内部横撑
φ300mm*10mm钢管
2288.86
Φ32精轧螺纹钢筋
Φ32
1489.60
钢材累计(t)
83.18
6.3 钢套箱沉放系统设计及安装
为确保钢套箱下沉时同时稳定性及安全性，沉放系统关键采取方便同时操作8台20t千斤顶下放（行程为30cm）。
（1）千斤顶承重梁部署
首先部署千斤顶承重梁，承重梁由主梁及扁担梁组成。主梁采取321贝雷梁，长度为9m，安装在钢护筒上部；扁担梁采取2Ⅰ56b工字钢，长度11m，安装在承重横梁上，位置和底托梁相对应，在千斤顶安放处及吊杆位置上下翼缘板用20mm钢板加强，腹板用10mm钢板加强。吊杆采取φ32精轧螺纹钢，长度为7m，上横梁及钢套箱起重牛腿上部署锚固螺母，沉放系统部署见图6.3-1

图6.3-1钢套箱沉放系统部署图
6.3.1 第一层钢套箱拼装下沉
钢套箱壁板节段按设计要求在工厂加工，节段拼焊后进行焊接质量检验及水密试验。完成后在钢平台一侧支立汽车吊吊装节段，在钢平台上分节段拼装钢吊箱。拼装时，先由测量班在底板上正确放出承台边线。先由汽车吊对称吊装钢套箱拐角节段，由拐角节段两侧同时拼装0.8m节段（为加紧施工进度，可在场地内预拼出二、三块节段再吊装到拼装平台上拼装钢套箱），每节连接处必需放置止水条，全部连接螺栓全部拧紧，确保钢套箱密封性，第一层吊钢箱拼装完成后，安装钢套箱悬吊系统，利用吊杆将底托梁和扁担梁连接，在钢套箱内壁和桩基护筒之间安装限位装置。
6.3.2钢套箱下沉步骤
钢套箱下沉步骤：千斤顶起吊钢套箱，拆除钢套箱下部钻孔平台，利用千斤顶循环操作下沉钢套箱入水，钢套箱自浮，拆除起吊梁，固定钢套箱在钢管桩牛腿上，拼装下沉第二层钢套箱，下沉力不足时，向舱内注水，增加钢套箱下沉自重。沉至河床时，碰到阻力，注水仍下沉力不足时，可利用长臂挖掘机、抓斗或吸泥机将钢套箱刃脚处砾石排出使钢套箱下沉到设计高程。
在流水中施工，钢套箱下沉时会受到水平力作用，在下沉过程中钢套箱倾斜度及平台位置要求不超出规范许可值，采取有效导向、定位设施是必需。钢套箱定位系统可利用钢管桩作为定位桩，安装导向横撑和滚动轴承，部署在前、后、左、右四个方向，分上下2 层，既控制了钢套箱平面位置，又能控制其倾斜度。钢套箱定位系统是在露出水面钢管桩上对称焊接两层导向横撑，控制套箱斜度。导向横撑前端安装滚动轴承，以利下沉滑动。

图6.3-2钢套箱在平地上进行试拼
钢套箱拼接时必需在连接处必需放置止水条，止水条部署为内外壁螺栓连接处各部署一条，下一层钢套箱竖向止水条顶部预留20cm伸到上一层钢套箱连接处，全部连接螺栓必需拧紧到位，确保钢套箱密封性。
6.4钢套箱封底
封底混凝土采取水下导管法对称灌注，混凝土在2#拌和站集中拌和。
封底混凝土厚度计算。考虑封底时水深、桩间距、套箱排水后浮力及封底混凝土和钻孔桩之间摩擦力等，钢套箱围堰采取1.5m厚水下C20混凝土进行封底，同时也是确保套箱内能够干燥施工关键路径，所以，封底混凝土必需浇注成功，有效阻止套箱外侧水流涌入。
(1)采取水下混凝土方法浇注，为使水下混凝土灌注质量达成封底要求，其和易性及流动性必需达成要求。套箱内面积为7.05*7.05m=49.7025㎡，扣除4根1.8m护筒，累计39.52m2，混凝土59.28 m3，按20 m3/h浇注速度计算，需浇注3小时，必需在混凝土中掺加缓凝剂，水下混凝土配合比缓凝时间≥3小时，预防混凝土凝固过早影响混凝土流动，确保混凝土浇注连续性。
(3)确保混凝土流动面积（每根导管最大流动范围为3m）及封底质量，考虑到护筒对混凝土流动影响，采取3根导管同时灌注水下封底混凝土，采取输送泵泵送混凝土或吊车吊运料斗，导管固定在施工平台上。灌注混凝土时，应控制混凝土下落速度，以免速度过快对导管口混凝土造成冲击，影响质量。
(4)用测绳随时测量各点位混凝土浇注高度及流动面积，必需时调整导管位置，移动导管位置时，必需慢速挪移，不可脱离混凝土面，造成混凝土被水冲刷离析；或直接拔除导管换到其它位置重新封底浇注。为确保浇注封底混凝土防水效果，在浇注混凝土前先在侧板上开设洞口或浇注时安放水泵抽水，确保箱内外水位一致，降低钢套箱内水压力，以免影响混凝土质量。
（5）导管在工作平台上预先分段拼装，吊放时再逐步接长，下放时保持轴线顺直。导管口下沉至底板后提升至距底板面层20～40cm，然后用倒链固定在工作平台上。浇注平台结构见图6.4-1所表示。封底导管部署要尤其注意使混凝土在钢管桩周围和围堰内流动顺畅。封底前设置5个测点进行测点标高测定，确保封底厚度基础一致。

图6.4-1浇注平台结构示意图
（6）灌注封底混凝土时，导管底口距底板不应超出20cm，以确保导管埋深。导管使用之前，做气密性试验，合格才能投入使用。
（7）封底混凝土从两端往中间浇注，相邻导管间水下砼灌注时应掌握好灌注时间（砼初凝前灌注）。导管在移至新位置时，应插入水下混凝土内，并用自吸泵将导管内水抽干，再行灌注混凝土，以确保混凝土结合良好性（依据计算首盘混凝土方量，加工大型储料斗，按水下混凝土灌注方法进行封底施工；依据现场实际情况，为方便施工，混凝土灌注采取从下游端开始依次倒移向上游前进施工）。
（8）封底砼浇筑过程中，应勤测封底砼面标高，测锤底部加焊一块钢板（20cm×20cm×1cm），提放测锤要缓慢，以免封底砼面水泥浆被水过多地洗走；封底砼面最终灌注高度应比设计提升3-5cm，封底混凝土含有一定强度（混凝土试块试验）后进行下一跨施工，确保履带吊在桩顶上施工不会扰动桩周混凝土。
（9）灌注混凝土遵照“由低往高、由边往中”标准，在工艺上要求“确保不间断供料，埋管足够，逐管压注。砼灌注过程中派专员用测锤每隔一段时间，测出砼表面标高，将原始资料统计下来，随时告诉现场值班技术员，用以指导各导管提升及下料，要求砼均匀上升，以免造成砼面高低偏差过大，同时，也避免导管埋置过浅而使导管悬空，砼浇注终止时，用测绳多方位测量深度，尽可能确保砼表面平整度。
6.5钢套箱排水
在和封底混凝土相同条件下养护混凝土试件抗压强度达成设计强度100%后，用潜水泵对钢套箱围堰内部进行排水，每小时排水量应控制在20m3左右。边排水边注意观察钢吊箱围堰有没有漏水及变形情况发生，水全部排除后查看封底混凝土有没有渗漏及鼓冒现象，如发觉不利情况应立即停止排水，视情况立即向围堰内部补水，然后汇报指挥部研究处理。
为预防钢套箱排水后因为外部水压过大产生向内变形，在排水过程中依据需要设置临时内支撑。内支撑采取在钢吊箱内侧焊接2I32b工字钢围檩，再在围檩上用φ300mm×10mm钢管做角撑。依据需要可将钢套箱双壁间水排降至合适高度。
6.6拆除钢套箱悬吊系统及套箱回收
首先拆除φ32精轧螺纹钢吊杆，然后拆除护筒顶部上横梁及主梁工字钢；最终拆除作为承重柱桩基钢护筒。
钢套箱分上、中、下三层，上两层套箱拆除时按常规施工方法拧开左右及上下连接螺栓后即可用吊车吊起。依据现场实际情况（水位、操作难易程度、成本）决定是否拆除回收下层钢吊箱。
7 钢套箱质量控制及检验标准
7.1双壁钢套箱制作加工
（1）加强焊接作业质量控制。
焊接作业人员必需持证上岗，焊缝质量采取超声波探伤或射线法检验。
（2）钢套箱加工完成后必需进行试拼装。
经过试拼装，达成对缺点早发觉早治理目标，杜绝质量隐患。
（3）进行水密性试验
经过水密性试验，对缺点之处进行修正。
7.2双壁钢套箱沉放
（1）加强钢套箱偏位控制
因为钢套箱首节壁板定位控制着后续施工质量，必需做到首节钢套箱定位正确。
（2）加强止水带施工质量控制
止水带必需严格根据设计要求填塞，尽可能采取整条止水带。受客观条件限制必需连接时，可采取粘合搭接方法。
（3）加强钢套箱连接处质量控制
因为钢套箱采取分节、分块制作、下沉，下沉时各块件间采取螺栓连接，所以为微弱步骤。螺栓连接必需紧固到位，全部螺栓拧紧后要求进行全方面检验，合格后方许可下沉。
7.3封底混凝土
封底混凝土必需按水下混凝土灌注工艺一次连续浇筑完成，对边角处、围壁处严格进行控制，预防空隙过大出现渗水、漏水现象。
因为封底混凝土灌注面积过大，混凝土灌注过程中随时探测顶面、地面标高，预防出现封底混凝土厚度薄厚不一、表面不平整现象发生。封底混凝土实测项目见表7.3-1。
表7.3-1封底混凝土实测项目
序号
项目
许可偏差（mm）
1
混凝土强度
在合格标准内
2
基底高程
0，-200
3
顶面高程
±50
8 钢套箱施工常见问题和处理方法
双壁钢套箱施工常见问题及处理方法见表8-1。
表8-1常见问题和处理方法
工常见问题
产生原因
预防方法和处理措施
双壁钢套箱平面偏位超限
钢套箱注水下沉时，偏载现象严重
①尽可能选择在非汛期下沉钢套箱，首节下沉时做好偏位控制。
②注水下沉时，尽可能对称均衡，并严格控制偏载现象
③下沉钢套箱时设专员随时监控，发觉问题立即处理
钢套箱漏水
①止水带设置不符合要求，未达成止水效果
②钢套箱下沉时支撑不到位，造成钢套箱变形超限，部分焊缝或法兰处漏水
③块和块之间螺栓连接不牢靠，止水带处漏水
④钢套箱制作质量差，焊缝处漏水
①加强止水带施工质量控制，止水带必需填塞密实、饱满，无漏填
②钢套箱下沉过程中严格按设计进行支撑，预防过大变形
③加强钢套箱制作质量
④钢套箱下沉时连接螺栓必需紧固到位，严禁有松动现象或扭力不足
封底混凝土厚度不足
①封底混凝土厚度薄厚不一，局部厚度不足
②封底混凝土表面不平整
①加强封底混凝土质量控制，确保混凝土坍落度及和易性，控制混凝土初凝时间
②加强封底混凝土灌注质量控制，灌注过程中随时探测封底混凝土高度

围堰抗浮计算

围堰浮力为围堰排开水重力，套箱所受浮力：

F1——套箱浮力
ρ1——水密度，1t/m³
V ——套箱排开水体积
围堰得抗浮力为围堰及混凝土自重、封底混凝土和钢护筒之间摩擦力抗浮力、围堰壳内注水重力：
F2=W1+ρ1*V2+n*k*d*3.142*h1
F2——抗浮力
W1——围堰重量，63.45t。
ρ3—— 混凝土容重(湿容重按1.4t/m3)
V1 ——封底混凝土体积
h1——封底混凝土有效厚度（封底混凝土厚度-0.5m）
d ——护筒外径（1.8米）
n ——护筒个数（4个）
k ——护筒和封底混凝土间摩阻力，取10t/㎡。
V2 ——套箱内注水体积
套箱封底混凝土计算见下表
墩号
承台底标高
数量
封底砼厚度
浮力（t）
抗浮阻力
3#、7#
424.5m
4
1.5 m
168.304
365.034
设计封底混凝土厚度满足抗浮要求。