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温州铁路新客站站前广场建设工程
钢套沉箱围堰施工方案

一、 概述
1、 工程概况
温州市铁路新客站站前广场建设工程是浙江省重点工程项目，位于温州市瓯海区潘桥镇，总投资3.044亿元，其中市政部分为1.29亿元,建设合同工期为300日历天。本工程各主体单位：
建设单位：温州市瓯海区铁路建设指挥部
设计单位：上海市政工程设计研究总院
勘察单位：温州市勘察测绘研究院
监理单位：浙江东南建设管理有限公司
施工单位：浙江旭新建设有限公司
工程包括有桥梁、道路、给排水及广场景观；其中桥梁工程主要有匝道桥与景观人行桥，匝道桥包括有A、B、C、D、E、F、G、M匝道；本沉箱施工方案主要针对M匝道MP15~MP17及G匝道GP1~GP3共六座承台，均位于站东河内，平面布置图附后，设计承台顶标高为-1M，其中三座M匝道的承台尺寸均为7M*8.8M*2M；G匝道三座承台尺寸为5M*7M*1.5M。河道常水位黄海高程2.6m,河低标高-1m,河底为3-1淤泥层,层厚9.3m,含少量腐植物碎屑、贝壳残片，流塑，高压缩性，高灵敏度，全场分布，K=45Kpa。
2、施工机械设备
名称
型号规格
单位
数量
备注
液压震动锤
900KN
台
2

汽车吊
25T
台
1

挖掘机
220
台
1

汽车吊
50T
台
2

交流电焊机
BX1-500
台
8

二、 钢套沉箱施工技术方案
（一） 钢套箱设计与制作
1、钢套箱围堰的设计
根据近阶段温州瓯江水流情况，受涨潮的影响，涨潮时最高水位为2.9m，站东河河床顶标高为-1m，承台设计底标高为-3.0M，钢套箱封底砼拟采用C20砼，厚度50cm。因此，设计套箱顶面标高为+4.0m，高出最高水位1m；套箱高度8.5m，下沉后进入河床深度达3.5m，即底标高为-4.5m。钢套箱箱体由直径12m，由6块弧形拼版组成圆套箱。
采用装配式钢套箱，主要由侧板和支撑系统组成，组件在加工场集中制作，分块运至现场拼装。套箱侧板组成：竖向为12#槽钢纵肋，间距50cm；横向为12#横槽钢横肋，间距50cm，由套箱顶部开始设置，设置布满护筒周圈，在标高-0.5位置(设护筒标高为8m),在竖向两道工字钢间的50cm宽的面板上加设200*8加劲钢板以加强面板;钢套箱面板采用8mm钢板;各侧板连采用电焊焊接，采用φ22螺栓进行块件之间的联结。支撑系统组成：钢套管制作时预先制作一道水平内支撑，分别位于套箱下1.0m处,内支撑围檩采用45#工字钢,与套箱竖向25工字钢纵肋通过牛腿有效连接；支撑采用D50cm钢管（δ=10mm）交错支撑在45#工字钢围檩上，成口字架分布，分层布置,顺桥向钢管位于横桥向钢管上部.
钢套箱块件:因承台呈方形,六块弧形侧板均相同,块件与块件之间通过φ22螺栓在套箱外侧板槽钢上进行联结,联结后在槽钢上进行电焊加固.拼装时,在块件连接槽钢与槽钢之间设置止水橡胶防水.
在每节套箱上均蘅设置2个吊点,每个吊点通过联结在壁板与胁板上四个吊环的钢丝绳进行起吊,吊环设置在内支撑梁上面的顶面壁板上.起吊采用2台50T汽车吊同时通过两个吊点起吊作业.
2、施工工艺流程

施工工艺流程图
准备工作
钢套箱制作
钢套箱装配
内支撑梁施工
钢套箱下放
震沉钢套箱
箱底处理
进入下一道工序
套箱定位
与定位钢管桩联结
3、套箱定位桩施打
施工钢套箱前，在河道承台四周设置定位桩。定位桩采用D50cm钢管，长度12m，保证入土深度不少于8m；定位桩采用32#工字钢横向连接固定，并设置剪刀撑，定位槽钢平面尺寸为7.7m*7.7m。
（1）、沉放前先计算出四条钢管桩的坐标，在施工现场的河堤上针对各桩分别布置一条基线，基线上的每一个观测点用全站仪精确测量出坐标位置，并用水准仪测出起高程；然后计算出每一根桩上观测点的坐标及交会角，并汇总成表供观测沉桩使用。沉放时在正面布置一台全站仪观测定位，侧面设置两台经纬仪校准。
（2）、套箱定位钢管桩均采用25T打桩船施打，根据打桩船上的打桩定位仪适时控制钢管桩的平面位置、倾斜度及标高。
A、钢管桩施沉
a-1、钢管桩施沉前根据桩位图计算每一跟桩中心的平面坐标，确定好沉桩顺序，防止先施打的桩妨碍后续的施工。
a-2、在流速较小或平潮期下放钢管桩，所选用打桩船能满足深10.0m、流速20m/s条件下钢管桩沉桩要求。
a-3、沉桩顺序：钢管桩施沉总体按照先上游后下游，先岸侧后江侧的施工顺序进行。
a-4、按照沉桩顺序进行打桩船的抛锚定位，抛锚方法是：打桩船的首尾各抛两只锚，成八字形，另外在船首尾各抛设一只带前进缆的锚，吊桩及桩位的调整依靠6根锚缆进行。抛锚定位总原则：所有锚缆不影响已施沉的桩，否则，打桩船需要重新抛锚定位，同时应方便运桩船喂桩。
a-5、打桩船抛锚定位后，打桩船后退让出空挡。运桩船将桩运至打桩船船首处，打桩船上吊钩将桩采用两点起吊，吊立，然后拉入龙口，合拢机械手，测量控制，通过调整桩架的垂直度来调整钢管桩垂直度。
a-6、钢管桩平面位置及垂直度调整完成后，开始压锤，依靠钢管桩及打桩的重量将其压入砂层，测量复核桩位和倾斜度，偏差满足要求后，开始锤击。
a-7、钢管桩的最终桩尖标高由入土深度控制，若钢管桩无法施工打至设计标高，则采用内冲内排的方法进行辅助沉桩，直至钢管桩的入土深度满足设计要求。
a-8、当现有打桩船船位不能满足继续施沉钢管桩要求时，应起锚，将打桩船重新抛锚定位。
a-9、钢管桩施工精度要求为：
平面位置偏差：±10cm
高程偏差：±15cm
（3）钢管桩震沉完成后，利用25T吊车配合人工及时将钢管桩的剪刀撑和平联焊接，在桩顶用32#工字钢连接整体。
4、钢套箱的装配下沉
（1）钢套箱制作完成后，在加工场或施工现场进行试拼装，符合要求后分组、编号、油保护，然后运输到施工现场。
（2）用平板车将钢套箱块件运输至墩位的平台上进行钢套箱的拼装。利用50t吊车吊起钢套箱块件至施工平台（根据施工现场设置）上，按照钢套箱设计图安装每节钢套箱，利用φ22螺栓将块件紧密联结并焊接成形
（3）钢套箱下沉前，清除河床表面的障碍物，以便钢套箱顺利沉入河床。
（4）拼装套箱用两台50T汽车吊起沉箱，互相转动吊臂慢速移动至承台上方，调整钢套箱位置准确后缓慢下放，下放至河床面后，观测平面位置及垂直度，如发现偏位后倾斜时，及时采取措施进行纠偏，先到达河床面的一侧先行振动，然后进行调整，再通过振动使套箱稍下沉，并保持套箱顶面水平。
（5）通过机械振动使套箱下沉至刃脚深入河床4.5m以上，套箱顶标高为+3.0m左右。
（6）钢套箱起吊后，在下沉前注意检测钢套箱的平面位置是否准确，检查各联结点的螺栓是否拧紧，内支撑是否牢固。
5、钢套箱支撑检查加强
（1）钢套箱下沉到位后，按钢套箱设计要求检查内支撑梁的联结是否紧密并及时加固。
（2）将钢套箱与刚管桩通过型钢进行联结，同时在套箱顶部顺桥向与钢管桩通过型钢进行焊联。
6、钢套箱内抽水及河床下临时支撑
钢套箱下沉到位并支撑检查完成后，即采用水泵对套箱内进行抽水，抽水速度宜缓慢，并同时观察套箱各部件，支撑情况，及时发现问题进行补强。套箱内河水抽干至河床底后，采用高压水枪冲刷河床底淤泥，泥浆泵抽出外排至淤泥船后外运。清淤过程中，在水平支撑位置搭设平台，施工人员均在该平台上用高压水枪冲洗箱底淤泥，不得进入箱底施工以免发生危险。当清淤至标高-3.0m时，在-2.5m标高处设置临时水平围檩支撑，围檩支撑形式与河床上部围檩支撑一样，只是该围檩在箱底封底砼强度达到后，承台施工前需予以拆除。
7、钢套箱基底处理
（1）钢套箱内清淤至承台底标高以下50cm即标高-3.5m后，采用碎石、粘土混合物整体找平。
（2）整体浇筑C20混凝土封底，厚度为50cm，至标高-3.0m。砼浇注时避免对钢套箱产生挠动，四周与钢套箱要紧密接触，形成有效传力带。
三、质量要求、质量措施
钢套箱在搬运过程中轻拿轻放，避免过大的碰撞损坏围堰钢板。拼缝要接好，橡胶密封片要塞好，不能漏塞或不塞。焊接要牢固可靠，螺栓的连接要牢固，必须沉入到指定的位置。观察现场土质情况，如发现围堰下部土与设计不符时及时报告，再采取有效的措施。
施工方案经各级审批并修改完善，经公司总工，总监等有关人员的签字后方可进行施工。做好技术复核，隐蔽验收制度。
项目经理和项目总工程师组织全体人员认真学习施工方案，并指出监控部位和监控要点。本着谁负责施工谁负责质量、安全的原则，各分管工种负责人在安排施工任务时须做到交底明确。
工程施工过程中，各分管工种负责人必须督促班组做好自检工作，确保当天问题当天整改完毕。工程施工完成后，各分管工种负责人必须及时组织班组进行工程质量评定工作，项目部质检科专职质量员核定。
四、 安全文明施工、环境保护要点及措施
1、安全要点：
1）在施工过程中必须佩戴安全防护器具，如救生衣，安全三宝等，沉箱内设置多条安全通道，包括爬梯，救生圈、安全绳等。
2）夜间作业必须要有充足的灯光，围堰下作业时注意用电安全，注意观察围堰的情况，如发现围堰有变型，下面土体有灌涌现象应立即停止施工，上报项目部，进行处理。
3）在围堰施工时现场施工队长，安全员必须在现场指导。杜绝违规操作和意外情况的发生。
4）汛期来临时，关注天气预报，有台风或暴雨天气时，沉箱内暂停作业，特殊情况下，河道水位高于警戒水位时，可向沉箱内倒灌河水，减少沉箱压力。
5）沉箱下沉后项目部组织测量人员对沉箱加强观测，主要观测箱体变形情况，发现变形及时通知安全管理人员，组织项目部主要负责人、监理单位对现场情况勘察研究，确定是否影响施工安全，是否需要采取加固措施
6）沉箱靠河道侧加设两根钢管桩，以保护沉箱不被过道船只碰撞。
1、 安全生产管理制度保证措施
根据有关文件及规定，结合本工程的实际情况，指定关于安全教育、防护、检查、交底等安全生产管理制度。
2、 坚持“安全第一、预防为主”的方针
制定安全管理措施，做好安全工作。坚持“三级”检查制度，搞好安全施工，定期或不定期地组织安全生产大检查，发现问题及时整改。对事故处理坚持“三不放过”原则。
3、 健全管理制度
一票否决制：安全生产实行一票否决制。
个人岗位责任制：根据安全生产需要，按专业、岗位、区域等分片包干，建立岗位责任制。
经济责任制：依据相关人员的安全生产职责列入到经济考核中，实行检查与考核。
检查制度：工地每月由项目经理前头，安保人员主办组织有关人员进行两次综合检查，按专业，工作职责全面检查并指定相应表格，填写检查结果，张榜公布。
奖罚制度：根据公司奖罚制度，制定相关奖罚细则，严格执行，奖罚兑现。
4、 主要安全防护措施
（1） 各种机械操作人员必须持有操作合格证，不准操作与操作证不相符的机械；不准将机械设备交给无操作证的人员操作，对机械操作人员要对立档案，专人管理。
（2） 各种机械要挂安全技术操作规程牌。各种机械不准带病作业。电夯、潜水泵接地电源要安全可靠，绝缘接地装置良好，夜间施工保证足够的照明设施。
（3） 操作人员必须按照本机说明书规定严格按照工作前的检查制度和工作中注意观察及工作后的检查保养制度，做到：工作前检查、工作中观察、工作后保养。
（4） 严禁酒后操作机械，严禁机械带病运行或超负荷运转。
（5） 严禁对运转中的机械设备进行维修、保养调整等作业。
（6） 指挥施工机械作业人员，必须站在可看到施工作业点的安全地点，并明确规定指挥联络信号。
（7） 施工钢丝绳的浮吊、吊车等机械，在运转中严禁用手套或其他物件按触钢丝绳子，用钢丝绳子拖、拉机械或重物时，人员应远离钢丝绳。
（8） 起重作业严格按照《建筑机械使用安全技术规程》（JGJ33-86）和《建筑安装工人安全技术操作规程》（1980-5-20）规定的要求执行
（9） 作业用的料具应放置稳妥、小型工具应随时放入工具袋，上下传递时，严禁抛掷。
（10）施工用电严格按有关规定安装线路及设备，用电设备要安装地线，不合格的电气器材严禁使用。
（11）加强用电管理，安装、维修或拆除临时用电工程，必须由电工完成，电工必须持证上岗，实行定期检查制度，并做好检查记录。
（12）按施工组织设计和工艺流程科学组织施工，严格工序衔接，严格操作规程，严格各种违章指挥和违章作业发生。
（13）起重吊装作业应符合下列规定：
1）起重指挥应由技术培训结合专职人员担任。作业前，应对起重机械设备、现场环境、行驶道路、架空电线和吊重物情况进行了解，确定吊装方法；
2）有下列情况之一者不得起吊：
A、起重臂和吊起的重物下面有人停留或行走时；
B、吊索和附件捆绑不牢时；
C、吊件上站人或放有活动物时；
D、重量不明、指挥或信号不清时。
3）起重机的安全保护装置应齐全完整，灵敏可靠，不得用限位装置代替操作机构进行停机。
4）不得使用起重机进行斜吊、斜拉。起吊重物时，不得在重物上堆放或悬挂零星物件。
5）起重吊装物件时，不得忽快忽慢和突然制动。非重力下降式起重机，不得带荷自由下落。
6、环境保护措施
在施工现场要文明施工，保护环境。遵守国家及地方环境保护的法令，妥善保护植被、树木。避免泥浆乱流。
工程完成后将临时施工设施及垃圾予以拆除，清理干净。
五、钢套箱受力验算
1、模板计算
1.1计算摸模侧压力，分两种情况计算侧压力：
封底时模板的侧压力。
封底后涨至最高（最低）潮水压力。
钢套箱顶3.0m
最高水位2.6m
封底砼顶-3.0m
封底砼底-3.5m

1.2计算第一种情况
侧压力公式计算Pm=K×γ×h（《路桥施工计算手册》公式8-1）
h=0.22+24.9×V/T=0.47m(8-2)
T=20℃,K=1.2, γ=24KN/m3，V=0.2m/h
Pm= K×γ×h=1.2×24×0.47=13.54Kpa
计算冲击力：6Kpa 侧压力：19.54Kpa
最高潮水位 h高=2.6m
最低潮水位 h低=1.5m
而套箱下放到最低时水位为h低=-3.5m
水压力ρ=10×（2.6+3.5）=61.0Kpa
因灌注封底砼时，砼为水下灌注，水压力内外平衡，所以灌注封底砼时只考虑侧压力：19.54KN/㎡
1.3.计算第二种情况
封底后绑扎钢筋为抽干套箱内水，水压分布为：
最高水压力：ρ=(2.6+3.0)×10=56Kpa
低潮水位压力：ρ=（1.5+3.2）×10=47Kpa
2、模板设计计算
竖向、横向加劲用12cm槽钢，步距均为50cm。另在标高-1.0处增加一道。模板采用6mm钢板，标高-0.5以下用8×200mm纵向加劲钢楞加劲，加劲钢楞间距50cm。（见沉箱立面图）
2．1面板计算
按单向板进行计算,宽度为3.2m,图示如下:
0.25m
0.25m

I=1/12×bh3=0.006*3.2/12me
W=1/6×bh2=1/6×3.2×0.0062m3
根据模板计算荷载组合,模板在封底后抽干水，且处于最高潮水位时最不利,作用于模板的控制荷载为q=3.2×6.3=201.6kn/m,浇筑砼时,砼对模板压力均小于水压力，取q=201.6kN/m作为控制荷载。
M=1/8×qL2=201.6×0.252/8=1.575KN-m
σ=M/W=1.575×6/0.0062/3.2=82.1Mpa<[σ]=145×1.25=181Mpa
f=5ql4/384EI
=(5×201.6×2504)/(384×2.1×105×57600)
=0.85mm<[f]=1.25mm
2.2纵向12cm槽钢计算
纵向槽钢承受由模板传递来的压力,验算标高-0.5m~-3.2m位置处槽钢,纵向槽钢间距50cm.
偏安全计算作为简支梁计算
2.7m
q=29KN/m

q=0.5×58=29KN/m
M=1/8×qL2=1/8×29×2.72=26.4KN-m

12号槽钢
W=235.9cm3
I=2369cm4
σ=M/W=26.4×103/236.9×10-6=111.4Mpa<[σ]=215Mpa
f=5ql4/384EI
=(5×26.4×103×2.74)/(384×2.1×1011×2369×10-8)
=3.6mm<[f]=6.75mm
2.3.加劲楞计算
计算加劲楞8×200mm力学性能
L

取板宽25cm,纵向加劲肋:q=0.25×58=14.5KN/m
M=1/8ql2=1/8×14.5×2.22=8.77KN-m
W=1/6×bh2=1/6×8×2002=53333mm3
I=1/12×bh3=1/12×8×2003=5333333mm4
σ=M/W=8.77×103/53333/109=164.4Mpa<[σ]=181Mpa,可行
f=5ql4/384EI
=(5×14.5×103×2.24)/(384×2.1×1011×5333333×10-12)
=3.94mm<[f]=6.75mm 可行
2.4内撑系统
2.4.1 围檩计算
由于高水位施工，套箱在封底完成后抽干水时,主要承受由外向内的水压力，套箱侧模所受压力均传递到内撑结构，因此内撑系统极其重要。因施工需要，设置两道内撑,其中,第二道内撑系统设置于标-0.2m处套箱模板上内撑在顺桥向设置两道,横向设置2道,形成井字架,内撑采用D500mm壁厚10mm制成,围檩为12槽钢,验算最底层即标高-0.2m处支撑即可.
钢套箱顶3.0m
最高水位2.6m
封底砼顶-3.0m
封底砼底-3.5m
顺桥向支撑中心-0.2m

把水对钢套箱面板的压力换算为对围檩的均布荷载:q=63×6.3/2=198.4kn/m
Mmax=ql2=198.4×1.952/2=377.2kn-m
2根36号工字钢:W=962cm3 I=17300cm4
σ=M/W=377.2×103/962×2×106=196Mpa<[σ]=215Mpa 可行
f=5ql4/384EI
=(5×198.4×103×3.14)/(384×2.1×1011×17300×2×10-8)
=3.3mm<[f]=7.75mm 可行
2.4.2 支撑钢管计算
受力简图如下:
P=694.4KN
P=694.4KN

支撑钢管受力P=ql/2=198.4×7/2=694.4KN
直径500mm壁厚10mm的钢管回旋半径i=20.862cm长细比λ=1/i=500/20.862=23.97,查《路桥施工计算手册》附表3-26得支撑钢管的纵向弯曲系数为φ1=0.9
容许承载能力P=φ1×S×[σ]=0.9×185.4×10-4×145×106=2419.4KN>694.4KN
计算结果可行
3、参考资料
1）《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）
2）《路桥施工手册》人民交通出版社 周永兴等编著
3）《路桥施工常用数据手册》人民交通出版社 杨文渊编著

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