有底鋼套箱圍堰施工工藝 1 前言 有底鋼套箱又名鋼吊箱，是為深水高樁承臺施工而設計的臨時隔水結構，其作用是通過套箱側板和底板上的封底混凝土圍水，為高樁承臺施工提供無水的施工環境。同雙壁鋼圍堰比較，鋼套箱具有施工工期短、水流阻力小、利于通航、不需沉入河床、施工難度小、材料用量少、經濟合理等特點，因而在大跨深水橋梁的基礎施工中得到廣泛的應用。 2 適用范圍及特點 2.1 鋼套箱的適用范圍 當承臺底面距河床面較高，或承臺以下為較厚的軟弱土層、且水深流急時，目前多采用有底鋼套箱作為防水措施來進行深水基礎施工。 2.2 鋼套箱的特點 有底鋼套箱受水深的影響相對于無底鋼套箱較小，利用護筒及其它措施定位較為容易、定位精度高；封底混凝土受底板約束，質量易于保證，數量準確；套箱懸掛于支撐系統上，不接觸河床，避免了河床高低不平的影響。 3 鋼套箱的設計 具體計算詳見圍堰結構設計指南。 4 鋼套箱施工工藝流程及加工制作 4.1 鋼套箱施工工藝流程圖及說明 有底鋼套箱一般均采用先樁后圍堰施工方法，圍堰的安裝主要有墩位組拚和場外組拚兩種，其施工工藝如下： 墩位組拼： 工廠加工鋼套箱 墩位安裝底板及壁板拼裝平臺 安裝底板 拼裝壁 板 安裝內支撐 拉壓桿的安裝 水平定位系統及導向系統的安裝 鋼套箱的整體下放 下沉鋼套箱至設計高程 吊箱平面糾偏及豎向鎖定 底板封堵與清理、封底混凝土澆筑 抽水、轉換拉壓桿、承臺混凝土澆注 場外組拚： 場地平整 搭設套箱加工平臺 鋼套箱的加工拼裝 起吊下沉就位 鋼套箱的鎖定 堵漏 封底混凝土澆筑 承臺施工。 4.2 鋼套箱加工制造及拼裝 4.2.1 加工制造及拼裝的總體要求及精度控制 加工制造用的鋼材應滿足以下要求： Q235 鋼應符合現行國家標準碳素結構鋼（ GB700）的規定； Q345 鋼應符合現行國家標準 低合金結構鋼（ GB1591）的規定。 焊接材料的要求：鋼套箱加工選用的焊條、焊絲必須符合現行國家標準，包括碳鋼焊條（ GB5117）、低合金焊條（ GB5118）、碳鋼藥芯焊絲（ GB10045）、熔化焊用鋼絲（ GB/T14957 94）及二氧化碳氣體保護焊用鋼絲（ GB8110）的規定。焊劑應符合現行國家標準碳素鋼埋弧焊用焊劑（ GB5293）的規定。埋弧焊采用 H08H 焊絲，配焊劑 431，并滿足焊接用鋼絲（ GB1300 77）有關要求；手工焊選用結 4303 焊條，且滿足碳素鋼焊條 (GB117 85)的有關要求。 焊縫檢驗： （ 1）焊縫高度的檢驗。焊縫尺寸允許偏差應符合鋼結構工程施工質量驗收規范附錄 A中表 A.0.2 的規定。 檢驗方法：用焊縫量規檢查。 （ 2）外觀檢驗。所有焊縫均應冷卻后進行外觀檢查，并填寫檢查記錄。所有焊縫不得有裂紋、未熔合、焊瘤、夾渣、未填滿及漏焊等缺陷，外觀檢查不合格的焊接件，在未返修合格前不得進入下一道工序。 （ 3）內部質量檢驗。對鋼吊箱下放吊點位置的受力焊縫應沿焊縫進行全長超聲波探傷，質量等級要求為級。 對套箱壁板在現場的拼接焊縫中，壁板與底板、底板防撞桁 架以及內支撐之間的焊縫進行全長超聲波探傷檢測，質量等級要求為級。 檢驗不合格件，在未返修合格前不得進入下一道工序。 精度控制：套箱分塊制作，拼裝完成后的總體尺寸必須滿足以下精度要求： 外形平面尺寸偏差： 0， +60mm。 內口平面尺寸偏差： 0， +50mm。 外形對角線尺寸偏差： 0， +85mm。 內口對角線尺寸偏差： 0， +70mm。 壁板傾斜度： H/1000。 壁板面板平整度： 5mm（ 3m 尺）。 高度偏差： 0， -30mm。 拼裝完成后吊箱軸線偏差： 100mm。 4.2.2 鋼套箱壁板加工制造 按照設計圖紙在加工場加工成分塊，并進行編號。 加工精度要求： 根據套箱結構的受力要求，保證每層水平肋板在同一高程很關鍵，加工時其偏差不得大于 2mm，保證在拼裝階段能夠順利對接。 每個壁板塊段加工完成后均單獨進行檢驗，其加工精度要求如下： 寬度方向尺寸偏差： 15mm。 壁板厚度偏差： 2mm。 外形對角線偏差： 20mm。 高度方向偏差： 0， -30mm。 4.2.3 鋼套箱底板加工制造 嚴格按照設計圖紙尺寸進行下料，現 下縱、橫梁，在軌道上鋪設縱橫梁，并焊接成骨架，然后鋪設鋼面板，并焊接好。嚴格檢查焊接質量，其加工精度要求如下： 寬度方向尺寸偏差： 15mm。 壁板厚度偏差： 2mm。 外形對角線偏差： 20mm。 高度方向偏差： 0， -30mm。 4.2.4 鋼套箱內支撐系統加工制造 根據現場的吊裝能力，對內支撐進行分塊；按照設計圖紙在加工場加工成分塊，并進行編號。 加工精度：根據內支撐結構的受力要求，保證塊之間頂、底層內支撐鋼管在同一高度很關鍵，加工時其偏差不得大于 2mm，保證在拼裝階段能夠順利對接。 每個內支撐塊段加工 完成后均單獨進行檢驗，其加工精度要求如下： 平面長寬尺寸偏差： 20mm。 高度方向尺寸偏差： 5mm。 4.2.5 鋼套箱整體吊裝、分節吊裝 鋼套箱整體吊裝：當鋼套箱平面尺寸較小，重量較輕時，采用在岸上加工場分塊加工，然后組拚成整體，采用纜索吊機整體吊裝至墩位下沉就位。 鋼套箱分節吊裝：當鋼套箱整體重量較重，高度較高時，根據吊裝設備的允許吊裝重量，可以在岸上分塊加工，分節組拚，然后采用浮吊或纜索吊分節吊裝。 4.2.6 鋼套箱墩位處分塊組拼 根據拼裝鋼套箱時下方支撐形式的不同，鋼套箱墩位處分塊組拼有兩種形 式： （ 1）利用已有墩位鉆孔平臺作為拼裝鋼套箱時的支撐。在墩位平臺上拼裝鋼套箱，接高鉆孔灌注樁鋼護筒，在其頂面設起吊分配梁，再由起吊系統滑車組起吊鋼套箱。并將鋼套箱臨時吊掛于鋼護筒支撐牛腿上。拆除墩位平臺，解除臨時吊掛，由起吊滑車組將鋼套箱緩緩下沉就位。然后轉換吊點，由多根吊桿將鋼套箱吊掛于鋼護筒支撐鋼牛腿上。 （ 2）以鉆孔灌注樁鋼護筒為拼裝鋼套箱時的支撐。在鉆孔灌注樁鋼護筒上同一水平高度焊接承重牛腿，在牛腿上放置鋼套箱底梁，然后在底梁上鋪設鋼套箱底板，將側板在底板上拼裝成箱體。也可在牛腿上搭設平臺，由駁船 將塊件運至平臺上拼裝。在鋼護筒頂面設千斤頂支架，由千斤頂起吊鋼套箱，割除牛腿，下沉鋼套箱。此法不需要大型起吊設備，起吊時受周圍環境的影響相對較小。 4.2.7 鋼套箱水密試驗 鋼套箱每個分塊加工完成后，應對焊縫進行煤油滲透試驗。即用刷子在焊縫兩側刷上石灰水，待其干后在圍堰內側焊縫刷上煤油，等 30 60 分鐘后察看圍堰外側是否有煤油滲透痕跡。 試驗檢查不合格的部位應進行補焊并報告監理工程師，補焊后還須進行復驗，合格后才能進入。鋼套箱壁板在現場拼裝完成為整體后，對現場拼裝焊縫同樣要求進行煤油滲透試驗，保證套箱壁板 整體密水性能。 5 鋼套箱的測量放線 用全站儀或經緯儀在平臺上將該墩的縱橫軸線放出，并標示于平臺上。在鋼套箱的外壁板上標示出鋼套箱的中心線，下放過程中，嚴格控制壁板中心與平臺上標示的縱橫軸線對齊。 6 鋼套箱的下沉 6.1 鋼套箱下沉 6.1.1 大型設備（纜索吊機、浮吊等）輔助下沉 纜索吊機輔助下沉：采用纜索吊機時，不歪拉斜吊，不準在重物上、重物下站人，與吊運無關人員隔離索道 50m 以外。吊離地面 20cm，停留 10min 經檢查無異常情況進行起運。當運至墩位停留，待停止擺動，徐徐下降，對位后入水。 2001 年渝 懷鐵路溪門口大橋 8#墩有底鋼套箱即采用此法。 浮吊輔助下沉：鋼圍堰在工廠制作好后拖運至施工現場，然后用駁船運至橋墩位置水域根據設計的吊點，用浮吊直接起吊鋼套箱下沉就位。將鋼套箱吊掛于鋼護筒頂部所設鋼牛腿上。 6.1.2 墩位作業平臺上簡易設備（鏈條葫蘆、鉸車等）輔助下沉 當為中小型鋼套箱時，可以將在岸上分塊加工的鋼套箱運至墩位作業平臺上組拚。在鉆孔鋼護筒上設起吊分配梁，再由起吊系統滑車組起吊鋼套箱，并將鋼套箱臨時懸掛于鋼護筒支撐牛腿上。拆除墩位平臺，解除臨時吊掛，由起吊滑車組將鋼套箱緩緩下沉就位。然后轉換吊 點，由多根吊桿將鋼套箱吊掛于鋼護筒支撐鋼牛腿上。 6.2 鋼套箱下沉時的糾偏措施 有底鋼套箱下沉時，由于底板上在鋼護筒位置處均設有開孔，底部平面位置能夠得到控制，下沉過程中控制的主要是頂面平面位置。因此可以用設于平臺上的鏈條葫蘆等簡易設備通過系于鋼套箱四周的拉環，通過不斷的調整對鋼套箱進行糾偏。 7 鋼套箱的定位 7.1 水流流速較小時的簡易定位措施 根據水流速度，計算水流沖擊力，在鉆孔平臺每邊鋼管支撐樁上設置倒鏈葫蘆，鋼套箱邊下沉，邊用倒鏈葫蘆調整，以調整好套箱水平位置。 7.2 水流流速較大時的 定位措施 當水流流速較大時，水面以上的水平定位可以用設置于鉆孔平臺鋼管支撐樁上的倒鏈葫蘆，對鋼套箱進行水平糾偏。水面以下鋼套箱底部的定位則通過倒向滑車，將鋼絲繩一端系于鋼套箱底部的拉環上，一端系于平臺橫梁上的倒鏈葫蘆，通過倒鏈葫蘆進行調整。 8 鋼套箱底部處理 8.1 有底鋼套箱底板封堵 鋼套箱底板在每個護筒周圍均開有孔，以便于鋼套箱的下放。所開孔于護筒之間存在較大的孔隙。當鋼套箱下放到位后，需采用措施將該部分孔隙封堵，防止在澆注封底混凝土的過程中出現漏混凝土的現象。底板封堵技術屬于鋼套箱施工關鍵技術之一， 是后繼施工順利進行的重要保證。 底板封堵流程：在加工場加工封堵板。鋼套箱下放前，在底板上臨時安放封堵板。鋼套箱下放到位后，由潛水員下去固定封堵板，并用混凝土堵漏。 具體的封堵工藝： （ 1）封堵板的設計和加工。 封堵板設計過程中考慮到護筒的偏位，根據護筒的不同偏位進行分類設計。偏位 0 5cm以內的采用一種形式的封堵板，內開孔圓心與封堵板外邊緣圓心的偏差為 2.5cm。每個護筒周圍的封堵板分為 6 塊進行分塊加工，在現場通過螺栓連接。為了安裝方便，每個封堵板上均安放有拖環。兩相鄰封堵板之間采用螺栓連接。螺栓孔 為 7020mm 的長圓孔，采用直徑18mm 的螺栓。 （ 2）封堵板的臨時安放。 封堵板的臨時安放需在鋼套箱下放之前進行。在封堵板臨時安放前，需將底板面板焊接完成。特別是護筒周圍的面板必須補充完整，以便于封堵板的臨時安放和最終固定。 封堵板需沿護筒周邊臨時安放，且要臨時連接成一個圓環，各分塊之間，以及板與護筒之間需留有空隙。封堵板的安裝需與護筒傾斜方向和偏位方向相結合。 （ 3）封堵板的固定與堵漏。 在鋼套箱下放前，對潛水員進行交底，讓其熟悉套箱內結構，同時讓其到現場了解實際情況。 當鋼套箱下放就位后進行封堵 板的固定與堵漏。封堵板由潛水員在水下固定。首先將鋼板安放于護筒周圍，然后利用螺栓將各封堵板連接成一個整體。 當封堵板安裝固定以后，各封堵板之間及封堵板與護筒之間有一定的空隙，用麻袋裝混凝土對該部分進行封堵，混凝土的高度依封堵效果而定。 封堵底板施工時，對封堵板進行編號，依次封堵，由工區技術員統一記錄，并由質檢部復核檢測。 （ 4）鋼護筒的除銹。 當完成鋼套箱的封堵后，由潛水員對封底混凝土范圍內的鋼護筒進行除銹和清理其他雜物，施工過程中對每個護筒進行編號，對護筒的清理情況進行記錄。 （ 5）封堵觀測。 混凝土澆 筑前，再次水下檢查。 對封底混凝土進行定期測量。當發現封底混凝土高程抬高情況與混凝土澆筑方量不吻合時，可能是堵漏出現問題，需立即檢查。 觀測套箱外側水的顏色，當外側出現大量與混凝土顏色相同的水后，即發現堵漏出現問題，需立即采取措施進行封堵。 觀測護筒周圍水面情況，如出現翻水花現象，則可能出現了漏洞，需立即堵漏。 8.2鋼套箱封底混凝土施工 （ 1）封底平臺的設計。 封底平臺作為承臺封底施工的結構設施，其布置原則如下： 1）需保持封底混凝土施工的方便性和安全性。 2）充分利用內支撐及鋼護筒作為支撐，保證結構可靠、經濟。 3）兼顧考慮導管的布設。 4）便于各區域周轉。 封底平臺的主梁根據檢算結果采用型鋼制成，并在鋼護筒頂面及內支撐頂面進行搭設。再采用小型型鋼將主梁連接成整體，并在其上鋪設木板形成平臺。 （ 2）自流平混凝土的設計。 為減少導管點的布設和增大混凝土的流動性，使封底混凝土表面平整均勻，需進行自流平混凝土的設計。 采用雙摻技術，增大砂率，增加膠凝材料用量，使配置的混凝土具有很好的和易性和流動性，具有自流平、自密實的特點。具體性能指標要求如下： 1）強度不小于設計 強度。 2）坍落度 18 25cm。（可以根據需要選定） 3）初凝時間不小于通過計算所得的混凝土最終澆筑完成需要的時間。 4） 7d 強度不小于 28d 強度的 90%。 （ 3）導管的布設。 封底混凝土的澆筑方式通常有全高度方向斜面推進和全平面整體均勻抬高澆筑兩種方式。導管的布置以上述其中一種方式為原則進行布置。 導管的布置原則：導管遠離護筒 50cm 以上，避免混凝土直接沖擊封堵板，確保護筒周圍混凝土厚度。導管布置半徑 3 5m，以此確定導管的數量。 導管的轉移：每根導管口澆筑到設計高程后，根據封底混凝土澆筑頂高程情況，轉 移至較低位置，導管底口距離混凝土頂面 15 20cm，按照首批混凝土澆筑要求進行導管二次封口。 （ 4）混凝土澆筑。 1）首盤封底混凝土的澆筑。 首盤混凝土封口前，用測錘從導管內測出導管下口與套箱底板的距離，調整為 20cm 左右。首盤混凝土采用 8m3 大料斗。首先通過導管旁大料斗將導管上方 2m3 小料斗裝滿混凝土，關閉大料斗閥門，開始在大料斗內注滿混凝土。大料斗快裝滿混凝土時，打開大料斗閥門，同時打開小料斗閥門，泵管不斷放料，完成首盤封底混凝土澆筑。封底混凝土下放完后，要求導管埋深 0.4 0.6m。在導管口及附 近布設測點，及時測量其埋深與流動范圍。 2）正常澆筑混凝土。 首盤封底成功后，即進入正常澆筑階段，此時可將大料斗提走，直接采用小料斗或導管直接澆筑混凝土。 為保證導管出口有一定的埋深，在混凝土澆筑順利時盡量不提升導管；需要提導管時，采用浮吊或纜吊慢慢提升，提升高度控制在導管底口在混凝土面以下 100cm，提升點處的混凝土高度要勤量勤測，杜絕提漏導管的現象發生，嚴格以實際測量深度為提管依據。 澆筑位置混凝土高度達到設計要求后，根據監測結果，將導管移至需澆筑位置進行循環施工。 （ 5）封底混凝土高程的控 制。 為控制混凝土的澆筑高度，同時掌握混凝土的擴散情況，為導管移位提供依據，澆注過程中必須加強監測。根據套箱的封底面積，確定測點位置。測點布置要保證每根導管和護筒附近布設測點，同時對套箱邊角位置布置測點。 測錘采用鋼板焊接成三角錐形。測繩使用前要在水中浸泡 48 小時，校核其長度。混凝土澆筑前，沿測點逐點量測初始長度，并在平臺固定位置做出標記，測出平臺高程，作為控制封底混凝土頂面高程的依據。 混凝土的頂面控制在距封底混凝土頂面設計高程以下 20 30cm 處，以上部分作為墊層混凝土。 9 鋼套箱抽水及內支撐安裝 9.1 已安裝內支撐的整體吊裝、分節吊裝鋼套箱抽水 對于已安裝內支撐的整體吊裝、分節吊裝的鋼套箱，當封底混凝土強度達到設計強度后，即可封閉鋼套箱上所設的連通管，進行抽水施工。若在承臺施工中，內支撐對其有礙，則需對內支撐進行置換（一般在鋼套箱設計時，內支撐要略高于承臺頂 50cm 左右，盡量避開承臺位置）。 9.2 墩位處分塊組拼的鋼套箱抽水及內支撐安裝 對于墩位處分塊組拚的鋼套箱，當封底混凝土強度達到設計強度后，即可封閉鋼套箱上所設的連通管，進行抽水施工。根據鋼套箱內支撐的設計位置，可以將底層的內支撐用鋼絲繩先下 沉至封底混凝土上，并將鋼絲繩引出；然后抽水，當抽水至第一層內支撐時，停止抽水，安裝第一層內支撐，接著抽水安裝內支撐，直至內支撐安裝完畢，將套箱內水抽干，進行承臺施工。 10 鋼套箱的拆除 在橋墩灌注出水面后，鋼套箱在承臺頂面 50cm 以上部分可拆除回收。根據浮吊或纜索吊機的起吊重量可分段切割后整體吊出或分塊切割解體起吊拆除。其具體方法是： （ 1）拆除套箱內、外相干的物件，鑿開吊耳眼孔，由潛水工在外壁板用潛水氧電弧切割作業來實現。 當為雙壁鋼套箱時，視其水流速度，其方法有二： 1）在水流速度 1m/s 時 ，潛水工在圍堰外沿著圍堰下沉前焊的導向環進行切割。 2）在水流速度 1m/s 時，內壁板應先切割高度 1.2m，堰內補水與堰外水位一致時由潛水工在堰內沿事前準備的切割線進行切割。 當為單壁鋼套箱時，則潛水工直接在圍堰外沿著圍堰下沉前焊的導向環進行切割。 每切割一段，潛水工用檢查工具（自作環形鉛絲）檢查一遍，檢查是否割通。 （ 2）當切割完畢，由潛水工再進行一次檢查外壁板割縫，確認無一漏割后，再由潛水工掛好吊鉤，待潛水工及設備撤離安全地點后，全面進行水域檢查，確認無一障礙后起吊，運至岸上。 當套箱較小時，在套箱加 工時可在承臺頂面以上 20cm 位置處分節，此處采用螺栓連接，拆除時由潛水工擰掉螺栓即可。 11 機具設備配置 見表 1、表 2、表 3、表 4。 表 1 鋼套箱制作機械及設備表 順號 機械及設備名稱 規格及型號 單位 數量 備注 1 等離子切割機 LGK-8 臺 1 根據工程量大小確定 2 電焊機 臺 6 根據工程量大小確定 3 汽車吊 16t 臺 1 根據工程量大小確定 4 帶鏈滑車 5t 臺 6 5 頂桿 自制 支 4 6 起道機或彎軌器 臺 1 7 氧氣瓶 個 10 根 據工程量大小確定 8 乙炔瓶 個 10 根據工程量大小確定 表 2 潛水設備（淺水作業） 順號 機械設備及名稱 規格及型號 單位 數量 備注 1 手壓空壓機 臺 1 超過 45m為深水作業，應配備醫療和減壓設備 2 潛水空氣壓縮機 3.0MPa 0.3m3 臺 1 3 潛水服 套 4 4 救生服 套 10 5 水下通風設備 6 輕潛設備 套 1 7 擴音電話 12V 部 2 8 高壓膠管 3.0MPa 13/25 m 100 表 3 水下切割設備 順號 機械設備及名稱 規格及型號 單位 數量 備注 1 直流弧焊機 AX3-300-2 臺 2 帶有弧焊發電機，河北電焊機廠 2 石板閘 HRT 額定電壓 500V 個 2 天津低壓電器廠 3 氧電弧切割水炬 2 4 空心切割條 CDESS10412 根據實際需要確定 5 氧氣 瓶 根據實際需要確定 6 氧壓表 2.5 25MPa 支 2 柳州自動化儀表廠 7 電纜 m 根據實際需要確定 8 膠管 m 根據實際需要確定 9 電焊墨鏡 付 2 10 橡皮手套 絕緣 付 4 表 4 水上施工設備 順號 名稱 規格、型號 能力 單位 數量 備注 1 交通船 艘 根據實際需要選用 2 打樁船 艘 根據實際需要選用 3 拋錨艇 艘 根據實際需要選用 4 振動沉樁機 臺 根據實際需要選用 5 浮吊 艘 根據實際需要選用 6 駁船 艘 根據實際需要選用 7 拖輪 艘 根據實際需要選用 注：采用纜索吊的主要設備詳見纜索 吊機相關設計圖紙。棧橋、鉆機平臺的施工設備見相關章節。 12 質量措施 （ 1）加工制造用的鋼材應滿足以下要求： Q235 鋼應符合現行國家標準碳素結構鋼（ GB700）的規定； Q345 鋼應符合現行國家標準低合金結構鋼（ GB1591）的規定。 （ 2）鋼套箱所用的鋼材，應附有鋼材的質量證明書，各項指標應符合設計文件的要求。質保材料應齊全。 （ 3）焊接材料的要求。鋼套箱加工選用的焊條、焊絲必須符合現行國家標準，包括碳鋼焊條（ GB5117）、低合金焊條（ GB5118）、碳鋼藥芯焊絲（ GB10045）、 熔化焊用鋼絲（ GB/T14957 94）及二氧化碳氣體保護焊用鋼絲（ GB8110）的規定。焊劑應符合現行國家標準碳素鋼埋弧焊用焊劑（ GB5293）的規定。埋弧焊采用 H08H焊絲，配焊劑 431，并滿足焊接用鋼絲（ GB1300 77)有關要求；手工焊選用結 4303焊條，且滿足碳素鋼焊條 (GB117 85)的有關要求。 （ 4）焊縫檢驗措