CN109295982B - 水中系梁钢套箱的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及桥梁施工技术领域，具体是一种水中系梁钢套箱的施工方法，主要施工工序包括制备钢套箱围堰结构组件、钢套箱拼装、钢套箱下沉、灌注封底混凝土、桩系梁混凝土浇筑、钢套箱拆除。本发明利用已建钢平台贝雷梁作为吊挂系统，利用钢套箱作为桩基系梁的模板，利用钢护筒为桩系梁桩顶部位的模板，可根据系梁的大小，确定钢套箱尺寸，钢套箱整体材料用料小，可重复利用；封底混凝土用量少，封底混凝土不占用桩基以外的水域，无隐患，不用清除；钢套箱紧贴钢护筒下沉，便于准确定位及控制，稳定性好，施工方便。

Description

水中系梁钢套箱的施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁施工技术领域，具体是一种水中系梁钢套箱的施工方法。

背景技术

在跨江、跨河大桥的施工中，水中桩基、系梁（承台）的施工是施工难点。考虑到工期和经济效益，水中桩系梁的施工常规方法为筑岛围堰，但对通航的水系则需要采用钢吊箱围堰法施工。基于钢结构加工、运输、下沉方便等方面的优越性，钢套箱围堰越来越广泛地应用于大型深水桥梁的基础施工中，钢围堰相比其它形式的围堰，具有如下优点：①能够承受较大的水压，使得洪水期施工成为可能；②钢围堰刚性大，能够承受向内向外的压力，安全性更高；③钢围堰工序简单，主要工作就是围堰组拼，吸泥清基方便。但目前钢套箱多采用独立设计，未与系梁模板结合，造成浪费材料，导致成本增加。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种水中系梁钢套箱的施工方法，利用系梁模板制作有底钢套箱，通过支撑系统和吊挂系统连接形成箱体结构，钢套箱可重复利用，能够降低施工成本，保证施工质量。

本发明解决其技术问题采取的技术方案是：

一种水中系梁钢套箱的施工方法，包括如下步骤：

步骤一：施工现场准备

首先拆除钻孔平台上部结构；用大型筒刷刷洗钢护筒外表面，对封底混凝土部位作重点刷除，以确保封底混凝土与钢护筒之间的粘结效果；

步骤二：钢套箱拼装及下沉

（1）在钢构件现场分块加工制作钢套箱底模，现场拼装；钢套箱底模包括面板和钢骨架，面板铺在钢骨架上面并与钢骨架点焊连接；根据现场实测的钢护筒平面位置，并充分考虑钢护筒的垂直度情况，底模长度要小于两个钢护筒净距5～10cm，且面板放出钢吊箱边界线；

（2）分别在两个钢护筒顺桥方向上开两个孔洞，每个钢护筒通过所述孔洞贯穿一根顺桥方向的横向工字钢，然后在两个钢护筒之间的外侧通过所述横向工字钢穿出孔洞的两边分别放置纵向的双拼工字钢构成，双拼工字钢紧靠在钢护筒上，横、纵向共四组工字钢组成钢套箱安装平台；

（3）钢套箱安装平台施工完成后在其上安装底模，首先在所述钢套箱安装平台的两组纵向双拼工字钢上间隔放置下承重横梁，调整好位置后，将钢套箱底模吊放在下承重梁上，用全站仪放出桩顶系梁中心线，进行调整；

（4）钢套箱底模施工完成后进行倒链和上承重梁的安装，利用钻孔平台上的贝雷梁放置上承重横梁，然后安装倒链，使下承重梁通过倒链与上承重梁形成吊挂系统，承担钢套箱自重及封底混凝土的重量；

（5）安装侧模，采用系梁模板作为钢套箱的侧模，钢套箱拆除后重复利用；横桥向侧模板分两块制作，纵桥向侧模板整块制作；横、竖肋采用槽钢，槽钢与侧模板焊接连接；侧模板与底模底板、侧模板与侧模板之间用螺栓连接，缝间设置2cm厚橡胶止水条以防漏水；侧模端部开孔作为吊点；侧模安装完成后，全面检查钢套箱拼装质量和封堵情况，确认无遗漏后，进行钢套箱下沉；

（6）钢套箱下沉，下承重横梁和上承重横梁及倒链组成吊挂系统，利用倒链调整各吊点高程，使钢套箱稳定下沉，每次升降高度控制在10cm以内，若下沉过程中箱内水面明显低于箱外水面，用水泵向箱内抽水；钢套箱下沉接近设计标高时，利用侧模顶面标高进行控制，使钢套箱下沉到设计要求的标高处；采用垂直拼接钢板，在侧模顶部与钢护筒接触位置焊接，使侧模与钢护筒连接定位；

步骤三：灌注封底混凝土

采用一次封底法灌注封底混凝土，待混凝土达到设计强度的90%以上后，进行箱内抽水，抽水时控制抽水速度，密切观察钢套箱状况，以确保安全；抽水后，钢套箱侧模板拼缝处有个别漏水时，在侧模板内侧用钢板把漏水处焊死，进行封堵处理；采用汽车吊配合漏斗浇筑封底混凝土，用两根导管交替分层快速灌注；导管下端距离钢套箱底板距离为20cm；待混凝土浇完以后再抽出导管；

步骤四：桩系梁混凝土浇筑

按常规方法在钢套箱围堰内进行桩系梁的钢筋、混凝土施工；待桩系梁混凝土强度达到设计强度的100%后，拆除钢套箱。

采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，其有益效果是：

利用已建钢平台贝雷梁作为吊挂系统，利用钢套箱作为桩基系梁的模板，利用钢护筒为桩系梁桩顶部位的模板，可根据系梁的大小，确定钢套箱尺寸，钢套箱整体材料用料小，可重复利用；封底混凝土用量少，封底混凝土不占用桩基以外的水域，无隐患，不用清除；钢套箱紧贴钢护筒下沉，便于准确定位及控制，稳定性好，施工方便。

附图说明

图1是钢套箱底模平面示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是钢套箱侧模立面示意图；

图4是图3侧视图；

图5是图3俯视图；

图6是钢套箱吊挂系统横桥向立面示意图；

图7是钢套箱吊挂系统顺桥向立面示意图；

图8是钢套箱底模平面示意图；

图9是钢套箱侧模安装平面示意图；

图10是钢套箱下沉至设计高程顺桥向立面示意图；

图11是封底混凝土导管布置示意图；

图中：底模面板1；底模骨架2；下承重横梁3；内侧横肋4；内侧竖肋5；外侧竖肋6；加强肋7；侧模面板8；上承重横梁9；贝雷梁10；钢护筒11；平台钢管柱12；横向工字钢13；纵向工字钢14；橡胶止水条15；土工布16；精轧螺纹钢吊杆17；桩系梁18。

具体实施方式

以下结合附图及实施例详述本发明。

本实施例涉及的跨江大桥为斜交桥，斜交角度为15度，桥梁长度为375.6m，左右两幅分离，单幅桥桥梁宽度为11.75m；桥梁桩基础每个桥墩共4根桩基，左右幅各两根，同幅两根桩中心间距为6.677m，桩顶系梁截面尺寸为宽度1.2m×高度1.5m，全桥桩系梁合计24道，其中水中钢套箱施工桩系梁18道。具体的水中系梁钢套箱的施工方法，按如下步骤进行：

（一）施工现场准备

首先拆除钻孔平台上部结构；用特制大型筒刷刷洗钢护筒，筒刷采用14mm钢板卷制，直径比钢护筒直径大30cm，高度100cm；用废旧钢丝绳设三排，利用吊机吊起筒刷对封底混凝土部位作重点刷除，以确保封底混凝土与钢护筒之间的粘结效果。

（二）制备钢套箱围堰结构组件

钢套箱围堰主要由底模、侧模、吊挂系统及定位系统四部分组成。

（1）底模

参见图1、图2，底模由底模面板1和底模骨架2组成，在加工场地里依据图纸事先加工好底模面板1和底模骨架2，将底模面板1铺在底模骨架2上面，然后将底模面板1与底模骨架2点焊几个点，防止吊装时底模面板1滑动。具体的，底模面板1为δ=5mm钢板，底模骨架2为I20a工字钢，间距为30cm，满铺在3组2I40a双肢工字钢上，3组2I40a双肢工字钢即为吊挂系统中的下承重横梁3。底模总净平面尺寸为5.29×1.3m，桩顶系梁墩身施工结束后拆除侧板周转使用。

（2）侧模

参见图3、图4、图5，侧模为单壁结构，钢套箱横桥向侧模板整块制作。具体的，侧模的内侧横肋4和内侧竖肋5均采用[12槽钢，间距50cm布置；侧模的外侧竖肋6为I28a工字钢，侧模的最外侧横向增加3道加强肋7，加强肋7为I25a工字钢，加强肋7的作用是加强钢套箱的整体稳定性，同时作为工人在模板外的施工平台并与内支撑对钢套箱共同形成稳定支撑体系。侧模面板8采用6mm的钢板，与[12槽钢焊接连接，在端部开孔作为吊点。

（3）吊挂系统

参见图6、图7、图9，吊挂系统由上承重横梁9、下承重横梁3、贝雷梁10构成，具体的，上承重横梁9采用2排2I50a工字钢，下承重横梁3采用3排2I40a工字钢，贝雷梁10是321型贝雷梁，上承重横梁9支承在两组贝雷梁11上，上承重横梁9与下承重横梁3之间连接6根精轧螺纹钢吊杆17。吊挂系统的作用是承担钢套箱自重、封底混凝土的重量及系梁混凝土的重量。

（4）定位系统

钢套箱定位系统是在钢套箱下沉到位后、封底混凝土终凝前，为防止水流压力、波浪力等动荷载对自由悬挂的钢套箱发生扰动，影响封底混凝土质量而设置的定位装置。具体是钢套箱顶部利用连接钢板同钢护筒11焊接牢固，利用钢护筒11的稳定性将下沉到位的钢套箱通过定位装置与钢护筒11连成整体达到钢套箱的定位。

（三）钢套箱现场拼装钢

（1）钢套箱安装平台施工

钢套箱现场拼装前要先进行安装平台的施工。参见图6、图7，首先分别在两个钢护筒11顺桥方向上开两个孔洞，在孔洞处穿一根3.5米长的横向工字钢13，横向工字钢13采用I32工字钢，孔洞大小比I32工字钢截面尺寸稍大；然后在横向工字钢13两边分别放置纵向工字钢14，纵向工字钢14是一束9.8米长的双拼工字钢，纵向工字钢14要紧靠在钢护筒11上。纵、横向共四组工字钢组成安装平台，在其上完成钢套箱的拼装。

（2）底模安装定位

钢套箱安装平台施工完成后首先在其上安装底模。如图8所示，底模在钢构件现场分三块加工制作，现场拼装。首先在安装平台上按照图纸位置放置下承重横梁3，调整好位置后，在下承重横梁3上铺设底模骨架2；由于钢护筒11间距不均匀且考虑到钢护筒11的垂直度情况，为了便于施工操作和拆除作业，将底模面板1分为三块拼装安放到底模骨架2上，底模安装结束。

底模安装过程中，用全站仪放出桩顶系梁中心线，根据现场实测的钢护筒11平面位置，在底模面板1上放出钢套箱边界线，底模面板1长度要小于两个钢护筒11净距5～10cm。

（3）侧模安装连接

参见图9，侧模在钢构件现场加工制作后运至拼装现场，按照底模上放出的桩系梁18平面位置进行安装。侧模安装完成后在下承重梁3上焊接限位槽钢。安装侧模的关键是确保侧模的密封性，拼缝间设置2cm厚的橡胶止水条15以防漏水。

钢套箱拼装完成后进行倒链和上承重梁9的安装，使下承重梁3通过倒链与上承重梁9形成整体受力体系。

（四）钢套箱下沉

参见图10，钢套箱下沉利用10吨倒链，用倒链来调整各吊点高程，在钢套箱内每隔10cm用红油漆画水平控制线，使钢套箱稳定下沉，每次升降高度严格控制在10cm以内，沉放时，要有专人指挥，协调一致，以确保钢套箱下沉的平稳安全，避免扭曲变形。若钢套箱下沉过程中箱内水面明显低于箱外水面，用两台2.2KW水泵在顺桥向方向的侧板中心对称向箱内注水。

钢套箱下沉接近设计标高时，利用侧板顶面标高进行控制调整，使钢套箱下沉到设计要求的标高处。

由于在钢套箱围堰侧板设有定位装置，因此，钢套箱下沉到位后，其平面位置偏差均在施工规范允许误差范围以内，确保钢套箱围堰在后续的水封施工中没有平面位移。然后用倒链对底板进行调整，使其受力均匀。

在钢套箱定位后，将钢套箱底模板活动块移至钢护筒11并尽可能与之密贴。侧板同钢护筒11之间的缝隙，先焊接连接钢板后缝隙处用土工布16进行填塞并人工夯实（如图8所示）。

（五）封底混凝土施工

封底混凝土采用一次封底法，待混凝土达到设计强度的90%以上后，进行箱内抽水，抽水时应限制抽水速度，密切观察钢套箱状况，以确保安全。抽水后，钢套箱侧板拼缝处可能会有个别漏水，要在侧板内侧用钢板把漏水处焊牢进行封堵处理。

钢套箱下沉至水封前，每天测量其平面位置，观察钢套箱是否稳定。

参见图11，采用汽车吊配合漏斗浇筑封底混凝土。具体的，采用两根导管19（导管19的作用半径按规范取R=4.0m，直径30cm），导管19下端距离钢套箱底板距离为20cm，两根导管19交替分层灌注。可用工字钢作为导管19的固定架，并用卡环卡紧导管19，待混凝土浇完以后再提出导管19。

封底混凝土灌注是钢套箱堰施工成败的一大关键。主要难点是水下混凝土灌注面积大，而且水位深，在钢套箱混凝土封底中，由于采用多根导管，且是在水下进行灌注，浇筑效果可能无法达到设计状态，而混凝土随时可能被水冲刷稀释而离散，质量难以保证。因此要求封底混凝土和易性好，坍落度大、流动性要好。这样浇注水下混凝土就能自行填充空隙，密实度高，不振捣就能达到密实状态。

钢套箱围堰封底混凝土厚度1.0m，封底混凝土达到90%以上强度后，即可抽出钢套箱内积水，转换支吊系统，割除护筒，凿除桩头及护筒侧部分封底混凝土，焊接钢带骨架，进行桩顶系梁施工。

（六）桩系梁混凝土浇筑

由于钢套箱围堰体系已形成，桩系梁18的钢筋、混凝土施工按常规方法在钢套箱围堰内施工。

（七）钢套箱拆除

钢套箱拼装完成后用钢丝绳分别连接3根下承重横梁3及3块底模，将钢丝绳另一端挂在上承重横梁9上。待桩系梁混凝土强度达到设计强度的100%后，拆除吊挂系统时，利用钢丝绳将下承重横梁3、底模吊出，侧模露出水面约50cm，利用吊车将两块侧模分别吊出。

以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (1)

1.一种水中系梁钢套箱的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：施工现场准备

首先拆除钻孔平台上部结构；用大型筒刷刷洗钢护筒外表面，对封底混凝土部位作重点刷除，以确保封底混凝土与钢护筒之间的粘结效果；

步骤二：钢套箱拼装及下沉

（1）在钢构件现场分块加工制作钢套箱底模，现场拼装；钢套箱底模包括面板和钢骨架，面板铺在钢骨架上面并与钢骨架点焊连接；根据现场实测的钢护筒平面位置，并充分考虑钢护筒的垂直度情况，底模长度要小于两个钢护筒净距5～10cm，且面板放出钢吊箱边界线；

（2）分别在两个钢护筒顺桥方向上开两个孔洞，每个钢护筒通过所述孔洞贯穿一根顺桥方向的横向工字钢，然后在两个钢护筒之间的外侧通过所述横向工字钢穿出孔洞的两边分别放置纵向的双拼工字钢构成，双拼工字钢紧靠在钢护筒上，横、纵向共四组工字钢组成钢套箱安装平台；

（3）钢套箱安装平台施工完成后在其上安装底模，首先在所述钢套箱安装平台的两组纵向双拼工字钢上间隔放置下承重横梁，调整好位置后，将钢套箱底模吊放在下承重梁上，用全站仪放出桩顶系梁中心线，进行调整；

（4）钢套箱底模施工完成后进行倒链和上承重梁的安装，利用钻孔平台上的贝雷梁放置上承重横梁，然后安装倒链，使下承重梁通过倒链与上承重梁形成吊挂系统，承担钢套箱自重及封底混凝土的重量；

（5）安装侧模，采用系梁模板作为钢套箱的侧模，钢套箱拆除后重复利用；横桥向侧模板分两块制作，纵桥向侧模板整块制作；横、竖肋采用槽钢，槽钢与侧模板焊接连接；侧模板与底模底板、侧模板与侧模板之间用螺栓连接，缝间设置2cm厚橡胶止水条以防漏水；侧模端部开孔作为吊点；侧模安装完成后，全面检查钢套箱拼装质量和封堵情况，确认无遗漏后，进行钢套箱下沉；

（6）钢套箱下沉，下承重横梁和上承重横梁及倒链组成吊挂系统，利用倒链调整各吊点高程，使钢套箱稳定下沉，每次升降高度控制在10cm以内，若下沉过程中箱内水面明显低于箱外水面，用水泵向箱内抽水；钢套箱下沉接近设计标高时，利用侧模顶面标高进行控制，使钢套箱下沉到设计要求的标高处；采用垂直拼接钢板，在侧模顶部与钢护筒接触位置焊接，使侧模与钢护筒连接定位；

步骤三：灌注封底混凝土

采用一次封底法灌注封底混凝土，待混凝土达到设计强度的90%以上后，进行箱内抽水，抽水时控制抽水速度，密切观察钢套箱状况，以确保安全；抽水后，钢套箱侧模板拼缝处有个别漏水时，在侧模板内侧用钢板把漏水处焊死，进行封堵处理；采用汽车吊配合漏斗浇筑封底混凝土，用两根导管交替分层快速灌注；导管下端距离钢套箱底板距离为20cm；待混凝土浇完以后再抽出导管；

步骤四：桩系梁混凝土浇筑

按常规方法在钢套箱围堰内进行桩系梁的钢筋、混凝土施工；待桩系梁混凝土强度达到设计强度的100%后，拆除钢套箱。

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