XXXX大桥1#~3#墩承台钢套箱
施
工
方
案
2008.10
水中墩（1#~3#）承台钢套箱施工方案
一、工程概况
XXXX大桥左幅新建1#、2#及3#墩位于主河槽中，基本上是在原墩位处新建。设计基础为钻孔灌注桩加大尺寸承台形式。承台高3m，顶面高程+8.513m，底面高程+5.513m。平面尺寸横桥向分别为18.64m，20.67m，21.11m，顺桥向尺寸分别为11.7m，13.6m，14.5m，为减小水流影响，承台设计为圆端型。本桥承台尺寸较大，为大体积混凝土实体结构。老桥桥墩位于基础承台轮廓线内，其上部结构已拆除，目前残留桥墩顶面标高为+13.1m。墩位处水较深，河床面标高在0~2m之间。经实际测量，XXX江常水位标高为+11.1~+11.5m，较为稳定。河床表面为中粗砂层，层厚3m左右，其下为含卵石砾砂，再往下即进入泥质砂岩层。
根据设计及现场实际情况，经方案比选，确定1#、2#及3#墩承台施工包括旧桥墩及基础拆除均采用钢套箱围堰方案实施。
1#~3#墩承台主要工程数量见下表：
1#~3#墩承台主要工程数量表
二、施工方案
本桥水中墩（1#~3#墩）承台施工有如下几个特点：一是承台尺寸较大，前面已经提到，3#墩承台最大，其横向达到21.1m，顺桥向14.5m。承台基本成矩形状，受力形式不太好。二是受右幅老桥基础承台影响较大，新建承台与右幅老桥承台间距只有50cm左右，这就说明钢套箱外围尺寸要受到此限制。三是承台标高较低，围堰挡水结构较高，这也就意味着承受的水压力较大，承台套箱要有足够的刚度和强度来承受水压力，同时要求承台壁板止水效果要好。四是受老桥基础的影响，内支撑系统不能一步到位，而需分步实施。五是工程造价较低，尽可能优化施工设计，以达到套箱重复使用，结构在满足使用要求的条件下尽量轻巧，以减少施工投入。根据本桥承台以上施工特点，我们构思了一种内加劲梁式套箱结构，充分利用封底混凝土来承担一部分荷载，使得整个套箱受力明确，结构简单易于制作，同时可重复使用。
套箱壁板主要起围水作用，以便在封底混凝土施工完毕并抽水后，形成一个干燥无水的承台施工环境。其结构与一般钢模板结构相同，因考虑将水压力传递至内加劲梁，所以比一般模板刚度要大一些。为便于安装及拆除，套箱壁板采取分块制作，并用高强螺栓连接成整体，为防止漏水，套箱壁板分块连接缝内嵌塞专用橡胶止水带。套箱内加劲梁采用2I25a工字钢，竖向放置，间距2.5m左右（根据计算确定）。整个套箱受力均考虑由内加劲梁承担并传递到内支撑和封底混凝土上，套箱壁板的整体承载能力未考虑，可作为安全储备。考虑
到前述第二条原因，内加劲梁置于壁板内侧，采用短2[14a槽钢将内加劲梁与壁板焊接成一个整体，为便于拆除壁板，在封底混凝土范围内，内加劲梁与壁板不连接。内加劲梁底端置于封底混凝土内，并与封底混凝土固结，计算时按固结点考虑。上部与内围檩和内支撑连接，形成一个稳定的受力结构。
钢套箱采取在桥位分块拼装成整体后一次下沉到位。利用原桩基施工平台钢管桩及钢护筒沿套箱轮廓线搭设一个拼装平台，这个平台在下沉前将承担整个套箱的重量。在套箱顶面以上安装一个吊放平台，套箱在下沉时，其重量将通过吊杆或手拉葫芦传递至这个平台。平台标高将根据拼装平台标高及套箱高度确定。在钢护筒内焊接一个十字牛腿，作为上部吊放平台钢管柱的基座。沿套箱周边共布置16个吊点，用10~15t手拉葫芦下沉套箱。另外在16个吊点中，选择8个吊点安装JL32精轧螺纹钢筋吊杆，作为套箱下沉的辅助设备和安全储备。
套箱拼装利用浮吊和汽车吊来实施。拼装时设临时支撑以保证套箱的稳定。套箱下沉到位后，利用套箱的吊放平台安装灌注导管，进行封底混凝土的浇注。
因受老桥基础的影响，内支撑系统分2个步骤完成。在进行封底混凝土施工的同时，进行套箱临时内支撑的安装连接工作。该支撑设在+11.5m标高，即在刚露出水面的位置。在封底混凝土达到设计强度以及+11.5m标高处内支撑完成后，即可将水抽至+8.5m。在此状态下，将老桥墩身及基础拆除至+8.5m标高，在+9.0m标高安装正式内
支撑，继续抽水至封底混凝土顶面。将承台底面以上部分的老桥基础拆除，同时拆除+11.5m处临时钢支撑，并将护筒割除至桩顶标高。
承台施工时，直接利用套箱壁板作为其外侧模板。承台分一次浇注完成。因其属大体积混凝土，其内部设置2层冷却管。承台水平分层进行浇筑，分层厚度控制在30~50cm。在混凝土浇筑至冷却水管标高时，即通水冷却，并连续通水持续不小于7d，直至温度基本降至外界气温。
因承台顶面标高为+8.513m，尚在常水位以下2.6m。因此，在承台施工完毕后，承台套箱尚不能进行拆除，待桥墩出水后，方可拆除套箱。在桥墩施工时，将+9m处支撑拆除，可不另加支撑，因为此时内加劲梁作为悬臂梁支承套箱壁板，其受力完全能够满足要求。
综上所述，承台的施工顺序为：
套箱制作→人造河床并整平→套箱拼装→套箱下沉→套箱水下混凝土封底→安装内支撑→抽水→凿除旧桥墩身及基础，割除护筒→承台钢筋绑扎→承台混凝土浇筑→待桥墩出水后拆除套箱。
其工艺流程可详见下图。
3、施工准备
3.1 技术准备
3.1.1 熟悉和分析设计资料和施工现场的水文资料，编制承台施工技术方案和钢套箱施工设计图，并向施工班组进行书面的一级技术交底和水上作业安全技术交底。
3.1.2 施工放样：测定承台四角边线，测定平台标高。
支撑，继续抽水至封底混凝土顶面。将承台底面以上部分的老桥基础拆除，同时拆除+11.5m处临时钢支撑，并将护筒割除至桩顶标高。
承台施工时，直接利用套箱壁板作为其外侧模板。承台分一次浇注完成。因其属大体积混凝土，其内部设置2层冷却管。承台水平分层进行浇筑，分层厚度控制在30~50cm。在混凝土浇筑至冷却水管标高时，即通水冷却，并连续通水持续不小于7d，直至温度基本降至外界气温。
因承台顶面标高为+8.513m，尚在常水位以下2.6m。因此，在承台施工完毕后，承台套箱尚不能进行拆除，待桥墩出水后，方可拆除套箱。在桥墩施工时，将+9m处支撑拆除，可不另加支撑，因为此时内加劲梁作为悬臂梁支承套箱壁板，其受力完全能够满足要求。
综上所述，承台的施工顺序为：
套箱制作→人造河床并整平→套箱拼装→套箱下沉→套箱水下混凝土封底→安装内支撑→抽水→凿除旧桥墩身及基础，割除护筒→承台钢筋绑扎→承台混凝土浇筑→待桥墩出水后拆除套箱。
其工艺流程可详见下图。 3、施工准备 3.1 技术准备
3.1.1 熟悉和分析设计资料和施工现场的水文资料，编制承台施工技术方案和钢套箱施工设计图，并向施工班组进行书面的一级技术交底和水上作业安全技术交底。
3.1.2 施工放样：测定承台四角边线，测定平台标高。
留钢管桩人工筑河床至设计标高设承台套箱吊装平台搭设套箱壁板拼装平台及内加劲梁
安装套箱吊装系统下放套箱部施工平台
浇筑封底混凝土
钢构件加工输套箱加工制作
钢构件加工
钢构件加工
身至+8.5m标高
除至设计标高，割除多余护筒，桩检
管，及各种预埋件
测温记录
水降温
墩身施工
输
养生
拆除套箱
西枝江大桥1#~3#墩套箱法施工承台工艺流程
3.1.3 施工前对人员进行全面的技术、操作、安全二级交底，确保在水上作业施工过程中的工程质量和人身安全。
3.2 机具准备 详见下表。
机具设备配备表
3.3 材料准备
3.3.1 原材料：按施工计划，准备充足的水泥、石子、砂、钢筋等原材料，并按规定进行检验，确保原材料质量符合相应标准。
3.3.2 混凝土配合比及试验：按混凝土设计强度要求，分别做水
下泵送混凝土和普通混凝土或大体积混凝土的配合比，以满足承台施工的要求。
3.4 作业条件
3.4.1 应搭好水上工作平台，临时电力线及安全设施就绪，做好平台四周围护。
3.4.2 由现场技术人员和工长对套箱施工的人员进行培训、技术安全交底，做到熟悉和掌握套箱拼装，下沉，封底混凝土浇筑等技术。有应对深水套箱施工安全紧急救援措施。操作人员保持稳定。特种作业人员必须持证上岗。
3.4.3 水下施工材料必须刷两层防锈漆，防止锈蚀套箱。 3.4.4 套箱已加工完成并经试拼合格。已根据测量结果定出套箱拼装位置。
3.4.5 混凝土配合比已获批准使用，各种施工设备、原材料检验、临时设施等所有工作都准备就绪。
4、施工方法及工艺 4.1 钢套箱结构设计 钢套箱结构见附图。
钢套箱主要由壁板、内加劲梁、内支撑等组成。套箱高度根据承台标高及施工水位而定。1#~3#墩套箱确定其顶部标高为+12.1m，底部标高为+3.5m，套箱总高度为8.6m。
4.1.1 边板
壁板为套箱的隔水结构。其面板采用6mm厚Q235钢板，在面
板上竖向每隔400~500mm焊接[10肋，水平设2[14a肋，其间距根据计算确定，下部水压力较大，间距为60cm，向上逐步过渡到100cm。面板与竖肋焊接采用断续焊，每处焊缝长5cm，间距15cm，其余部分均采用满焊，焊缝高度不小于构件的最小厚度。
根据起重设备能力、运输吊装条件、制作加工难易程度以及重复利用、方便施工等因素，套箱壁板分块制作，一般尺寸为2mx4m，拐角处设置异型块。套箱壁板各块之间均采用φ20高强螺栓连接，为增加连接处的刚度及密封性，采用双排螺栓孔，呈交错布置，螺栓间距要求不大于10cm。法兰板采用14厚钢板，并设三角筋板加强。连接缝内嵌塞10mm厚橡胶止水带，以确保壁板不发生漏水现象。
高强螺栓采用8.8s级，其施工预拉力为120kN。高强螺栓安装时应能字由地穿入孔内，不得强行敲打。高强螺栓穿入应在结构中心位置调整后进行，穿入方向以施工方便为准。对每一个连接接头，应先用普通螺栓或冲钉临时定位，严禁把高强度螺栓作为临时螺栓使用。紧固螺栓时，应从接头刚度大的地方向不受约束的自由端顺序进行。
4.1.2 内加劲梁
每条内加劲梁采用2条I25a组拼，长度与套箱高度相同，并用2[14a与套箱壁板焊接（焊接点位置最好位于水平围檩及竖肋交叉点位置，防止局部应力过大，出现较大变形）。在封底混凝土以下范围不设连接槽钢。在封底混凝土以上至承台顶面之间，连接槽钢与壁板焊接时，采用点焊，因此处焊缝仅起固定作用，也方便后期割除；在承台顶面以上高度范围内采取满焊。
考虑到施工方便，且对起重设备要求较小，加劲梁安装可采取以下方法：即先在桥位逐块安装套箱壁板，调整好位置，并用临时支撑加以固定。然后按照设计位置逐条安装内加劲梁，并用连接槽钢将其与套箱壁板焊接固定，与此同时，将+11.5m及+9m标高处的内围檩也一并安装，以便将所有加劲梁连接起来。
按设计意图，内加劲梁底部埋入封底混凝土内，在受力计算中，其底端按固结端进行计算，其埋入混凝土的部分要承受一定的固端弯矩。因此，在内加劲梁埋入封底混凝土内的部分，焊接锚固II级φ25钢筋，竖向间距15cm，共设置2排，锚固长度不小于35d。钢筋弯制成型，并与加劲梁焊接，焊缝5d。
经计算，在下述工况1时，加劲梁固端弯矩较大，但衰减较快，每道加劲梁处增加2I25a工字钢加强，其长度1m，其中50cm埋入封底混凝土。
4.1.3 内支撑
根据受力计算，按以下两种工况，分别采用不同形式的内支撑。
（1）工况1
此工况的主要工作内容是将水抽至+8.5m，将旧桥桥墩拆除至+8.5m。然后安装+9m标高处内支撑。
此工况是将水抽至+8.5m处。内支撑设在+11.5m，高出施工水位约30cm。该处内支撑只是过渡形式，故称为临时内支撑。实际上这道支撑可在套箱下沉就位以后就进行安装。因受旧桥桥墩的影响（顶面高程+13.1），无法搭设完整的纵横向支撑，因此采取利用现有的护
筒作为支撑的受力点。支撑采用2[14a，其一端支撑在位于标高+11.5m处的内围檩上，一端焊接于护筒上。为防止护筒受力钢板变形，在护筒相应位置内部焊设米字形支撑梁。
内围檩采用2[14a。因护筒边距套箱壁板的距离较小，内围檩焊接在加劲梁翼板上可能会与护筒相抵触，因此内围檩适当下沉，可焊在内加劲梁的腹板上，其顶面可与内加劲梁齐平。+9m处2I32a工字钢内围檩也采用同种形式。
+11.5m处内支撑安装完毕后，即可将套箱内水抽至+8.5m标高，然后将老桥桥墩拆除至+8.5m标高。在+9.0m标高按设计图安装
（2）工况2
此工况将把水抽至封底混凝土顶面标高。内支撑设在+9.0m处。内支撑采用平面刚架式，主受力构件采用I25a。此道内支撑在工况1时安装完成。将水位抽至封底混凝土顶面（即承台底面），将旧桥墩基础也凿除至新建承台底面。随之将+8.5m处临时设置的内支撑割除，并将钢护筒也割除至桩顶标高。在桩检合格后，转入承台钢筋绑扎工序。
内支撑是套箱的主要受力结构之一，要求严格控制施工质量，尤其是现场焊接质量。所有焊缝都必须满焊，焊缝高度不小于设计文件的要求。
4.2 人造河床
本桥1#~3#桥墩承台底面设计标高为+5.513m，封底混凝土厚度按2m考虑，则封底混凝土底面标高为+3.5m。而2#墩现状河床面标
高为+0.5m，3#墩为+1.9m，需将现状河床人工填筑至封底混凝土底面标高（即+3.5m）。人工河床的范围应比套箱的外轮廓线每边宽出
1.5~2m。
人造河床采用沙船抛填，首先应按抛填范围划好方格，计算每个方格需抛填的数量，然后由沙船逐点抛填，并由技术人员采用测锤及时测量抛填的高度，防止堆高。对于低凹处，指挥沙船补充填料。待整个抛填范围基本到达预定标高后，派潜水员下水对抛填边坡用沙袋进行码砌，防止水流冲刷造成溜坡。同时对河床顶面进行进一步的探查，如有不平，尤其是套箱边板位置，应进一步整平。
4.3 套箱拼装及下沉
其施工步骤如下：
4.3.1 套箱制作
受现场加工条件的限制，套箱边板按设计分块形式在钢结构加工厂定制加工。
4.3.2 搭设套箱拼装及吊放平台
在既有钢护筒和套箱外围原桩基作业平台钢管桩上焊接牛腿，同时在钢护筒和钢管桩之间焊接钢梁（可采用I25a），并在其上密铺钢梁或木板作为套箱的拼装平台。受水位的影响，拼装平台面标高定在+11.5~+12m之间。通过测量放样，在拼装平台上画出套箱的安装位置，以方便套箱安装时准确就位。
因套箱高度为8.6m，由此确定套箱的吊放平台底部标高不小于+21.5m。套箱吊放平台主要有二部分组成，即平台立柱及平台纵横钢
梁。平台立柱可支承在既有护筒上，其方法是在护筒顶部焊接米字形内支撑梁（采用I25a），在其上焊接钢管柱，柱角加焊三角形钢板加劲。施工时应严格保证钢管立柱的垂直度，其垂直度偏差不得超过0.5%。钢管立柱上顺桥向布置I56a主梁，横桥向布置4排2I25a工字钢梁，钢梁之间或钢梁与钢立柱之间均应可靠焊接，以形成一个稳定的钢架。为加强钢立柱的整体稳定性，钢立柱之间设[14a剪刀撑。在平台面上可根据需要铺设脚手板，以方便施工人员操作。
4.3.3 套箱拼装
套箱总高为8.6m，每块套箱边板运至现场后，由25t浮吊和汽车吊起吊安装。每块板按照预先在拼装平台上的安装位置线准确就位后，可将其与钢护筒临时焊接固定。随之继续安装下一块，直至最后合龙成一个整体。各块之间的橡胶止水带均应正确安装，每个连接螺栓必须按规定的扭矩上紧，不得有遗漏或松开。
4.3.4 套箱下沉
套箱采取一次拼装完成，整体下沉方式进行。在套箱组拼完成并检查合格后，安装吊杆和手拉葫芦，吊杆采用精轧螺纹钢JL32。沿套箱周边共设置16个吊点， 16个吊点全部安装10~15t手拉葫芦，在其中的8个吊点安装精轧螺纹钢筋吊杆，以策安全及转换时用。所有吊点安装完毕后，使用手拉葫芦将套箱提高，套箱底端距拼装平台15cm左右时，拆除套箱拼装平台，然后利用手拉葫芦逐步下放套箱。套箱下沉时，要严格控制各吊点的不平度，其不平度应控制在5cm以内，防止套箱局部受力变形过大。
下沉时，在到达手拉葫芦链长限度后，可将精轧螺纹钢螺母锁紧，将套箱重量转移至精轧螺纹钢吊杆上，加长手拉葫芦下起重钢丝绳，然后，使用手拉葫芦继续下沉套箱。如此直至下沉到设计标高
为防止套箱在下沉过程中受到水流冲击造成偏位，可在钢护筒商焊接限位装置作为导向下沉，同时，采用多个手拉葫芦在多点进行辅助纠偏。
套箱在下沉就位后，不得拆除吊杆，应保留至浇注完封底混凝土，套箱稳定后拆除。
4.3.5 水下封底混凝土
封底前应再次检查人工河床情况，如有较严重的冲刷应予以加固。派潜水员将人工河床顶面与套箱边板的缝隙予以堵塞，防止混凝土流失。
利用套箱吊放平台作为封底混凝土的施工作业平台。封底混凝土采用导管灌注，根据封底面积和每根导管的作用半径确定平面上布设导管灌注点的位置。根据实际情况分析，单根导管的灌注半径按3m考虑，为保证套箱边板处封底混凝土的质量，导管距边板的距离初步确定为1.5m~2m。按照上述布置原则，本套箱封底共布置10个灌注点。受混凝土供应能力的限制，灌注封底混凝土时从横桥向一侧向另一次逐步进行。
灌注时严格控制浇注高程，随时用测锤测出混凝土面的高低，最后用水准仪复测。
为保证灌注质量，混凝土的施工坍落度采用18~20cm，灌注开始