淺覆蓋層低樁承臺鋼套箱下放施工技術

摘要：基于淺覆蓋層裸巖自身強度高，封底混凝土將鋼套箱和巖層結合緊密后可起到止水和抗浮作用的特點，利用現有樁基成孔設備代替專業開槽設備進行鉆孔開槽施工，套箱就位后利用單根導管澆筑槽內水下封底混凝土，抽水后干處清理堰內裸巖河床。將全斷面清基大部分變為干處清基，將全斷面承臺水下清基改變為水中清基與干處清基相結合，減少了鉆機鉆孔的巖土對河道的污染和堵塞。相比套箱內全斷面澆筑技術，大幅減少了水下封底混凝土面積，有效降低了施工成本，能確保施工質量，加快了施工進度。

關鍵詞：鋼套箱;鉆孔成槽;封底混凝土;干處清基

0" "引言

當河床無覆蓋層或淺覆蓋層且為較堅硬裸巖時，鋼圍堰圍護結構由于剛度大、止水性能好，成為水中低樁承臺首選的圍護方法。為保證圍堰落床后的穩定性，傳統做法是將整個承臺范圍內的河床清理至承臺封底混凝土底面標高，下放鋼圍堰后澆筑水下封底混凝土，堰內排水后干處施工承臺的施工工藝[1]。該方法施工過程中，需要使用大型船機設備對其進行搬運，造成了一定程度的浪費。傳統方法施工中，進行全斷面大面積的河床清理，不僅施工周期長，還將產生大量的散碎巖石和渣土，容易導致河道堵塞、污染等問題的發生[2]。

本文根據工程實際，提出了“承臺周邊軸線范圍鉆機水下鉆孔成槽、下放鋼套箱后利用單根導管向內壁澆筑槽內水下封底混凝土技術”，實現了水中裸巖低樁承臺基礎的順利施工，有效降低了施工成本，具有適用性和可操作性強的特點[3]。

1" "工程概況

某項目岐峰大橋主橋采用75m+120m+75m預應力混凝土連續梁橋，雙幅設計。5#主墩共有2個獨立的承臺，單個承臺設計尺寸為870cm×1370cm×400cm，位于主航道中， 水深 3～4m，流速2.31m/s，單個承臺C30混凝土477m3。左、右幅承臺間凈距3.55m，承臺底標高68.15m，承臺頂標高72.15m，墩位處河床原始標高約在70.5m，承臺下臥層地質鉆探設計巖層為強風化粉質泥巖。岐峰大橋主橋水中承臺施工前，項目部已搭設了鋼管樁施工平臺進行樁基礎施工，鋼管樁大部分落在裸巖上，穩定性差，若采用爆破或長臂挖機進行水下裸巖清基方案難以實施[4]。

2" "工藝原理

利用裸巖自身強度高，封底混凝土將鋼套箱和巖層結合緊密后可起到止水和抗浮作用，直接采用樁基成孔設備，對承臺周邊范圍進行鉆孔開槽施工，套箱就位后在內壁利用固定導管與移動導管，完成槽內封底混凝土的澆筑。

排水后干處清基施工承臺，將全斷面承臺水下清基改變為水中清基與干處清基相結合方法。相比套箱內全斷面澆筑水下封底混凝土，封底混凝土面積大幅減少，降低了施工成本[5]。該工藝適用于河床無覆蓋層或覆蓋層較薄，河床為較堅硬巖石的水中低樁承臺，尤其適合于有流速的河段。

3" "鋼套箱下放施工技術流程

3.1" 鋼套箱拼裝平臺搭設

為方便施工，保證作業人員人身安全，需搭設臨時走道便于人員上下。采用雙拼貝雷片（共240m單榀貝雷片）在頂層的鋼管撐上搭設平臺，鋼護筒由龍門起重機插打完成后，即開始進行護筒平聯安裝。下平聯采用Φ630mm 鋼管，同時作為鉆孔期間泥漿循環通道，焊接在護筒口以下4.0m位置處。下平聯要在鋼護筒插打一結束就開始進行，以防止護筒受潮水漲落發生傾斜變位。上平聯采用[32a槽鋼，焊接在護筒以下50cm位置處。

為保證整個鉆孔平臺結構自重能夠由鋼護筒均勻承受，必須保證所有上平聯處于同一標高。可預先在護筒上測放出型鋼安裝位置。上、下平聯安裝完畢后，進行中間斜撐安裝。斜撐下料應根據上下平聯的具體位置進行。斜撐作為平聯受力的傳導結構，應嚴格控制其與上下平聯的焊縫質量。操作平臺搭設如圖1所示。

鋼套箱設計需充分考慮河床地形、施工期水位、流速、整體受力及施工方便等因素。套箱頂面高程高出施工期間可能出現0.5～0.7m高水位，套箱底面高程根據河床巖層特性計算確定。鋼套箱安裝之前，對施工鋼平臺與圍堰基底進行清理，按照槽口中線調整鉆機行走軌道，并按槽口尺寸更換對應大小的鉆頭。鉆機數量可根據套箱尺寸及平臺有效工作面積進行布設，一般單個承臺安排2臺鉆機。

鋼套箱采用分件制作，它的幾何尺寸、形狀及其構件的安裝是否準確，對組裝影響很大。制作加工誤差可參照鋼結構加工制作的相關規范要求從嚴掌握，確保焊縫質量良好，以利提高組裝質量。現場拼接好的鋼套箱結構如圖2所示。

3.2" "測量定位

樁基驗收合格后，根據設計圖紙對承臺鋼套箱位置在鋼平臺上進行測量定位。布置好鉆機行走軌道，將鉆頭中心與槽口中心軸線重合，并沿開槽范圍進行河床標高測量，按低于承臺底標高100cm作為鉆孔底標高進行控制。用全站儀在作業平臺上將該橋墩的縱橫軸線放出，并標示于作業平臺上。在鋼套箱的外壁板上標示出鋼套箱中心線，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。

3.3" "鉆孔成槽

測量定位后，根據套箱位置確定鉆機位置，就位后開始進行鉆孔成槽施工。鉆孔時2臺鉆機從上游側中間位置開始，沿承臺兩側至下游側合攏，后鉆孔重疊前鉆孔1/3平面循序推進， 鉆孔一段掃孔一段或先鉆孔最后再掃孔成槽均可。鉆孔成槽時，以套箱內空平面尺寸線作為鉆頭中心線。以便橋平臺頂面為基準面，采用在鋼絲繩上作油漆長度標記和測錘對基槽底進行高程控制。成槽后，利用空壓機進行槽內清理，清渣后進行槽口尺寸及槽底標高的測量檢驗，確保槽口滿足套箱下放要求。鉆機成槽工藝如圖3所示。

3.4" "鋼套箱拼裝、就位

在樁基鋼護筒上焊接臨時牛腿支架，搭設套箱拼裝平臺，安裝導向裝置，保證鋼套箱下放的平面位置和垂直度。按設計圖用起重機逐塊吊起單塊套箱面板，在臨時平臺上組拼成鋼套箱。在施工鋼平臺上搭設套箱承重貝雷主梁，將千斤頂和精軋螺紋鋼筋配合使用，使鋼套箱的質量轉移至承重主梁。拆除鋼套箱下臨時拼裝平臺支撐，各吊點同時均勻分階段逐步下放，每下放一次鋼套箱下沉一格，即千斤頂的行程約15cm。下放全過程進行實時監控。

吊放作業期間，如果水較深或流速較大，套箱無法沿導向順利下沉，則需在上游側增設斜拉攬索輔助下沉裝置，保證各吊點均勻受力，確保下放準確，成功落槽。套箱落槽后，各吊點需持續受力。對其進行平面位置、尺寸及垂直度偏差的測量檢驗，經檢驗合格后用水平支撐與鋼護筒固定，并將吊點卸載。鋼套箱下放如圖4所示。

3.5" "澆筑槽內水下封底混凝土

鋼套箱落槽固定后，采用利用空壓機導管吹沙法進行槽內二次清渣。對于槽底局部較低的部分采用外側拋填，然后將全部外側槽口填平至河床原地面，封堵鋼套箱底板孔與鋼護筒間的過大縫隙，防止封底混凝土淌漏。沿套箱壁內側下放導管入槽，利用單根導管連續澆灌整個槽內的C25水下封底混凝土。澆筑順序和成槽順序一樣，從上游側開始沿套箱兩側至下游合攏。成型后套箱內封底混凝土如圖5所示。

混凝土澆筑時，在料斗中儲滿混凝土，打開料斗封球。此時導管內的水和空氣在混凝土的重壓下由導管底口排出，混凝土通過導管壓向基底，在導管周圍堆成一個平坦的混凝土圓錐體，將導管底口埋住使水不能從底口進入導管。再灌注的混凝土通過導管不斷的灌入錐體內。隨著導管的提升，混凝土在水下攤開和提升，直至達到設計標高。

3.6" "套箱內抽水、干處清基

在鋼套箱內抽水前，所有連通管一直打開，以保持鋼套箱內外水位一致。封底混凝土達到強度后，封底板連通管，緩慢抽水將套箱內水位逐漸降低至露出樁基頂鋼筋，將每根樁基2根主筋與套箱頂連接，以替代套箱加壓重物抵抗浮力，增加套箱整體穩定性。

將套箱內水抽干露出河床，采用機械鑿除河床至承臺底標高位置。設置排水溝和集水井，割除多余鋼護筒，破樁頭，然后于干處施工承臺。抽水時注意觀察壁體變形情況，選擇常（低）水位時抽水，避開高水位時抽水。封底混凝土施工完成后，等混凝土強度達到 90%以上時，選擇低潮水位開始拆除各護筒上的拉桿進行干處清基。抽水后干處清基施工現場如圖6所示。

4" "質量控制要點及措施

施工作業鋼平臺設計時，應滿足鋼套箱的施工要求。平臺搭設前，應對整個承臺范圍內河床的地形、標高進行測量。測量定位時，根據套箱尺寸標記出鉆孔位置，并對鉆孔區域河床標高進行測量。在作業平臺頂面標記測量點及相對標高，方便隨時對鉆孔深度進行控制。

根據下放的套箱壁厚度進行鉆頭尺寸的選擇，以套箱內空平面尺寸線作為鉆頭中心線，確保套箱內側槽內能下放導管進行混凝土澆筑。鉆孔時從上游開始沿兩側至下游合攏。利用施工鋼平臺頂面布設的測量點為基準面，采用鋼絲繩上作油漆標記和測錘對基槽底進行高程控制，確保槽底平順。鉆孔成槽完成后，對槽內進行清理。要求清渣徹底，確保無散碎巖石和渣土。

套箱下放前，對施工機械設備及各吊點進行安全性能檢查，確保下放過程安全、可靠。

對參與套箱下放的所有施工人員做好安全、技術交底。下放過程由專人統一指揮，并安排測量人員進行全程監控，確保各吊點下放行程一致，受力均勻。封底混凝土澆筑前，需對槽內進行二次清渣，將套箱入槽時帶入的散碎巖石和渣土清理干凈，并對套箱內側槽口標高進行復測。

對于槽底局部較低的部分，采用拋填混合子進行整平、堵縫處理，防止封底混凝土流出形成空洞，確保封底成功。槽內封底混凝土達到設計強度后，對套箱的整體性進行檢查，確定套箱穩定、安全后，進行套箱內抽水。考慮套箱需抵抗浮力，在套箱頂壁與樁基主筋之間，采用同型號鋼筋斜拉焊接。每根樁基焊接2根，要求焊縫飽滿，起到壓重、抗浮的作用。

5" "結論

岐峰大橋采用此工藝進行水中裸巖低樁單個承臺施工中，水下成槽清基面積為38.72m2，為全斷面水下清基面積140.16m2的27.63%，槽內水下封底混凝土19.36m3，是全斷面封底混凝土121.4m3的15.95%，節約封底混凝土102.04m3。采用該開槽法施工，僅需在套箱內壁澆筑槽內水下封底混凝土，并將全斷面承臺水下清基改變為水中清基與干處清基相結合。該工藝施工周期縮短，能有效降低機械生產所帶來的噪聲污染，降低了機械設備的總體能耗。鉆孔成槽相比全斷面清理，工程量減少，降低了散碎巖石和渣土的產生，有效減少對河道的污染和堵塞，起到了環境保護作用，經濟效益十分突出。

參考文獻

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[5] 賈衛中，宋小三，李艷哲.嘉陵江特大橋12號墩單壁鋼套箱圍堰的設計與施工[J].鐵道標準設計，2003（S1）：153-155.