利用浮平台夹持下沉法施工钢套箱围堰

邹利军

(铁道战备舟桥处，山东齐河 251100)

1 钢套箱围堰下沉工艺概述

钢套箱围堰作为承台施工的一种临时阻水设施，主要用于深水、河床覆盖层较薄、地基基本承载力较高等地质水文条件下的承台“先堰后桩”干作法施工。它具有施工深水基础不受水位限制，对不良水位地质条件适应能力强，施工过程中结构安全，施工周期短等特点，随着施工技术的逐渐完善，在国内外的大型深水基础施工中得到了广泛应用。目前，底节钢套箱围堰的下沉工艺按照下沉位置的不同，主要分为固定下沉和浮运下沉2种。固定下沉工艺分为墩位处固定平台下沉法和墩位处浮龙门下沉法;浮运下沉工艺分为套箱自浮浮运下沉法和浮平台夹持下沉法。下面主要对浮平台夹持下沉法进行详细介绍，并通过工程实例来进行安全性、经济性分析。

2 浮平台夹持下沉法

2.1 概述

浮平台夹持下沉法是浮运下沉工艺中的一种施工方法，它的施工原理是:充分利用套箱围堰自浮力，尽量减少器材设备投入量，增加器材周转使用次数，降低成本;采用拼组和下沉同步平行作业，提高工效。浮平台夹持下沉法的关键工序有:利用固定平台和提升系统进行钢套箱围堰拼组、下水;通过浮平台夹持钢套箱围堰进行浮运;运用锚碇设备进行套箱围堰精确定位，通过注水和卡位装置进行套箱围堰稳定性和垂直度的动态调整;水上吊装设备在浮平台上进行钢套箱围堰拼装接高和注水下沉。

2.2 适用范围

浮平台夹持下沉法具有器材设备投入量小，周转利用率高，机动性能好，拼组、下沉可平行作业等优点，因此非常适合河流水位受季节性和潮汐影响变化频繁，水位涨落差大，水流流速小等地质水文条件;以及施工场地狭小，施工受限，钢套箱围堰数量多、工期紧迫、型钢材料匮乏等情况下的钢套箱围堰拼组、下沉施工。

2.3 施工流程

浮平台夹持下沉法的主要施工流程:首先在固定拼组平台上进行底节钢套箱围堰拼组;然后利用提升系统进行底节套箱注水下沉;然后浮平台夹持钢套箱围堰浮运至墩位处，并利用锚碇设备进行精确定位;最后利用水上起吊设备在浮平台上进行其他节段的拼组接高和注水下沉。施工流程见图1。

图1 施工流程

2.4 关键工序施工

2.4.1 底节钢套箱围堰下水

目前，底节钢套箱围堰下水主要通过固定平台上的提升系统来实现。提升系统主要由桩顶承力主梁、千斤顶和螺纹钢筋组成，一般结构组成见图2、图3。

图2 提升系统结构

图3 提升系统施工

提升系统下放钢套箱围堰的工作原理为:通过螺纹钢筋螺帽松开、拧紧和千斤顶的顶升、回落，进行竖向力系的转换，从而实现套箱放落、下水。

提升系统的主要操作步骤:松开螺纹钢筋下部螺帽→千斤顶回落→拧紧螺纹钢筋下部螺帽→松开螺纹钢筋上部螺帽→千斤顶顶升→拧紧螺纹钢筋上部螺帽。

底节钢套箱围堰下放至水中后，首先进行垂直度和焊接质量全面检查，然后进行隔舱注水，拆除吊挂系统和固定平台，实现底节钢套箱围堰下水、自浮。

2.4.2 钢套箱围堰拼组接高

钢套箱围堰拼组接高的主要施工方法是:钢套箱围堰注水下沉到一定干弦高度，利用卡位装置进行套箱与浮平台间的固接。在浮平台上搭设简易焊接作业平台，以底节钢套箱围堰顶部为测量基准面，进行上层钢套箱围堰结构尺寸的测量控制，利用水上起吊设备进行套箱的拼装接高。浮平台夹持下沉法施工过程中，为确保钢套箱围堰整体稳定和垂直度，要特别注意拼组顺序的选择和隔舱注、排水的动态调节功能。钢套箱围堰拼组接高分区见图4。

钢套箱围堰拼组接高顺序为:按照隔舱进行拼组区域的划分，然后进行对称拼组接高。比如首先进行Ⅰ区分块套箱拼组接高，同时在对称的Ⅴ区隔舱内进行注水平衡;进行Ⅴ区拼组接高时，应边接高边排水，确保钢套箱围堰整体稳定性。

2.5 经济性、安全性分析

2.5.1 安全性分析

图4 钢套箱围堰拼组接高分区

浮平台夹持下沉法的安全性主要表现在:(1)浮运过程中，通过卡位装置来固定钢套箱围堰，确保了运输安全。(2)下沉过程中，通过对称拼组、隔舱注水和排水的动态调节功能以及卡位装置的固定作用，确保了钢套箱围堰下沉安全。

2.5.2 经济性分析

浮平台既是钢套箱围堰运输工具，同时也是钢套箱围堰下沉定位和接高作业平台，器材设备投入量小，周转使用率高，大大降低了材料成本;同时，钢套箱围堰底节拼组和下沉接高可平行作业，提高了工效，节约了时间成本。因此，浮平台夹持下沉法具有良好的经济效益。

3 杭长铁路牌头浦阳江特大桥主墩双壁钢套箱围堰下沉实例

3.1 地质水文概况

杭长铁路牌头浦阳江特大桥线路法线与水流方向夹角为12°，流速V1%=3.0 m/s。186号 ～192号桥墩钻孔桩穿过地层依次为粉土、细圆砾土(Q4al)，泥质粉砂岩、砂岩、含砾砂岩强风化、弱风化，河床高差较小。

3.2 双壁钢套箱围堰结构

杭长铁路牌头浦阳江特大桥主墩采用双壁钢套箱围堰干作法施工。钢套箱围堰采用圆形，外径22.5 m，内径20.5 m，高15 m，共分3 节。底节高 4.5 m，质量约75.59 t;中节5.0 m，质量约63.18 t;顶节 5.5 m，质量约 63.83 t。

3.3 总体下沉方案

根据地质和水流流速的实际情况，本着缩短工期和降低成本的原则，拟定采用浮平台夹持下沉钢套箱围堰，即在岸边搭设拼组固定平台，利用固定平台上的提升系统进行底节钢套箱围堰下水自浮，然后利用浮平台夹持钢套箱围堰进行浮运、定位，最后在墩位处利用水上浮吊进行套箱接高下沉。

3.4 底节钢套箱围堰拼组、下水

3.4.1 搭设固定拼组平台，拼组底节钢套箱围堰

在岸边插打32根钢管桩，桩顶焊接2I25型钢作为承力横梁，横梁上铺设木板作为拼组平台。首先在拼组平台上标注出围堰刃脚定位线，然后利用浮吊在拼组平台上依次逐块拼组。底节钢套箱围堰拼组示意见图5。

图5 底节钢套箱围堰拼组示意

3.4.2 底节钢套箱围堰下水及浮运

钢套箱围堰拼组完成后，利用固定平台上的提升系统进行底节套箱下水，并注水自浮，保留一定干弦高度。拆除拼装平台提升系统，拔除钢套箱围堰外侧钢管桩，在钢套箱围堰与浮平台之间安装卡位装置，使围堰稳定垂直自浮。利用994型机动舟顶推浮平台，运输钢套箱围堰至墩位处。钢套箱浮运见图6。

图6 浮平台夹持浮运

3.4.3 底节钢套箱围堰精确定位

通过调整浮平台四角的电动锚机，牵引固定在混凝土锚上的钢丝绳，配合测量仪器进行钢套箱围堰精确就位，最后利用卡位装置将套箱稳固于墩位中心。钢套箱精确定位示意见图7。

图7 底节钢套箱围堰精确定位示意

3.4.4 其他节段钢套箱围堰拼组接高

钢套箱围堰锚碇牢固后，利用20t水上浮吊进行其他节段钢套箱围堰的拼装接高。拼组接高时通过对称拼组和隔舱注、排水方式来进行套箱稳定性和垂直度的动态调整。以此循环作业，直至完成钢套箱围堰下沉施工。钢套箱拼组接高见图8。

3.5 经济效益

浮平台夹持下沉法在牌头浦阳江特大桥主墩钢套箱围堰施工过程中，取得了非常好的经济效益，器材设备的租赁费用降低特别明显。浮平台和水上浮吊的租赁费用每月约为10万元，而浮龙门每月的租赁费用至少在20万元以上，采用浮平台夹持下沉法进行钢套箱围堰施工，节约成本高达50%以上，经济效益良好。

4 结语

浮平台夹持下沉法是浮运下沉工艺中的一种下沉方法，它具有材料投入少，周转使用率高，安全性、经济性能良好的优点。但在实际施工过程中，表现出来的下沉定位受流速影响较大，定位精度调节能力差，不适合大吨位钢套箱围堰施工，卡位装置需进一步优化等问题亟待解决。

［1］刘自明.桥梁深水基础［M］.北京:人民交通出版社，2003.

［2］殷万寿.深水基础工程［M］.北京:中国铁道出版社，2003.

［3］魏贤华.水中裸露基岩中大直径双壁钢套箱围堰施工技术［J］.铁道建筑技术，2009(3).

［4］陈建军.沙田赣江特大桥双壁钢套箱围堰设计与施工［J］.铁道建筑技术，2009(6).