・桥 梁・ 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２５１ １００） 摘要：钢套箱围堰作为一种临时阻水设施，在深水承台施工中应用十分广泛，目前常用的施工方法有很多，主要对“浮 平台夹持下沉法”这种安全性好、经济效益高的新型施工方法进行介绍。首先对各种常用的钢套箱施工方法进行概述； 然后对“浮平台夹持下沉法”施工钢套箱工艺进行详细介绍（包括适用范围、施工流程及关键工序等），并对其经济性、安 全性进行分析；最后结合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阐述了“浮平台夹持下沉法”的安全 性能和实际经济效益，并指出施工方法优、缺点和亟待解决的问题。 关键词：钢套箱围堰；浮平台；桥梁基础；施工 中图分类号：Ｕ４４５．５５ ６ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００４—２９５４（２０１１）０８—００５７—０３ Ｓｔｅｅｌ Ｃａｓｉｎｇ Ｃｏｆｆｅｒ－ｄａｍ Ｓｕｎｋ ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ｓｕｐｐｏｒｔ ｏｆ Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｐｌａｔｆｏｒｍ Ｚｏｕ Ｌｉｊｕｎ （Ｒａｉｌｗａｙ Ｃｏｍｂａｔ—ｒｅａｄｉｎｅｓｓ Ｂａｔｅａｕ Ｂｒｉｄｇｅ Ｂｕｒｅａｕ，Ｑｉｈｅ ２５ １ １ ００） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｃｏｆｆｅｒ—ｄａｍ ｓｉｎｋｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｕｐｐｏｒｔ ｏｆ ｆｌｏａｔｉｎｇ ｐｌａｔｆｏｒｍ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ａ ｓａｆｅ ａｎｄ ｃｏｓｔ—ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．Ｒｏｕｔｉｎｅ ｓｔｅｅｌ ｃａｓｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ａｔ ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｃａｓｉｎｇ ｃｏｆｆｅｒ—ｄａｍ ｓｕｎｋ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｕｐｐｏｒｔ ｏｆ ｆｌｏａｔｉｎｇ ｐｌａｔｅｆｏｒｍ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ａｄａｐｔａｂｌｅ ｅｘｔｅｎｔ，ｆｌｏｗ ｃｈａｒｔ ａｎｄ ｋｅｙ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ ｅｔｃ．，ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｅｃｏｎｏｍｙ ａｎｄ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ． Ｔａｋｉｎｇ ａｓ ｔｈｅ ｅｘａｍｐｌｅ ｔｈｅ ｃａｓｅ ｏｆ ｓｉｎｋｉｎｇ ｔｈｅ ｄｏｕｂｌｅ・・ｌａｙｅｒｅｄ ｓｔｅｅｌ ｃａｓｉｎｇ ｃｏｆｆｅｒ・－ｄａｍ ｆｏｒ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐｉｅｒ ｏｆ Ｐａｉｔｏｕ Ｐｕｙａｎｇｊｉａｎｇ ｓｕｐｅｒ—ｌａｒｇｅ ｂｒｉｄｇｅ ｏｎ Ｈａｎｇｚｈｏｕ—Ｃｈａｎｇｓｈａ ｒａｉｌｗａｙ，ｅｘｐｌａｉｎｓ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ ｂｅｎｅｆｉｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ，ｗｉｔｈ ｉｔｓ ｍｅｒｉｔｓ，ｄｅｆｌｅｃｔｓ ａｎｄ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｔｏ ｂｅ ｓｏｌｖｅｄ ｐｕｔ ｆｏｒｗｏｒｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｓｔｅｅｌ ｃａｓｉｎｇ ｃｏｆｆｅｒ—ｄａｍ；Ｆｌｏａｔｉｎｇ ｐｌａｔｆｏｒｍ；Ｂｒｉｄｇｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ；Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ 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， ２ 浮平台夹持下沉法 ２．１ 概述 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 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 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。 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 收稿日期：２０１１—０３—２９；修回日期：２０１１—０４—２６ 作者简介：邹利军（１９８Ｏ一），男，工程师，２００２年毕业于西南交通大学 工学学士。 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 ５７ 铁道标准设计ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＤＥＳＩＧＮ ２０１１（８） 桥 梁・ ・邹利军一利用浮平台夹持下沉法施工钢套箱围堰 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。 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 １１ 底节钢套箱 （ａ）第一步：固定平台上进行底节拼组、下水 （ｂ）第二步：浮平台夹持钢套箱围堰浮运至墩位处 （ｃ）第三步：利用锚碇设备进行精确定位 （ｄ）第四步：利用水上起吊设备进行钢套箱围堰的拼组按高 图１ 施工流程 ２．４关键工序施工 提升系统的主要操作步骤：松开螺纹钢筋下部螺 帽一千斤顶回落一拧紧螺纹钢筋下部螺帽一松开螺纹 钢筋上部螺帽一千斤顶顶升一拧紧螺纹钢筋上部 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、 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 千斤顶和螺纹钢筋组成，一般结构组成见图２、图３。 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 图２提升系统结构 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 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 图３提升系统施工 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 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。 ５８ 浮平台夹持下沉法的安全性主要表现在：（１）浮 铁道标准设计ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＤＥＳＩＧＮ ２０１』（８） 邹利军一利用浮平台夹持下沉法施工钢套箱围堰 至混凝土锚至混凝土锚至混凝土锚 图４钢套箱围堰拼组接高分区 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Ｖ ＝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（Ｑ ），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２１２５型钢作 铁道标准设计ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＤＥＳＩＧＮ ２０１ｊ（８） ・桥 梁・ 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。 ｛ Ｌｕ Ｕｕ／ 一 ｊ 。 Ｉ 图５ 底节钢套箱围堰拼组示葸 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。 占 双片单层贝雷梁 占 口 口 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。 栈桥 隆 重力锚 重力锚 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 （下转第６３页） ５９ 王合希，王 冰一北京地铁大兴线钢混结合Ｖ形刚构桥的设计构思 ・桥 梁・ 节段吊装钢箱一桥面板安装。施工临时墩布置见 刚构桥的设计构思，既减小了桥梁跨度，降低梁高，又 图２。 大大提高了桥梁的纵向刚度。本设计对于桥下、桥上 ４．２关键施工技术 净空受到限制的同类工程具有借鉴意义。 （１）Ｖ形腿安装技术 （２）采用钢一混结合技术，充分发挥各自的材料特 主桥墩身由混凝土基座和Ｖ形钢腿结合而成，Ｖ 点，可以使结构设计、施工、维修更趋合理，并具有全寿 形钢腿在工厂焊接成形后运输至现场，吊装到位后采 命经济性。 用临时钢支承将其定位，再绑扎底座钢筋；并浇筑底座 （３）大节段设计、制造、运输、吊装技术，既提高了 混凝土。 工程质量的可靠性，又大大缩短了现场作业时间，降低 （２）钢箱梁吊装技术 了施工对桥下交通的影响。 全桥钢箱梁根据长度、平曲线类型等不同划分为 （４）本桥在关键部位的处理及施工方案的优化方 Ｇ１～Ｇ９共９个梁段，最长梁段长３３ Ｉｎ，最大吊装质量 面，在借鉴其他同类桥梁成功的基础上，精心设计，使 ２４２．４ ｔ。本桥在尽量减少对京开高速公路运营影响的 问题得到很好的解决。 前提下，设置８处临时墩，钢箱梁每个梁段在工厂焊接 参考文献： 成型，运送至现场，通过５００ ｔ汽车吊将梁段架上临时 ［１］ 中华人民共和国建设部．ＧＢ ５０１５７－－２００３地铁设计规范［Ｓ］．北 墩，调整并定位，并在工地进行连接，各节段腹板、底板 京：中国计划出版社，２００３． 之间采用高强螺栓连接，顶板之间采用现场焊接。 ［２］ 中华人民共和国铁道部．ＴＢ １０００２．１—２０Ｏ５铁路桥涵设计基本 规范［Ｓ］．北京：中国铁道出版社，２００５． （３）桥面板吊装工序 ［３］ 中华人民共和国铁道部．ＴＢ １０００２．２—２ＯＯ５铁路桥梁钢结构设 本桥桥面板的吊装在钢箱梁完全合龙后进行。预 计规范［Ｓ］．北京：中国铁道出版社，２００５． 制桥面板采用间断安装法，顺序为先跨中后支点，以此 ［４］ 中华人民共和国建设部．ＧＢ ５００１７－－２００３钢结构设计规范［Ｓ］． 改善结构尤其是墩顶负弯矩区桥面板的受力状态。先 北京：中国计划出版社，２００３． 吊装正弯矩区段桥面板混凝土，绑扎湿接缝钢筋，再拆 ［５］ 中华人民共和国铁道部．ＴＢＪ２４－－８９铁路结合梁设计规定［ｓ］． 北京：中国铁道出版社，１９８９． 除临时墩，浇筑湿接缝及剪力槽混凝土，然后进行负弯 ［６］ 黄乔．桥梁钢一混凝土组合结构设计原理［Ｍ］．北京：人民交通出 矩区段桥面板的施工，张拉并锚固该区段纵向预应力。 版社，２００３． 采用这种施工顺序，操作方便，简单可行，可有效的改 ［７］ 朱聘儒．钢一混凝土组合梁设计原理［Ｍ］．北京：中国建筑工业出 善了桥面板混凝土的受力状态，达到调整内力的目的。 版社，１９８９． ［８］ 胡建华，侯文崎，叶梅新．ＰＢＬ剪力键承载力影响因素和计算公式 ５ 结语 研究［Ｊ］．铁道科学与工程学报，２００７（６）． （１）结合桥下净空要求不同的特点，提出了Ｖ形 （上接第５９页） 少在２０万元以上，采用浮平台夹持下沉法进行钢套箱 其他节段钢套箱围堰的拼装接高。拼组接高时通过对 围堰施工，节约成本高达５０％以上，经济效益良好。 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 ４ 结语 下沉施工。钢套箱拼组接高见图８。 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。 图８浮吊进行钢套箱围堰拼组接高 参考文献： ３．５ 经济效益 ［１］刘自明．桥梁深水基础［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００３． 浮平台夹持下沉法在牌头浦阳江特大桥主墩钢套 ［２］殷万寿．深水基础工程［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００３． 箱围堰施工过程中，取得了非常好的经济效益，器材设 ［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）． 备的租赁费用降低特别明显。浮平台和水上浮吊的租 ［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 赁费用每月约为１０万元，而浮龙门每月的租赁费用至 筑技术，２００９（６）． 铁道标准设计ＲＡ儿ＷＡＹ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＤＥＳＩＧＮ ２０１ｊ（８） ６３