一种分块拼装式无底单壁钢套箱围堰及其施工方法与流程

本发明涉及桥梁工程技术领域，尤其是水中桥墩承台施工技术，具体涉及一种分块拼装式无底单壁钢套箱围堰及其施工方法。

背景技术：

一般公路和高等级公路上的中、小桥、立交桥，形式多样，实用效果不断提高，跨越大江（河）、海峡（湾）的超大桥梁建设也相继修建，为公路运输提供了安全、舒适的服务，同时跨江、跨河的大桥处于水中的桥墩也越来越多，水中承台施工技术也得到快速发展。目前，我国常见的水中承台施工主要有单（双）壁钢围堰、钢板桩围堰、钢套箱围堰、筑岛明挖、沉井、气压沉箱等各具特点的施工方法以形成干地施工条件，根据实际情况选择经济、适用的水中承台施工方法。

单（双）壁钢围堰适用范围较广，适用于土质、石质、砂卵石、砂层中的水中承台施工，一般情况下使用水深较深，可达50m，而水深小于10m采用该法不经济，由于钢围堰自身重量较重，对施工平台的要求高，施工成本投入较大。钢板桩围堰本身强度大，防水性能好，穿透能力强，适用于深水、深基坑及较坚硬的土石河床。钢套箱围堰分有底钢套箱和无底钢套箱两种，有底钢套箱适用于高桩水中承台，且水深不宜超过10m，无底钢套箱适用于承台埋入河床中的情况，水深一般低于10m，使用地层较为广泛。沉井是为桩基础及承台施工而设计的临时阻水结构，其作用是通过沉井侧板和底板上的封底混凝土阻水，沉井侧墙作为桩基础施工平台支撑，并为承台施工提供无水的干处施工环境，当天然基础和桩基础受水文、地质条件限制施工困难时，可采用沉井基础，沉井基础尤其适用于竖向和横向承载力较大的基础。筑岛明挖法适用于浅水河床中桩基础和承台的施工。

通常顶面标高在水下一定深度的承台，采用钢围堰或钢套箱围堰整体沉放方案进行施工，而越来越多的桥梁工程位于深山峡谷地带，钢围堰或钢套箱围堰整体沉放方案受大型起重设备和水上浮吊难以进入现场的限制而无法实现，为此工程技术人员对钢套箱围堰的结构和施工方法不断进行创新和改进，以创造水中桥墩承台干地施工环境。

技术实现要素：

为解决背景技术中所述整体钢套箱围堰因受起重设备和水上浮吊的限制而无法实现整体沉放的问题。本发明提供一种分块拼装式无底单壁钢套箱围堰及其施工方法，具备：结构简单，制作成本低廉，拼装及合龙方便，定位控制准确，钢套箱侧板接缝止水装置方便有效，不依赖大型起重设备，施工安全性高，安装拆除方便快捷省时、可多次周转使用的优点。

本发明采取的技术方案为：

一种分块拼装式无底单壁钢套箱围堰，包括钢套箱侧板、侧板连接装置、内导梁、内支撑。所述钢套箱侧板为肋板式结构，钢套箱侧板包括钢面板、水平加劲肋、竖向加劲肋，三者焊接为一体。钢套箱侧板包括a型侧板、b型侧板、c型侧板，a型侧板和c型侧板用于钢套箱围堰的转角处，所述b型侧板用于钢套箱围堰的四周。

所述侧板连接装置为阴、阳接头插接结构，所述阳接头由工字钢、槽钢、钢板连接而成，所述阴接头由角钢、槽钢、钢板连接而成，阴、阳接头插接连接后，阴、阳接头相对的两个槽钢形成矩形井筒，在矩形井筒内灌注细石混凝土，形成相邻钢套箱侧板之间连接的止水结构。

所述矩形井筒放入用材料布做成的、用铁丝绑扎成的骨架支撑的布袋子，所述布袋子中灌入细石混凝土。

所述内导梁用于确定钢套箱围堰的定位；所述内支撑用于提高钢套箱围堰的整体刚度和稳定性。

所述阳接头由i10a工字钢、[20a槽钢、8毫米钢板焊接而成；所述阴接头由l75×50×6毫米角钢、[20a槽钢、8毫米钢板焊接而成，所述阴、阳接头插接连接后，阴、阳接头相对的两个[20a槽钢，形成矩形井筒。

一种分块拼装式无底单壁钢套箱围堰的施工方法，包括以下步骤：

步骤一：按照设计图，分块制作钢套箱侧板，利用h型钢、角钢、钢面板14焊接制作钢套箱侧板，在钢套箱侧板两侧利用i10a工字钢、[20a槽钢、8毫米钢板焊接连接成阴、阳接头。

步骤二：拆除钻孔桩施工平台结构，在每根钻孔桩钢护筒侧壁上顺桥向对称焊接两个钢牛腿，控制各钢牛腿顶面处于同一水平面，采用工字钢在钢牛腿上搭设临时工作平台，并将工字钢与钢牛腿顶面进行点焊固定。

步骤三：测量放线测放出承台位置，并在工字钢梁上做出标记，定出钢套箱位置，沿承台边线安放hn350×175毫米h型钢，作为内导梁，以便钢套箱准确定位，减少偏位误差。然后切割碍事的钢护筒，安装内支撑并与内导梁焊接牢固。

步骤四：采用吸泥机和抓斗，尽量清除干净施工范围内的覆盖层泥沙、块石，清除一切杆件、树枝，钢筋头等，并对河床面进行整平，确保钢套箱侧板插打顺利。

步骤五：钢套箱侧板利用汽车吊或龙门吊起吊，紧贴事先安装固定好的内导梁分块沉放，钢套箱侧板拼装从上游侧开始，先安装a型侧板并确保垂直，再安装上游边两块b型侧板，接着安装c型侧板，然后安装两侧各两块b型侧板，直到全部合龙。

步骤六：采用吸泥机及与之配套使用的空压机，协同作业进行吸泥使钢套箱下沉至指定标高位置，潜水员用高压水枪进行水下清淤工作，将河床局部整平，填筑碎石至设计高程，同时将与封底混凝土接触的钢护筒，用钢丝刷将钢护筒表面的浮锈、淤泥等仔细清理干净，保证封底混凝土与钢护筒间有足够的摩擦力。

步骤七：钢套箱围堰底部外侧四周用砂/土袋堆码，防止封底时侧板向外侧移动。

步骤八：在侧板连接装置形成的矩形井筒，放入用材料布做成的、用铁丝绑扎成10×13毫米的骨架支撑的布袋子，用料斗和φ89×6毫米无缝钢管向所述布袋子中灌入20#细石混凝土，形成相邻钢套箱侧板之间连接的止水结构。

步骤九：采用导管向钢套箱围堰内灌注混凝土封底。

步骤十：封底混凝土强度达到设计强度后进行抽水，抽水速度应保持均衡，抽水前将内支撑下层材料预先放入套箱内，在抽水的同时，应相应的按照设计标高进行内支撑5的焊接工作，并始终保证钢套箱内水面略低于支撑底面。

步骤十一：破桩头，进行承台钢筋、混凝土施工。

步骤十二：施工一节墩柱出水面后，拆除钢套箱围堰。

本发明一种分块拼装式无底单壁钢套箱围堰及其施工方法，技术效果如下：

1、通过钢套箱围堰侧板分块制作、分块沉放，单块侧板重量轻，不需要浮吊、缆索吊机等大型的起重设备，大大节约了成本，同时吊装沉放简单，大大减少了沉放的安全隐患。2、钢套箱侧板连接装置采用阴、阳插头插接结构，安装、拆除操作简单方便。

3、钢套箱侧板止水结构采用槽口相对的槽钢对接形成的矩形井筒灌注细石混凝土止水，操作简单，止水效果好。

4、本发明所提供的一种分块拼装式无底单壁钢套箱围堰及其施工方法，钢套箱制作简单，操作方便，不需要浮吊、缆索吊机等大型起重设备吊装沉放，尤其是位于深山峡谷地带的桥梁工程施工，钢围堰或钢套箱围堰整体沉放方案受大型起重设备和水上浮吊难以进入现场的限制而无法实现的情况下，采用分块拼装式单壁钢套箱围堰施工水中桥墩承台优势明显。

附图说明

图1为本发明一种分块拼装式无底单壁钢套箱围堰结构示意图。

图2为本发明一种分块拼装式无底单壁钢套箱围堰立面示意图。

图3为本发明一种分块拼装式无底单壁钢套箱围堰侧板安装顺序示意图。

图4为本发明一种分块拼装式无底单壁钢套箱围堰a型侧板结构示意图。

图5为本发明一种分块拼装式无底单壁钢套箱围堰c型侧板结构示意图。

图6为本发明一种分块拼装式无底单壁钢套箱围堰b型侧板结构示意图。

图7为本发明一种分块拼装式无底单壁钢套箱围堰侧板连接及止水装置示意图。

图中标注的序号分别表示：a型侧板1、c型侧板2、b型侧板3、内导梁4、内支撑5、钢护筒6、封底混凝土7、承台8、河床面9、桩头10、i10a工字钢11、[20a槽钢12、l75×50×6毫米角钢13、钢面板14、水平加劲肋15、a型水平加劲板16、b型水平加劲板17、c型水平加劲板18、竖向加劲肋19、细石混凝土20、工字钢21、钢牛腿22。

具体实施方式

如图1所示，一种分块拼装式无底单壁钢套箱围堰，包括a型侧板1、b型侧板3、c型侧板2、内导梁4、内支撑5。

如图2所示为钢套箱围堰立面示意图。

如图3所示，为钢套箱侧板安装顺序，安装从迎水面开始，先安装a型侧板1，然后按照1a→2b→3b→4c→5b→6b→7b→8b→9a→10b→11b→12c的顺序，依次完成承台8四周钢套箱侧板的安装。

如图4～5所示的钢套箱围堰，a型侧板1、c型侧板2结构包括：i10a工字钢11、l75×50×6毫米角钢13、[20a槽钢12、a型水平加劲板16、b型水平加劲板17、c型水平加劲板18、水平加劲肋15、钢面板14。

如图6所示的钢套箱围堰，b型侧板3结构包括：i10a工字钢11、l75×50×6毫米角钢13、[20a槽钢12、a型水平加劲板16、b型水平加劲板17、c型水平加劲板18、竖向加劲肋19、水平加劲肋15、钢面板14。

优选地，a型侧板1、b型侧板3、c型侧板2的i10a工字钢11、l75×50×6毫米角钢13、[20a槽钢12长度方向与钢套箱侧板等高。

a型侧板1、c型侧板2为矩形钢套箱围堰拐角的连接结构，分别位于矩形钢套箱围堰的对角上，主要用于连接相邻两侧的b型侧板3形成整体钢套箱围堰；b型侧板3为平面结构，作为钢套箱围堰的主体结构。

a型侧板1和c型侧板2为“l”型结构，用于钢套箱围堰的转角处，将其相邻两侧的b型侧板3连成整体；b型侧板3为平面结构，作为钢套箱围堰的主体，用于钢套箱围堰的四周。

如图7所示的侧板连接装置，结构包括：i10a工字钢11、l75×50×6毫米角钢13、[20a槽钢12、a型水平加劲板16、b型水平加劲板17、c型水平加劲板18、竖向加劲肋19、水平加劲肋15、钢面板14。

一种分块拼装式无底单壁钢套箱围堰具体施工方法：

步骤一：根据钢套箱设计图纸，分别制作a型侧板1、b型侧板3、c型侧板2，在制作场地试拼装无误后，运输至施工现场。

步骤二：承台8钻孔灌注桩施工完成后拆除钻孔平台，在每根钻孔桩钢护筒侧壁上横桥向对称焊接两个钢牛腿22，控制各钢牛腿22顶面处于同一水平面，采用工字钢21在牛腿上搭设临时工作平台，并将工字钢与牛腿顶面进行点焊固定。

步骤三：测量放线测放出承台8位置，并在工字钢21梁上做出标记，定出钢套箱位置，沿承台8边线安放内导梁4，以便钢套箱准确定位，减少偏位误差。然后切割碍事的钢护筒6，安装内支撑5并与内导梁4焊接牢固。

步骤四：采用吸泥机和抓斗，尽量清除干净施工范围内的河床面9的覆盖层泥沙、块石，清除一切杆件、树枝，钢筋头等，并对河床面进行整平。

步骤五：利用汽车吊或龙门吊分片安装钢套箱侧板，紧贴事先安装固定好的内导梁4分块沉放。然后按照1a→2b→3b→4c→5b→6b→7b→8b→9a→10b→11b→12c的顺序，依次完成承台8钢套箱围堰侧板的沉放和拼装。

步骤六：潜水员用高压水枪进行水下清淤，将河床面9整平，填筑碎石至承台8底部设计高程，同时用钢丝刷清除干净与封底混凝土7接触的钢护筒6表面的浮锈、淤泥等，保证封底混凝土7与钢护筒6间有足够的摩擦力。

步骤七：钢套箱围堰底部外侧四周用砂（土）袋堆码，防止封底时a型侧板1、b型侧板3、c型侧板2向外侧移动。

步骤八：钢套箱侧板按照设计安装顺序依次全部安装完成，并完成钢套箱内支撑5安装加固后，在钢套箱侧板接缝处两条[20a槽钢相扣形成的矩形井筒放入用材料布做成的、用铁丝绑扎成10×13毫米的骨架支撑的布袋子，用料斗和φ89×6毫米无缝钢管向布袋子中灌入20#细石混凝土20，形成钢套箱侧板接缝之间的止水结构。

步骤九：采用导管向钢套箱围堰内灌注封底混凝土7。

步骤十：封底混凝土7强度达到设计强度后进行抽水，抽水速度应保持均衡，抽水前预先下层的将内支撑5放入套箱内，在抽水的同时按照相应的设计标高进行内支撑5的焊接加固工作，并始终保证套箱内水面略低于内支撑5底面。

步骤十一：割除伸入承台8内的钢护筒6，破桩头10，将承台8底作业面清理、冲洗干净，绑扎承台8钢筋，浇筑混凝土。

步骤十二：施工承台8顶面第一节墩柱，墩柱出水面后，拆除钢套箱围堰。

本发明一种分块拼装式无底单壁钢套箱围堰及其施工方法，钢套箱围堰结构简单，制作成本低廉，拼装及合龙方便，定位控制准确，钢套箱侧板接缝止水装置方便有效，此外分块拼装式单壁无底钢套箱围堰还具有大型机械设备投入少，施工安全性高，钢套箱围堰安装、拆除方便快捷省时、可多次周转使用等显著特点，相对于国内传统的钢板桩围堰、单壁钢围堰具有更大的优势。