摘要：本文介绍了深水承台施工，多采用沉井、钢围堰、钢套箱的施工方法。由于沉井、钢围堰的施工工序繁锁、施工工期长、材料用量大，而钢套箱工艺较简单、节省工期，钢套箱施工是解决水下承台施工行之有效的办法，比在陆地制作、船舶浮运成本更省。结合本工程工期、结构特点及工程经验，采用midas2010建模设计计算，采用结构钢套箱施工工艺。钢套箱厂家定制，现场组装，利用桩基钻孔平台拼装，龙门吊吊装沉放定位后浇筑封底混凝土，实现水下承台干施工条件。
关键词：钢套箱；水下承台；施工Abstract: This paper introduces deep water platform construction, the construction method of multi use of open caisson, steel cofferdam, steel box. The construction process of open caisson, steel cofferdam is complex, long construction period, large amount of materials, while the steel box technique is simple, save time, steel box construction is to solve the effective construction of pile caps under water way, more than on land, making the ship floating transport cost. Combined with the project, the structure characteristics and engineering experience, using midas2010 modeling design calculation, the structural steel box construction process. Keywords: steel box; underwater pile cap construction;
中图分类号：U445.4
1工程概况
贵溪三桥是一座跨越信江的大桥，全桥总长528米，由主桥及南北引桥两部分组成，主桥上部为40+2×70+40米变截面单箱单室三向预应力连续箱梁结构；引桥分北引桥和南引桥，引桥采用3×30m+4×30m两联设置，南引桥采用3×30m一联设置。引桥上部为先简支后连续预应力砼小箱梁结构。
主桥下部结构主墩为矩形（墩壁厚2.6m）薄壁墩，基础采用水下承台（高3.5m）+群桩基础（2×4Ф2．20m）。主桥水中9#～11#墩承台座落于主桥河床上，河床面倾斜，水深达9m，施工常水位27.5m，承台顶面（标高26.0m）在水面以下1.5m，9#～10#墩承台几何尺寸9.15m×8.8m×3.5m，11#墩承台几何尺寸为7.7m×7.2m×3.0m，故承台底在水深4.5m～5.0m处，拟采用无底钢套箱法施工，钢套箱内壁作为承台外模，为了实现承台干施工条件，在钢套箱底部浇筑封底混凝土。
2水文、地质条件
根据贵溪水文站提供的资料及现场测量结果：河面宽280米，施工常水位28.5（±2）米，水深常年在9～13m之间。汛期水深达15m左右，河床基本呈“U”型，平均流速V=3.3m／s。在钻探所达深度范围内，桥位区覆盖层为耕土及第四系全新统冲积成因的粉质粘土、砂砾层（Q4a1）组成，基岩归属于第三系砂砾岩、细砂岩（K—E）。
3钢套箱设计及计算
采用midas2010建立空间有限元模型，荷载考虑静水压力、流水压力。设计水流速度按照V=2m/s，水流方向平行于桥墩长度方向中心线。钢套箱钢板厚10mm，钢板之间用36c工字钢和槽钢（100x48x5.3）连接，内部撑杆采用双36c工字钢，钢套箱自重为93.6t。平立面图见图1、图2。
图1——钢套箱平面图图2——钢套箱立面图
3.1计算模型
根据有限元理论，对钢箱围堰用梁单元和板单元进行离散，并采用大型空间有限元分析软件Midas/civil 2010建立空间模型。通过以上模拟，该桥被离散为1181个节点，2968个单元，建立的钢箱围堰有限元模型见图3，加载后正、侧面图见图4、图5。
图3 钢箱围堰空间有限元模型
图4 钢箱围堰加载以后正面图图5 钢箱围堰加载以后侧面图
3.2计算结果
3.2.1钢板应力及钢板变形
在静水压力和流水压力作用下，钢箱围堰的钢板最大拉应力为29.42MPa（≤170MPa），出现在钢板迎水面与内部封底混凝土顶面交接处。其它位置钢板均受拉，其值均小于29.42MPa。见图6。
在静水压力和流水压力作用下，钢箱围堰的钢板最大变形2.96mm，出现在迎水面钢板上的流水压力荷载合力作用位置处。其他位置变形均小于2.96mm。见图7。
图6——钢板应力图 图7——钢板变形图
3.2.2竖向36c工字钢应力及变形
在静水压力和流水压力作用下，钢箱围堰的竖向36c工字钢最大拉应力为138.14MPa（≤170MPa），出现在迎水面的工字钢与内部封底混凝土顶面等高位置。最大压应力为71.75Mpa（≤170MPa），出现在迎水面的工字钢上的流水压力荷载合力作用位置处。见图8。
在静水压力和流水压力作用下，钢箱围堰的竖向36c工字钢最大变形为2.82mm，，出现在迎水面的工字钢上的流水压力荷载作用位置处。其他位置的竖向36c工字钢变形均小于2.82mm。见图9.
图8——竖向36c工字钢应力图图9——竖向36c工字钢变形图
3.2.3两块钢板竖向连接构件应力及变形
在静水压力和流水压力作用下，钢箱围堰的两块钢板竖线连接构件最大拉应力为55.61MPa（≤170MPa），出现在迎水面，且内部封底混凝土顶面等高位置。最大压应力为31.36Mpa（≤170MPa），出现在迎水面上的流水压力荷载合力作用位置处。见图10。
在静水压力和流水压力作用下，钢箱围堰的两块钢板竖线连接构件最大变形为2.96mm，出现在迎水面上的流水压力荷载合力作用位置处。见图11。
图10——两块钢板竖向连接构件应力图 图11——两块钢板竖向连接构件变形图
3.2.4水平槽钢（100x48x5.3）应力及变形
在静水压力和流水压力作用下，钢箱围堰中的水平槽钢（100x48x5.3）的最大拉应力为92.08MPa（≤170MPa），出现在横向槽钢与纵向槽钢交接处，且高度位置与流水压力荷载合力作用位置平齐。最大压应力为80.22MPa（≤170MPa），出现在流水压力荷载合力作用点位置处中间区域。见图12。
在静水压力和流水压力作用下，钢箱围堰中的水平槽钢（100x48x5.3）的最大变形为2.959mm，出现在流水压力荷载合力作用点位置处。其它位置槽钢的变形均小于2.959mm。见图13。
图12——水平槽钢应力图图13——水平槽钢变形图
3.2.5钢箱围堰内部撑杆应力及变形
在静水压力和流水压力作用下，钢箱围堰内部撑杆最大应力为26.44MPa。见图14。
在静水压力和流水压力作用下，钢箱围堰内部撑杆最大变形为1.1mm，出现在迎水面的内部撑杆上。见图15。
图14——钢箱内部撑杆应力图图15——钢箱内部撑杆变形图
3.2.6钢套箱抗上浮验算
套箱重：Q1=93.6×10=936KN
封底混凝土重：Q2=8.8×9.7×1.5×2.5×10=3201KN
混凝土与钢管桩间的握裹力为K=150KN/m2(极限握裹力为370KN/m2)，其中钢护筒直径为D=2.4m,握裹力P=n∏DHK=4×3.14×2.4×1.5×150=6782.4KN
（式中K为套箱与桩的粘接力，D为桩径，n为桩根数，H为封底砼高度）
合计∑Q= Q1+ Q2+P=10919.4KN
浮力F=8.8×9.7×（27.5-21.3）×10=5292.32KN
F＞∑Q，钢套箱抗浮满足要求。
4钢套箱制作
钢套箱在厂家精加工定做，各模块在设计应有足够的强度、刚度、在组装成整体后要确保其稳定性。结构表面外露的模板，挠度为模板构件跨度的1/400，钢面板变形最大不超过1.5mm，钢模板的风棱、柱箍变形允许为3.0mm。为满足工厂化施工要求，提高钢套箱组装精度，在钢结构加工场地专门布置胎膜。套箱壁板对焊接缝通过煤油渗透试验，漏焊处必须补焊，保证套箱的水密性满足阻水要求。
在钢结构加工场地将所有的钢套箱预模板两边接头部分用型钢焊接阴阳面接头，再用平板车运至现场逐块安装。
5钢套箱沉放
5.1基底整平。在钢套箱下沉前，对沉放部位回填砂砾石并水下整平，高差要保证水下封底混凝土在刃脚和内隔墙下的最小厚度。
5.2安装导向支撑架。在钢套箱沉放部位，根据承台平面位置和结构尺寸，安装导向支撑架，以便钢套箱面板准确快速定位。
5.3钢套箱落河床工作应尽量安排在水位低，流速小时进行。沉放前对墩位处河床进行一次全面的测量，若与预计不相符，不能满足钢套箱落河床后进入稳定深度及围堰露出水面的高度时，则应根据实际情况，调整钢套箱落河床时高度，以满足钢套箱落河床的各项要求。
5.4在河岸边，根据设置的桥墩护桩，安置全站仪观测站，对钢套箱下沉过程中进行全过程监测，随时调整钢套箱下沉的准确定位。
5.5钢套箱沉放。安装前，安排潜水员进行水下检查，尽量清除干净沉放范围内覆盖泥沙、石头、树枝等，确保侧板安装顺利。侧板拼装从上游开始，利用钻孔平台上的龙门吊将对角上单块套箱面板紧贴着事先安装好的内撑下沉，保证其垂直，再将第二块套箱面板顺着接口的阴阳槽口插入，形成一直角，套箱的方向就此确定。依此类推，直至将钢套箱合拢形成整体，合拢后再用震动锤逐一插打至设计标高。最后在水面以上利用内撑将整个套箱加固。围堰下沉安装后的允许偏差为：①标高：±15mm；②模板内部尺寸：±30mm，两对角线的差异±1%；③轴线偏位：±15mm；④倾斜度：0.3%H且不大于20mm（H为承台高度）。
5.6回填砂砾石。钢套箱沉放定位后，在套箱内回填砂砾石至封底混凝土底面高程。钢套箱周围回填部分砂砾石以增加钢套箱的整体稳定性。回填时应特别注意避免导致钢套箱移位。
6钢套箱面板竖向接缝止水施工
在水下混凝土封底前，进行钢套箱面板竖向接缝（接头处两[20槽钢之间）施工。用彩条布做成周长不小于66cm的袋子，在袋子底部先装入少量的细石混凝土其送入孔底。然后用料斗和导管灌注C25细石混凝土。
接缝处止水混凝土浇筑质量直接影响钢套箱的密封性，因此在浇筑止水混凝土过程中要严格监控，保证混凝土质量。
7封底混凝土施工
7.1封底准备。封底混凝土灌注是钢套箱围堰施工成败的一大关键。围堰定位后至水封前，每天测量其平面位置，观察围堰是否稳定；水封前潜水员逐一对钢护筒四周进行检查，以确保封底时围堰底板不漏混凝土。钻孔桩护筒四周用高压射水清理干净，以增加混凝土与钻孔桩护筒的握裹力。
7.2封底混凝土浇筑。安装导管，基底检验合格后进行封底混凝土施工，混凝土强度采用C25（泵送），坍落度为16～20cm，缓凝时间为12h，一次性对称浇筑完成。浇筑过程中随时用带重锤的测绳检测混凝土顶面标高，尽量保证混凝土顶面标高满足设计要求。
8钢套箱抽水
封底混凝土达到80%的设计强度后开始抽水，抽水前需对钢套箱围堰排水后的受力状态进行验算，确保安全后进行抽水施工，严格控制抽水速度，随时观测钢套箱的稳定和变形情况，边抽水边完成剩余支撑，将承台底设计标高以上的钢护筒割除。将封底混凝土顶面找平，开始承台后续钢筋及混凝土施工。
9结语
随着大跨度、宽幅桥梁建设项目的增多，桥梁水下承台基础也越来越多，深水、大尺寸承台大型钢箱围堰在深水、大尺寸承台施工中的应用会更加广泛。通过钢套箱围堰在本工程的应用实践和施工经验的积累，为以后类似工程的施工提供重要的实践依据。
参考文献
[1]刘自明.桥梁深水基础.人民交通出版社，2003
[2]倪婷.钢套箱围堰施工工艺的研究和应用，城市道桥与防洪，2010
[3]陈想清 庄国民.江阴轮渡栈桥双壁钢围堰施工，2002
[4]林耀洪 郭友兴.无底钢套箱围堰设计与施工.港工技术与管理，2009