单壁钢套箱封底混凝土施工工艺及质量控制

摘 要：详细阐述驷马河大桥主墩承台采用单壁钢套箱并进行封底混凝土施工的施工工艺及工程质量。
关键词：单壁钢套箱；封底混凝土；施工工艺；质量控制

1、工程概况
S105合马路巢湖至乌江段改建工程驷马河大桥上部结构跨径组合为2×（4×25）+（45+70+45）+2×（4×25）；桥梁总长为567.5m，主桥上部采用变截面预应力混凝土连续梁，下部采用直径2.4m的圆形双柱式桥墩接承台，基础采用直径1.8m钻孔灌注双排桩；引桥部分为双幅部分预应力连续T梁，先简支后连续，下部结构桥台采用肋板台，桥墩采用柱式墩，墩台采用桩基础。主墩承台施工方案经多方论证最终选定为单壁钢套箱沉井施工。
驷马河为Ⅵ级航道，该河水系通往长江的一条重要航道；最高通航水位8.96米（黄海高程，设计洪水频率1/10），设计水位9.29米（历史最高水位）；地质分布：1层为粘土，2层为流塑开型软土，3层为亚粘土地，4层为圆砾卵石土，5层为泥质粉砂岩。主墩承台底标高位于流塑型软土中与驷马河河床下，河水最深处为7.5米。
2、单壁钢套箱设计
2.1、钢套箱设计

上层：面板厚 =5mm，横向肋为：[ 10 ＠ 500，竖向肋为：[ 12.6 ＠ 500，下层：面板厚 =6mm，横向肋为：[ 10 ＠ 500，竖向肋为：[ 14a ＠ 500。面板四周设∟125*125*10角钢与相邻面板连接，连接螺栓开孔Ф22mm，孔距20mm单排，螺栓M 20*65mm，钢套箱内设三层围令，上层围令设置标高▽6.70m处；中层围令设置标高▽4.84m处，下层围令设置标高▽1.78m处。
2.2、单壁钢套箱沉井下沉
根据地质条件分析确定钢套箱沉井下沉排水机械开挖，人工辅助下沉，当沉到设计标高下50Cm时进行干封底；在施工过程中钢套箱下沉至2米时遇到管涌，无法采用干挖法，根据香肠情况最后重新确定改为不排水开挖，以机械开挖为主，潜水员水下用高压水射冲射为辅，并用泥浆泵抽泥的方法进行钢套箱的下沉施工作业，采用该方法成功将4个钢套箱顺利下沉到位。
3、钢套箱水下砼封底控制
3.1、施工前准备工作
搭设施工操作平台，在套箱边缘布设测点及操作平台上布设测点，记录好测点位置的深度，结合潜水员描述绘制钢套箱底面图与钢套箱的几何关系；测量套箱外围土层与套箱的关系并绘制图。
3.2、封底混凝土计算
钢套箱封底混凝土的厚度应根据承受的反力情况而定，作用于封底混凝土的坚向反力分为两种情况：一种是钢套箱水下封底后，在施工抽水时封底混凝土承受基底水和地基土的向上反力；一种是空钢套箱在使用阶段，封底混凝土需要承受钢套箱基础全部最不利荷载组合所产生的基底反力。
3.2.1、封底砼厚度视为支承在凹槽或隔墙底底和刃脚上的底板，按周边支承的矩形板计算。底板与箱壁的连接一般按简支承考虑，当底板与箱壁有可靠的整体连接时也可按弹性固结考虑，计算公式如下：
h=√(﹝σwj)×γsi×γm×Mtm)/b
H－封底砼厚度，﹝σwj)―混凝土弯曲抗拉极限强度，γsi―荷载安全系数，γm―材料安全系数，Mtm－在最大的均布反力作用下的最大弯矩，b－计算宽度。
3.2.2、封底混凝土按受剪计算，即计算封底砼承受基底反力后是沿箱底范围内周边剪断的可能性。若剪应力超过其抗剪强度，则应加大封底砼的抗剪面积。
3.2.3、超压力计算即导管内底部管内砼的压力应超过管外水柱的压力差，使用的导管直径为270mm，超压力在75Mpa，则导管作用半径为小于2.5米。单根导管作用面积S导=19.6m2，套箱面积S套=60.8m2，导管布置数量为：3根。
3.2.4、驷马河大桥沉钢套箱前桩基已施工完毕，套箱内有四根桩头，按计算的导管数量进行封底，边角地方砼体不能扩散到位，会形成孔洞，抽水后河水从孔洞内串入，不能达到预期结果，因此考虑该桥的特殊性，导管布置图如下：
3.2.5、灌注封底采用单点多点多次封底或多点同时进行的施工方法进行封底。因受设备限制该套箱采用单点多次封底施工，若在设备和条件允许的情况下用多点 同时进行效果更好。单点多次施工高度控制难度大，在施工第一个钢套箱封底时由于布置点少，高度控制失败，超高26cm， 经过反复思考最终找出控制失败的原因在于布设测点少，绘制套箱内地形图实际有出入，因此在后三个钢套箱施工中增设测点，并结合潜水员叙述绘制详图，在操作行走平台上定点进行控制测量，按些施工方法进行施工，后三个钢套箱封底高度控制结果基本达到预期结果。
3.2.6、单点多次封底，因多次拨管封底面会形成丘岭地形，为了让封底砼面基本平整，结合驷马河大桥钢套箱深度，采用9米长的插入式振动器插入砼内短振让砼体扩散平整，振动时间控制在30秒内。经实践该方法在水下插入振动不会造成砼体离析，处理丘岭比较理想。若钢套箱深度大封底砼较厚则该方法不造用。必须用导管上下反插让砼体扩散，反插的前提条件导管不能移出砼体。
3.2.7、水下混凝土质量控制，水下混凝土最大
集料控制在30mm内，坍落度要求在18－22cm内，混凝土的流动性、和易性好，才能确保混凝土扩散后的均匀性。
4、封底混凝土施工工艺流程
施工准备——操作平台布置——测点布设——导管布置——封底混凝土灌注——高度控制——丘岭处理——潜水员检查符合要求——进行下道工序施工。
结束语
按照预定的方案设计和施工，驷马河大桥四个主墩承台钢套箱封底混凝土以及承台都以顺利完成，在大大缩短施工周期的前提下，工程质量符合规范要求，为以后类似桥型的结构施工提供了一定参数和经验。