1、海域淺灘區(qū)承臺無底套箱有底施工技術(shù)秦衛(wèi)星中交一公局第二工程有限公司（樂清灣1號橋項(xiàng)目）【摘 要】目前,大型跨海橋梁施工中經(jīng)常遇到承臺施工位于淺灘區(qū),此區(qū)域土層基本為淤泥,其自穩(wěn)性、地基承載力較差,且受潮汐影響,承臺施工處于干濕交替狀態(tài),承臺底位于海（河）床之下,開挖、圍堰工作帶來較大難度,本文根據(jù)樂清灣1號橋的實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn),介紹了淺灘區(qū)承臺無底套箱有底施工封底工藝技術(shù)要點(diǎn)及注意事項(xiàng).【關(guān)鍵詞】海域淺灘區(qū) 無底套箱有底施工 技術(shù)要點(diǎn) 1 前言面對目前國內(nèi)橋梁海域承臺施工大量已成功實(shí)施的放坡大開挖,鋼圍堰支護(hù),鋼板樁圍堰、無底套箱施工、有底套箱施工等方案,項(xiàng)目從樂清灣1號橋自身特點(diǎn)出發(fā),全面對比了

2、大開挖 + 無底套箱、大開挖 + 有底套箱、不開挖 + 無底套箱、鋼板樁圍堰、不開挖 +無底套箱 + 有底施工等施工方案,最終通過全面的對比分析,確定采用不開挖 + 無底套箱 + 有底施工的方法,不僅爭取了工期,也取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益.2 工程簡介2.1 地形地貌樂清灣1號橋橋址區(qū)位于浙東南沿海跨越海域及島嶼區(qū).橋兩端陸域主要地貌類型為侵蝕剝蝕丘陵,海域主要地貌類型為潮灘及水下坡岸,靠近茅埏島附近局部形成水下深泓. 圖2.1-1 樂清灣1號橋承臺位置示意圖 由上圖可看出,承臺施工位于頂部淤泥層,其巖性特征：灰黃、黃灰色,流塑,厚層狀,切面光滑,有光澤粘性強(qiáng),韌性高,干強(qiáng)度高,含粉砂、粉土團(tuán)塊及

3、貝殼碎屑.其物理學(xué)性質(zhì)差,強(qiáng)度底.淤泥物理學(xué)性質(zhì)具體內(nèi)容見下表：統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目天然含水率天然濕密度土粒 比重天然 空隙比飽和度液性 指數(shù)液限塑限塑性 指數(shù)壓縮 系數(shù)地基承載力基本容許值%g/厘米/%/%/kpa統(tǒng)計(jì)個(gè)數(shù)5252545251525454545250最小值501.542.731.43889.21.0142.524.517.61最大值69.81.722.752.011002.3761.532.930.72.14平均值60.21.612.741.72195.81.554927.121.91.461變異系數(shù)0.0810.0240.0030.0790.0250.2280.120.0750.189

4、0.178標(biāo)準(zhǔn)值61.31.62.741.75496.41.6347.626.720.91.5232.2 水文特征根據(jù)工程區(qū)域內(nèi)各潮位站的觀測資料,潮型判別數(shù)值均小于0.5,在0.230.31之間.因此,樂清灣潮汐屬于正規(guī)半日潮.樂清灣是我國強(qiáng)潮海灣之一.依據(jù)工程區(qū)域內(nèi)長期驗(yàn)潮站資料和橋址區(qū)短期實(shí)測潮位觀測資料,得出橋址區(qū)潮汐特征值,具體內(nèi)容見下表.項(xiàng)目最大潮差（米）最高潮位（米）最低潮位（米）平均潮差（米）平均高潮位（米）平均低潮位（米）平均漲潮歷時(shí)（h：米in）平均落潮歷時(shí)（h：米in）橋址區(qū)8.095.27-3.945.002.87-2.286:275:583 承臺施工方案確定3.1施工

5、方案確定原則（1） 以詳勘地質(zhì)資料、現(xiàn)場實(shí)際取樣為依據(jù),制定符合施工現(xiàn)場的承臺施工方案；（2） 海床頂標(biāo)高高于封底底面標(biāo)高,使用無底套箱,海床頂標(biāo)高底于封底底面標(biāo)高使用有 底套箱；（3） 施工項(xiàng)目（工序）之間客觀上存在的工藝順序必須遵守；（4） 采用的施工方法、工程機(jī)械、現(xiàn)場設(shè)施必須與施工順序協(xié)調(diào)一致；（5） 滿足施工質(zhì)量和施工安全的基本要求；（6） 施工方案力求簡單、經(jīng)濟(jì)、易行；（7） 利用首件工程、試驗(yàn)墩,其他成熟方案比選,最終確定可行方案.3.2 承臺施工方案的比選（1） 大開挖 + 無底套箱施工方案本橋工程YE02#左幅墩位處海床頂標(biāo)高為-0.08米,承臺底面標(biāo)高-0.7米,封底地面標(biāo)

6、高-1.5米.鉆孔平臺拆除完成后,預(yù)先對海床高于封底底面區(qū)域進(jìn)行開挖.因淤泥流動性較大,最終開挖標(biāo)高為-1.0米.開挖完成后,拼裝套箱,以懸吊系統(tǒng)下放.在套箱內(nèi)繼續(xù)對淤泥進(jìn)行挖除,達(dá)到封底地面高程后在基底鋪設(shè)毛竹片、篷布,澆筑封底砼.具體情況如下圖所示：圖3.2-1 2#設(shè)計(jì)的封底情況施工中存在的問題： 經(jīng)過前期開挖對局部淤泥的攪動,造成淤泥流動性較強(qiáng),套箱內(nèi)挖除淤泥過程中不斷有外部淤泥涌入,封底底面高程控制效果不佳；澆筑封底砼時(shí),基底承載力不足,出現(xiàn)局部砼下陷、淤泥隆起的情況,導(dǎo)致封底厚度不均,進(jìn)行重新封底.（2） 不開挖 + 無底套箱施工YE03#墩墩位處海床頂標(biāo)高為-0.68米,承臺底面

7、標(biāo)高-0.7米,封底地面標(biāo)高-1.5米.針對YE02#墩左幅出現(xiàn)的問題,在YE03#墩左幅套箱施工前,不再提前開挖,套箱拼裝完成后,利用懸吊系統(tǒng)下放.套箱在自重作用下入泥2米左右仍無法自穩(wěn),考慮套箱頂面阻水功能,人為將套箱底面標(biāo)高設(shè)置在-2.1米.套箱下放就位后,清除套箱內(nèi)淤泥（利用高壓水槍、泥漿泵、抓斗）,然后在基底拋填砂帶、鋪設(shè)毛竹片和篷布,再澆筑封底砼.具體情況如下圖所示： 圖3.2-2 3#設(shè)計(jì)的封底情況施工中存在的問題：對套箱內(nèi)淤泥進(jìn)行清除時(shí),達(dá)到-1.5米的設(shè)計(jì)高程后,在潮水漲退潮后,由于內(nèi)外壓力差,仍然存在外部淤泥涌入的情況.此方案必須在5-6小時(shí)的退潮時(shí)間段進(jìn)行拋填砂袋、鋪設(shè)茅

8、竹片和篷布,澆筑封底砼等一系列工作,否則淤泥涌入造成封底厚度不夠,產(chǎn)生安全質(zhì)量隱患,且后續(xù)墩臺區(qū)域海床標(biāo)高逐漸降低,海床外露時(shí)間減少,施工難度較大.（3） 鋼板樁圍堰施工直接采用鋼板樁代替套箱,更換施工工藝.難點(diǎn)：淤泥層較厚,鋼板樁投入較大,工期延長；支棧橋至承臺外沿間距較小,施工較為困難.鋼板樁圍堰方案因?yàn)槭褂茫ɑ蜃庥茫╀摪鍢顿M(fèi)用較高,不經(jīng)濟(jì),搬運(yùn)時(shí)易引起鋼板樁變形、鎖口損壞,插打鋼板樁費(fèi)工費(fèi)時(shí),傾斜太大時(shí)難以合攏.圖3.2-1 采用鋼模板結(jié)合拉森樁作為圍堰圖3.2-2 采用鋼模板結(jié)合拉森樁作為圍堰（4） 有底套箱施工 考慮到海床面較高,采用有底套箱方案首先需要挖泥,因表部淤泥軟土的流塑性質(zhì)

9、,較難開挖至封底底標(biāo)高,牛腿較難安設(shè),需要大面積清淤,施工困難,且套箱底板難以拆除周轉(zhuǎn),費(fèi)用較高.（5） 不開挖 + 無底套箱 + 有底施工套箱拼裝完成后,利用懸吊系統(tǒng)下放.預(yù)制底板,下放至套箱內(nèi)后,觀測標(biāo)高.采用沖水的方式下沉至設(shè)計(jì)底標(biāo)高,然后采用鋼筋反拉,澆筑封底.3.3 比選結(jié)果 承臺施工方案綜合比選結(jié)果如表3.3.1所列,根據(jù)樂清灣1號橋自身情況,最終選擇無底套箱 + 有底施工作為淺灘區(qū)承臺施工方案.表3.3.1 承臺圍堰綜合比選圍堰方案費(fèi)用支出施工周期施工難度對設(shè)備要求綜合排序開挖+無底套箱中較長較難較高3不開挖+無底套箱少短較難低2鋼板樁圍堰多長中較高4有底套箱中較短難低5無底套箱

10、+有底施工中較短中較低14 無底套箱有底施工技術(shù)要點(diǎn)及注意事項(xiàng)4.1 套箱拼裝、下放 承臺模板采用無底鋼套箱,模板利用70t履帶吊進(jìn)行安裝. 承臺位于水中且承臺底以下為淤泥層,在護(hù)筒頂設(shè)置懸吊系統(tǒng),承重梁采用4根I28工字鋼兩兩對拼放于橫橋向鋼護(hù)筒頂,利用可移動葫蘆（20T)先對稱懸掛左右兩側(cè)套箱,履帶吊將剩余兩片套箱與懸掛中套箱拼接,整體套箱利用扁擔(dān)梁懸掛,套箱拼裝及下放過程中設(shè)置水平定位系統(tǒng)和導(dǎo)向系統(tǒng),以確保在其平面位置符合設(shè)計(jì)要求,定位、導(dǎo)向系統(tǒng)與套箱內(nèi)邊線留有5厘米的空隙.導(dǎo)向系統(tǒng)設(shè)置上、下兩層,以工字鋼分別焊接在位于承臺倒角區(qū)域的四個(gè)護(hù)筒上,其中下層導(dǎo)向架兼作封底與護(hù)筒之間的錨固件,

11、澆筑封底砼時(shí)不再割除.調(diào)整位置,整體下放,插入淤泥封底底標(biāo)高以下.圖4.1-1 套箱下放4.2 封底4.2.1底板設(shè)計(jì)底板采用20厘米厚C20鋼筋混凝土預(yù)制板,預(yù)制板尺寸根據(jù)套箱內(nèi)模尺寸,鋼護(hù)筒位置等因素確定.圖4.2.1-1 承臺尺寸4.2.2 挖除淤泥 本橋設(shè)計(jì)封底混凝土底標(biāo)高-1.5米,套箱下放到位后,利用低潮時(shí)檢查套箱著床情況,因承載力不足,懸吊系統(tǒng)不拆除,在實(shí)際施工時(shí)套箱在自重作用下入泥2米左右仍無法自穩(wěn),考慮套箱頂面阻水功能,人為將套箱底面標(biāo)高設(shè)置在-2.1米,已滿足澆注封底混凝土要求的下放深度（參照圖3.2-2）.用吊車安裝抓斗對套箱內(nèi)泥面部位進(jìn)行挖泥,抓斗抓不到區(qū)域可用高壓水槍

12、沖洗、泥漿泵配合抽泥,保證封底混凝土厚度,挖泥后用吊錘檢查驗(yàn)收封底高程.4.2.3 底板預(yù)制、下放（1）底板預(yù)制底板預(yù)制分兩種方式,一種方式為根據(jù)內(nèi)模尺寸,鋼護(hù)筒尺寸預(yù)制4塊底板（底板類型a）,另一種方式為預(yù)制4塊方形底板（底板類型b）,底板均采用20厘米厚C20鋼筋混凝土預(yù)制板,底板內(nèi)預(yù)埋掛鉤及連接錨固筋,下放至封底低標(biāo)高處,用20米米鋼筋掛起底板并與鋼護(hù)筒焊接. 圖4.2.3-1 底板類型a 圖4.2.3-2 底板類型b（2） 底板下放不同類型底板,下放方式、順序不同.a類型底板下放：因外側(cè)底板下放時(shí)受套箱內(nèi)圍囹影響,套箱下放前在鋼護(hù)筒適當(dāng)標(biāo)高位置焊接牛腿,先將外側(cè)2塊底板（1區(qū)、2區(qū)）拼

13、裝懸掛（圖4.2.3-3）,等待下放,待套箱下放,挖除淤泥后,將牛腿割除下放底板至封底標(biāo)高處,再利用吊車將中間2塊底板（3區(qū)、4區(qū)）下放至封底底標(biāo)高處.圖4.2.3-3 a底板類型下放b類型底板下放：套箱下放完成、挖除淤泥后,利用履帶吊下放4塊底板至封底低標(biāo)高處,為防止地板下沉,用20米米鋼筋掛起底板并與鋼護(hù)筒焊接,形成反拉,各塊底板之間用工字鋼及32米米鋼筋錨固連接成整體,鋼護(hù)筒周邊空隙人工用竹膠板、沙袋封堵下層淤泥,為防止?jié)q潮過程中內(nèi)外壓力差淤泥將底板頂起,亦防止封底后砼下沉,用25厘米長工字鋼間距30厘米圍繞鋼護(hù)筒并與底板接觸焊接,加強(qiáng)錨固. 圖4.2.3-3 b底板類型下放a類型底板與

14、b類型底板優(yōu)缺點(diǎn)比較類型費(fèi)用支出施工周期技術(shù)難度封底成功率a類型底板少較長較大高b類型底板較多（消耗人工、材料等）短較小較高4.2.4 套箱封底為防止套箱內(nèi)外壓力差過大,在潮水沖刷方向套箱壁體上各設(shè)一個(gè)連通孔以平衡套箱內(nèi)外水壓力.考慮封底砼頂面高程、海床頂高程,結(jié)合套箱下放控制高程,將承臺鋼套箱的連通孔設(shè)置在承臺底標(biāo)高-0.7米處,并在承臺底面設(shè)置一根連通管.套箱拼裝后連通孔保持開啟狀態(tài),以確保套箱內(nèi)外壓力一致；當(dāng)封底砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90以上時(shí),潮水位低于封底底面標(biāo)高、套箱內(nèi)海水由連通孔流出后,以高壓水槍對套箱側(cè)板、封底頂面進(jìn)行清理,雜物由連通孔流出,封閉套箱.套箱第一次封閉后,在漲潮過程

15、中隨時(shí)觀察結(jié)構(gòu)變形情況并及時(shí)處理.封底時(shí)間選擇在低潮位海床外露時(shí),利用無水條件進(jìn)行.施工中由泵車或溜槽均勻布料,從北向南進(jìn)行澆筑.砼澆注時(shí),振搗棒插入深度控制在基底頂部1020厘米,防止基底雜物與砼混合而影響封底質(zhì)量,并由現(xiàn)場技術(shù)員對標(biāo)高進(jìn)行嚴(yán)格控制. 4.2.4-2 海水由連通孔進(jìn)入 圖4.2.4-1 封底后清淤圖 成功封底對整個(gè)承臺及后續(xù)施工意義重大,澆筑前準(zhǔn)備工作及澆筑后直至連通孔關(guān)閉應(yīng)謹(jǐn)慎作業(yè),考慮周全,封底失敗會造成嚴(yán)重后果（工期延誤、增加補(bǔ)救成本、危險(xiǎn)系數(shù)增大、甚至產(chǎn)生質(zhì)量隱患）.4.3 承臺施工 5 結(jié)束語應(yīng)用該施工方法成功地完成了樂清灣1號橋的前6個(gè)引橋承臺,在實(shí)際的施工體會中,特殊的施工地質(zhì)環(huán)境,如何保證封底厚度、地基承載力、施工質(zhì)量是保證成功封底的關(guān)鍵控制點(diǎn).無底套箱有底施工工藝施工方法簡單、可利用已有套箱,不用購買鋼板樁等新材料,節(jié)約成本,不僅施工速度快、節(jié)省工期,而且解決了特殊施工環(huán)境帶來的技術(shù)難題,保證了施工質(zhì)量、安全.無底套箱有底施