浅谈有底钢套箱的设计和施工

浅谈有底钢套箱的设计和施工

路桥华南工程有限公司 王洪亮

摘要：描述佛山市龙湾大桥及引道工程（第LWS-2合同段）主桥主墩承台水文、地理环境，介绍该钢套箱围堰设计情况和有底套箱封底施工的过程，以及处理类似工程实际问题的基本程序和思路；通过简述有底钢套箱施工工艺及施工控制，以及施工过程中所遇到的问题，从而总结该有底钢套箱的设计经验和施工控制的建议。 关键词：栈桥 设计 施工 一、工程概况

1．主塔基础结构形式

佛山市龙湾大桥及引道工程位于广东省佛山市禅城区南庄镇及南海区西樵镇，路线起于西樵镇的樵金路崇民东路交叉口，路线朝东北方向延伸，跨越顺德水道之后继续向东北方向前进与罗南路（南庄大道西沿线）交叉，之后沿罗南大道延伸至紫洞路交叉口，全线长约4.3km。主墩承台尺寸为47.6m（横桥向）×17.6m（纵桥向）×5.5m（高度），顶标高为+2.0m，底标高为-3.5m。桩基采用20根φ2.8m钻孔灌注桩（钢护筒直径3.1m），梅花形布置。承台采用C30混凝土，封底混凝土采用水下C25混凝土，钻孔桩采用C30水下砼。

结构尺寸图

2．承台及河床高程

P18#主墩承台处河床标高为-8.39～-10.88m，P19#主墩承台处河床标高为-5.5～-11.3m，承台底面设计高程为-3. 5m，拟采用单壁有底套箱进行承台施工；考虑水下砼封底，封底厚度为150cm，计算时套箱底标高按承台底标高向下1.5m，套箱底标高为-5.0m。

3．水文条件

根据广东省水文局佛山分局提供的《龙湾大桥及引道工程Ⅱ标项目施工期水文分析成果报告》中的主要水文计算数据如下表：

龙湾大桥及引道工程Ⅱ标项目水文分析计算成果表

序号 1 2 3 4 5 6 项目 20年一遇水位对应流速 50年一遇水位对应流速 100年一遇水位对应流速 历史最高 历史最低 历史平均水位 <续> 龙湾大桥及引道工程Ⅱ标项目水文分析计算成果表

年份 一月 二月 三月 四月 五月 六月 七月 八月 九月 十月 十一月 十二月 平均 最大 平均 最大 平均 最大 水位值 发生时间 水位值 发生时间 成果 1.51m3/s 2.46m3/s 1.63m3/s 2.61m3/s 1.77m3/s 2.68m3/s 7.10m 1994年6月 -0.90m 1991年12月 0.85m 最高水位 1.18 1.01 1.36 1.33 2.32 6.83 2.97 1.48 1.41 1.24 1.25 1.23 2005 最低水位 -0.74 -0.63 -0.69 -0.54 -0.31 0.38 0.06 -0.09 -0.29 -0.54 -0.53 -0.71 平均水位 0.05 0.10 0.08 0.27 0.83 2.79 0.97 0.51 0.47 0.35 0.25 0.14 最高水位 1.20 1.55 1.28 1.52 2.24 3.71 5.00 3.44 1.43 1.27 1.39 1.43 2006 最低水位 -0.56 -0.61 -0.57 -0.40 -0.12 0.48 0.10 0.20 -0.14 -0.30 -0.53 -0.53 平均水位 0.12 0.16 0.23 0.36 0.71 1.73 1.86 1.61 0.52 0.41 0.33 0.29 最高水位 1.15 1.09 1.32 1.23 1.63 3.66 1.99 1.86 1.67 1.65 1.38 1.34 2007 最低水位 -0.55 -0.69 -0.43 -0.46 -0.35 0.03 -0.12 -0.02 -0.05 -0.33 -0.38 -0.61 平均水位 0.14 0.09 0.31 0.31 0.41 1.27 0.62 0.67 0.78 0.45 0.41 0.23 最高水位 1.17 1.31 1.09 1.38 1.70 6.17 3.22 2.01 2.51 1.75 2.16 1.40 2008 最低水位 -0.50 -0.62 -0.63 -0.19 -0.26 0.43 0.52 0.24 -0.11 -0.22 -0.21 -0.50 平均水位 0.17 0.21 0.19 0.48 0.66 2.81 1.47 0.94 0.73 0.65 0.85 0.29 最高水位 1.30 1.14 1.29 1.74 2.37 1.99 3.70 1.86 2.17 1.40 1.34 1.20 2009 最低水位 -0.62 -0.55 -0.61 -0.32 -0.31 0.18 0.13 -0.33 -0.22 -0.43 -0.55 -0.65 平均水位 0.16 0.18 0.25 0.47 0.72 0.93 1.28 0.56 0.52 0.40 0.20 0.16 根据施工计划，承台施工在12～4月份，施工处于低水位期间，根据水文资料，施工期间近

年来最高水位为+1.74m、最低水位为-0.74m等数据，套箱设计时取最高设计水位取+1.8m，最低设计水位-0.8m进行控制。 二、有底套箱设计

1．结构设计

龙湾桥主墩围堰为单壁的有底钢套箱，总平面尺寸为48.68m×18.68m，根据承台结构形式设计，总高度7.1m（另加0.2m高的防浪板）；套箱底面标高为-5.0m，顶面标高为2.1m，套箱下沉到设计标高后进行封底，封底砼（C25水下砼）厚度1.5m。套箱结构主要由壁板系统、围囹及内支撑系统、底板系统和底板提吊系统四部分组成。

⑴壁板系统

壁板系统包括面板、加劲肋和龙骨，面板与加劲肋和龙骨之间通过焊接连接。面板采用6mm厚钢板，加劲肋采用L80×50×6mm不等边角钢，上下两层水平肋除外（最上层水平肋采用L80×50×8mm，最下层水平肋采用2[28a），横、竖向间距均为40cm；竖向龙骨采用[25a，间距为80cm，与加劲肋位置相对应布置。为保证套箱在抽水前内外水头一致，在套箱侧板设置连通孔，连通孔中心标高为+0.5m，共设置4个，具体位置见结构图，连通孔在抽水前保持贯通，准备抽水时采用盖板焊接封堵。

⑵围囹及内支撑系统

本套箱共设置3层外围囹、1层内围囹及内支撑，外围囹均采用2[28a、内围囹采用2[32a、内支撑采用φ529×6mm钢管+4根2[28a立柱，在套箱组拼成整体下放之前焊接。顶层外围囹中心标高为+1.3m，中间外围囹中心标高为-0.7m，底层外围囹中心标高为-2.9m；内围囹及内支撑中心标高为-0.2m，钢管支撑在内围囹上，支撑与围囹间加垫钢板防止应力集中，内支撑与底板之间焊接2[28a立柱。各构件间均为满焊，焊缝厚度按薄板母材厚度控制（母材厚度低于8mm的按8mm控制）。

⑶底板系统

套箱底板面板采用5mm厚钢板，承台外最下层主龙骨为2I28a工钢，其上层次龙骨为2I12.6和I12.6工钢。每层内龙骨之间连续满焊，焊缝厚度不得小于较薄母材厚度；龙骨与面板、分层龙骨之间钢丝绑扎以连接固定。

⑷底板提吊系统

在组拼提吊下放和封底砼浇筑阶段，底板系统通过提吊系统改善受力。底板提吊系统分为提升架和提升吊杆，提升架为2I45a工钢、提升立杆为JL32mm精轧螺纹钢。在由16个吊点处临时提吊未下放之前，提升立杆与套箱底板主龙骨连接，提升架与钢护筒焊接；下放到位后由提吊系统固定，解除临时提吊（16个吊点分别由一台60t穿心千斤顶和吊杆组成，位置布置如设计图所

示）。

立面图352210220200710

套箱整体布置图

2．设计处理

⑴承台钢套箱工况分析

根据施工流程分析，套箱和内支撑受力不利工况分别为：

①套箱分块组拼提吊下放状态，套箱和内支撑及围囹的受力和变形。 ②封底砼浇筑阶段，套箱和内支撑及外围囹的受力和变形。

③封底砼强度达到设计要求后，套箱内完成抽水时，套箱和内支撑的受力和变形。 ④第一层承台砼浇筑阶段，套箱和内支撑及外围囹的受力和变形。

⑤第一层承台砼强度达到设计要求后，拆除内支撑时，套箱和外围囹的受力和变形。 ⑥第二层承台砼浇筑阶段，套箱和外围囹的受力和变形。 ⑵封底砼厚度计算

①高水位+1.8m情况下套箱内抽水完毕封底砼的应力和变形如下：