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摘要：受河流冲刷、粉砂夹粉土地质层等因素影响较大的深水桥梁基础施工宜选用双臂钢套箱作挡水结构，而双臂钢套箱结构的吸泥下沉,关键工艺为着床定位和吸泥纠偏。不同于钢板桩等其他浅水围堰，其缺点：配载后自重大，下沉过程难以控制平面偏差和倾斜度。所以，着床定位和吸泥下沉中，首次着床定位精度决定着套箱最终定位质量；其次，吸泥纠偏则决定着套箱下沉过程偏差质量，两要素缺一不可。本文以江都至六合高速公路芒稻河特大桥水中18#主墩左幅双壁钢套箱施工为实例，介绍深水基础双臂钢套箱吸泥下沉关键工艺、并剖析工艺的控制重点，结合数据图表统计进行研究与分析。总言之，深水基础双臂钢套箱下沉控制中，加强测量与记录，及时纠偏，对提高套箱精度质量显得尤为重要。
关键词：深水；双臂钢套箱；吸泥下沉；纠偏；分析
一、工程概况
新建芒稻河特大桥18、19#为水中主墩(以18#左幅为例)，钢套箱下沉区域以粉土与粉砂结合为主，夹杂部分中大粒径卵石颗粒。桩基为3排9∮1.8米钻孔灌注桩，桩长77米，桩顶标高-11.103m，河床原始均高-4.12m，套箱上下分四节，由下往上每节长为5.5m、5.4m、4.7m、5.5m，套箱总高20.6m，设计顶高5.5m(栈桥标高5.3m)、吸泥下沉最终标高-15.1m。施工时间：2010年9-10月，即将进入枯水期，水位约为2.7m~2.2m。钢套箱采用双壁、隔仓设计，平面呈正方形，内径13*13m，外径15.7*15.7m,底部设刃脚。见图1
图1 18#左幅双臂钢套箱下沉施工平面布置示意图
二、下沉原理
水浮力+土层摩阻力=套箱自重+配载(混凝土+水）。
三、施工流程
测量放样、设置平台及限位→底节套箱下水→接第二节钢套箱下水→钢套箱首次着床定位(根据河床高程及套箱高度确定)→架设吸泥工作平台、吸泥泵入水→接第三节钢套箱配载及吸泥下沉→接末节钢套箱、配载、吸泥、下沉到位，详见图2
图2 钢套箱剖面示意图（18#左幅）
四、设备选定
根据水域特点，水流速度较快（最快达0.91米/秒），为提高套箱下沉效率与质量，结合地质情况，考虑两台大功率渣浆泵,吸泥量200m3/h，图3可看出吸进管头采用带孔钢筋固定，防止大粒径石块造成堵管；高压水枪则冲射部分硬土以便更好吸进。
五、关键工艺
1)底节套箱下水
套箱四周搭设起顶下放平台，采用油顶顶起套箱，精轧螺纹钢作牵引原理，使套箱四周均匀同步下放至指定标高后，均匀地往隔仓浇注刃脚混凝土，此时套箱还未着床并利用配重后的荷载抵抗水浮力下沉，下沉中，通过套箱内外预先插打的钢管桩及牛腿纠偏，起限位作用。见图1、图2
2)接第二节钢套箱下水及钢套箱着床定位
套箱顶下沉至栈桥平台处，拼焊第二节后下沉，据实测及套箱尺寸数据：18#左幅河床平均标高-4.12m，栈桥标高5.3m，套箱底节5.5m、第二节5.4m，一二节总长10.9m，要求每节套箱下放位置高出栈桥20cm，推算第二节套箱下水时着床。详见图2。着床前，用仪器对套箱顶南北侧两点放样，同时调整倾斜与平面偏差，一直调至两点与设计坐标基本吻合为止，紧接启动水泵向隔仓同步灌水，使套箱迅速下沉至河床位置，接下来往隔仓内均匀灌注水下混凝土
3)架设吸泥平台、吸泥泵下水
利用灌注桩钢护筒作支撑点，搭设纵横向I工字钢平台，放两台渣浆吸泥泵入水，将抽泥管与高压水枪通过钢管固定好后放入河床位置。详见图3、图4
4)接第三、末节钢套箱配载及吸泥下沉
拼焊第三节，然后水下均匀浇注隔仓混凝土，配载后，一台渣浆泵置于河床中央吸泥，直至形成锅底，然后两台泵沿着刃脚处均匀吸泥、下沉，同时观测平面及空间偏差，便于进行套箱倾斜和偏移纠正。末节以此类推。最终下沉至设计标高
六 下沉控制
1)吸泥控制：两台泥浆泵置于堰芯附近向四周扩散、周而复始的方法同时对称吸泥。现场控制过程中，其中一台渣浆泵放置到套箱内床顶较高一侧抽泥，另一台泵在堰芯抽泥，这样避免套箱过于产生倾斜,此法能保证边下沉边调平套箱，在套箱中心形成的坑底深低于刃脚底标高3m时,若套箱不再下沉,应将渣浆泵对称布置到刃脚周围均匀吸泥,增大设备工作区域,保证套箱的下沉稳定均匀。当离刃脚2-2.5m范围很近时,需确保渣浆泵管头不能低于刃脚尖,防止抽泥过深导致坑底与刃尖高差过大产生大量翻砂，使得套箱产生倾斜，需重新均匀吸泥调整，造成人力物力及工期浪费。另外，排出的粉砂等水土混合物可在后期套箱下沉中，排至隔仓内起到配载作用。
2)水位控制：套箱抽泥下沉中，应保证其箱体内外水面齐平，避免由于水头压力差过大产生大量翻砂,需要时可向套箱内注水。
图3 渣浆泵抽泥管头构造实照 图4 吸泥下沉实照
3)纠偏控制
表1 钢围堰定位允许偏差与检验方法
着床前期，套箱刃脚入土不深时，入床根基不牢，易产生偏离，此时倾斜与平面偏差几率大大提高。所以及时调整套箱倾斜,伴随箱体入土加深后,纠正更难,偏离更大,所以，前期应以纠正堰芯偏差为主,倾斜为辅。箱体中心偏位应保证50mm以内。
中期,当首节套箱入床完全深入土层，随入床深度增大，根基逐渐达到平稳。此阶段套箱偏位调整已经很难，以套箱倾斜度控制为重点，垂直度1%内。此时如果套箱倾斜较大，将一台渣浆泵放置箱内河床较高处吸泥，当较高处套想顶比另一边低30cm左右时，另一台渣浆泵则需在另一侧刃脚处吸泥，直至套箱顶面周围平衡。后期，当刃脚尖接近设计底高程时，此时以套箱中心抽泥为主。为确保套箱精确下沉到位，利用栈桥平台布设坐标，形成坐标网控制吸泥，泥浆泵再以各点顺序均匀吸泥，在没有栈桥平台一侧，每个角附近的限位桩顶焊接钢板，布置坐标网，以此精确控制套箱下沉时的平面位置，这样实施后，既保证箱体内泥面均匀，又能保证封底质量
整个下沉过程，结合《钢围堰施工质量控制与验收标准》加强现场测量和记录，具体针对套箱总体高度、中心平面偏差、河床高程变化、箱顶高差、套箱内外泥面高差、套箱内外水头压差、刃脚高程等数据记录，这些数据是保证套箱定位下沉质量的关键。参考表1。
七 数据统计与分析论证
1)统计及绘制情况：以18#左幅钢套箱为例，钢套箱外径尺寸15.7*15.7m，施工年份2010年9-10月，水位范围2.7m~2.2m，初始河床标高-4.12m，套箱设计最终下沉底标高-15.1m。根据9-10月现场测量记录制成表2和图5，钢套箱首次着床吸泥9月2日，并于10月5日吸泥下沉到位。吸泥量=下沉高度×套箱外径平面面积。从表2和图5显示，吸泥下沉共计20天，累计吸泥量2706M3，每节钢套箱拼焊平均8-9天完成。钢套箱箱内河床平均高程，通过套箱内各点测深均值结合平台高程（5.3m）推算得出。
2)数据分析与论证：图5曲线显示，随着箱内河床高程的减小，累计吸泥量增加，每日的下沉深度逐渐减小。其中，①~②、③~④、⑤~⑥吸泥阶段的河床标高曲线走势，前两个阶段走势很陡；但在⑤~⑥后期，高程曲线走势逐渐平缓。这说明钢套箱吸泥下沉前、中期，套箱入土摩阻力小，下沉幅度大；后期由于入土摩阻力增大，下沉幅度逐渐减小，最后趋于平缓。再者，②~③、④~⑤河床高程曲线不降反升，此时，两次每日下沉深度呈负值(见表2,每日下沉深度及显示编号②、③、④、⑤的日期)，这是因为套箱拼焊后浇注隔仓混凝土，靠自身配重将刃脚区域土体挤入箱体内，导致河床高程小范围增加，且④~⑤阶段河床标高相比②~③只增加30cm，也说明了后期下沉入土摩阻力增大，下沉幅度逐渐趋于平缓。
注释：①~②：底节与第二节拼焊后首次着床吸泥阶段
③~④：第三节吸泥下沉阶段
⑤~⑥：第四节吸泥下沉阶段
②~③：第三节拼焊并浇注隔仓混凝土阶段
④~⑤：第四节拼焊并浇注隔仓混凝土阶段。
图5 18#左幅钢套箱吸泥下沉数据统计曲线
结论
本项目双臂钢套箱吸泥下沉的成功着床定位，在偏差及倾斜等数值满足规范要求的前提下，说明此工艺在受河流冲刷与水文地质影响较大的同类工程中，具有一定的实践参考价值；结合数据统计与图表分析得出结论：前、中期套箱下沉时，入土摩阻力较小，累计吸泥量和下沉幅度的比例大，平面偏差变化幅度大；后期，入土摩阻力逐渐增大时，套箱下沉并接近设计高程时，累计吸泥量和下沉幅度比例逐渐减小并趋于稳定，此时，钢套箱已进入嵌固稳定状态。所以，总结得出，深水基础双臂钢套箱吸泥下沉工艺，前中期应以平面偏差控制为主，后期则以倾斜度控制为主。
参考文献:
[1]李陆平,尤继勤,王吉连，蔡家湾汉江特大桥深水基础钢套箱围堰施工技术.《桥梁建设》，2010(1):59-62
[2]黄剑飞,单双壁组合型钢围堰结构在桥梁深水基础施工中的应用,上海交通大学,2009
论文作者:赵彬彬1,李军胜2
论文发表刊物:《防护工程》2017年第26期
论文发表时间:2018/1/24
标签：河床论文; 标高论文; 着床论文; 高程论文; 偏差论文; 均匀论文; 深水论文; 《防护工程》2017年第26期论文;