半沉式浮箱围堰技术设计与施工_许青宏.pdf

167 2023.02/Building Technology and Application 建筑技术应用技术一直在不断地改进和优化中，特别是在水体深、承台和连系梁等涉水构件不落地、构件底面离水域基床面距离较大的工况下，传统施工方法采用普通围堰或钢制围堰技术，此类围堰施工存在成本投入高、施工周期长，尤其是阻水面积对水道行洪排涝造成很大的影响，甚至每到汛期被水利部门要求拆除，待汛期过后才能恢复，严重影响施工进度。本文提出半沉式浮箱围堰技术能有效地破解上述技术问题，特别是在汛期内河或行洪排涝压力较大的水域应用尤为适合。半沉式浮箱围堰技术在浙江省宁波市的姚江大桥拓宽及西侧地下通道工程中得到成功应用，该技术的应用及推广对于传统围堰技术的突破具有一定的研究价值和意义（见图 1）。1 工程概况姚江大桥拓宽及西侧地下通道工程位于浙江省宁波市江北区，工程西起永丰北路，东至江湾路，全长约709 m，其中姚江大桥长 223 m。姚江大桥拓宽，即在现状姚江大桥北侧新建一座长 223 m、宽 17.35 m，跨径为8 m+923 m+8 m 的简支梁桥。项目周边的主要水系为姚江干流，姚江大桥紧靠姚江大闸，姚江闸内水位受姚江大闸控制，姚江大桥拓宽工程水域范围内姚江江面常水位标高1.2 m，系梁顶标高1.6 m，底标高 0.6 m，系梁底部约 0.6 m，高度位于水面以下（见图 2）。2 原理分析及设计开口浮箱为开口箱体结构，箱体由底板和侧壁围合而成，底板、侧壁由钢板及型钢肋条组成（见图 3）。在承台、系梁等涉水构件施工前，将浮箱放入水中下沉至指定标高并进行锚固后，对浮箱底板与涉水构件支承桩接触面进行堵漏处理，放入水泵降低浮箱内的水位，浮箱内便形成了一个可供施工人员作业的安全操作空间（见图 4）。摘要为解决城市桥梁新建、维修和拓宽工程实施时传统水体围堰方式存在的阻水面积大、止水质量不易控制、施工工序复杂、作业时间长、项目造价高等问题，在浙江省宁波市姚江大桥拓宽及西侧地下通道工程中设计了一种半沉式开口浮箱，并将其应用于城市桥梁水中系梁围堰施工。在水体深、承台和连系梁等涉水构件不落地、构件底面与水域基床面距离较大的工况下使用半沉式开口浮箱围堰，在提高止水效果、缩短工期、节约造价等方面具有显著优势；同时大大减少了阻水面积，极大地降低了围堰体对水域行洪排涝能力的影响，对于行洪排涝压力大的水域尤为适用。本文基于实际应用的情况，从半沉式浮箱围堰技术的工作原理、控制要点、应用效果等方面对其进行系统性的介绍。关键词半沉式开口浮箱；围堰；桥梁；系梁中图分类号TU74文献标识码ADOI10.19892/ki.csjz.2023.02.47Abstract In order to solve the problems of large water blocking area,difficult water stop quality control,complex construction process,long operation time and high project cost existing in the traditional water cofferdam during the construction,maintenance and widening of urban bridges,a semi sunk open floating tank is designed in the widening project of Yaojiang bridge in Ningbo,Zhejiang Province and applied to the construction of tie beam cofferdam in water of urban bridge.Under the conditions of deep water body,no landing of wading components such as bearing platform and tie beam,and large distance from the bottom of components to the water foundation bed,the use of semi sunk open pontoon cofferdam has significant advantages in improving water stop effect,shortening construction period and saving cost.At the same time,the water blocking area is greatly reduced,and the influence of the cofferdam body on the flood discharge capacity of the water area is greatly reduced.It is especially suitable for the water area with high flood discharge pressure.Based on the practical application,this paper systematically introduces the working principle,control points and application effect of semi sunk open pontoon cofferdam.Key words semi sunking open box;cofferdam;bridge;tie beam市政各种跨河、跨江的桥梁修建时，截断水体保持良好的施工作业环境是确保工程质量的关键。这一关键施工作者简介：许青宏（1973-），男，高级工程师、国家一级建造师。研究方向：市政工程施工技术。褚金雷（1971-），男，教授级高级工程师、国家一级建造师。研究方向：市政、轨道交通和水环境工程技术研究和项目管理。作者单位：1.宏润建设集团股份有限公司；2.宁波市建设工程安全质量服务管理总站；3.宁波通途投资开发有限公司半沉式浮箱围堰技术设计与施工TheTechnicalDesignandConstructionofSemiSinkingFloatingBoxCofferdam许青宏1 褚金雷1，2 童李凯3Xu Qinghong1,Chu Jinlei1,2,Tong Likai3168城市建筑 Urbanism and Architecture/2023.02浮箱的设计主要考虑下述几个方面：（1）拟建水上构件的外形尺寸及其所需的作业空间。浮箱的主要作用是通过止水围堰的方式为水上构件的施工提供一个安全可靠的作业空间。因此，浮箱的外形、尺寸应满足水上构件施工的要求。（2）浮箱在不同受力状态下的强度、刚度和稳定性。设计时需根据浮箱在加工制作、转运吊装、水中工作等不同工况条件下的受力情况进行分析，确保浮箱受力性能满足实际要求。应特别注意的是，在使用水泵对浮箱内进行抽水的过程中，随着浮箱内外水头差的增加，浮箱承受的图 2 姚江大桥改造前后横断面（图片来源：作者自绘）图 1 项目效果图（图片来源：作者自绘）kg/m2）kg/m2）kg/m2）kg/m2）mmmm169 2023.02/Building Technology and Application 建筑技术应用浮力也逐渐增加，设计时应充分考虑抗浮和锚固。此外，在潮位变化较大的水域、在流速湍急的水域应分别考虑潮差和水流冲击力的影响。（3）浮箱安装、拆除的便利性。小型浮箱宜在岸上分块拼装后整体吊装下放；大型浮箱通常考虑在水上进行分块拼装后整体吊装下放。水上构件施工完成后，特别是当水上构件平面尺寸较大时，浮箱底板容易出现后期无法拆除的问题，设计时应充分考虑损耗。钢套箱底模浮力计算为：按照水位 1.2 m 标高进行计算，钢套箱底标高为-0.34 m，则钢套箱底距离水面高度为 1.54 m。总计浮力为钢套箱吃水体积，浮力=1.5431510=693 kN。底部所受浮力均布荷载=693/3/15=15.4 kN/m2，荷载为 30.80 kN/m，荷载分布：满布，通过对内力、挠度计算，单元验算由于第 1 跨及第 3 跨受力一致且最大，所以只显示第 1 跨验算过程。最大挠度 0.00 mm，最大挠跨比 1/300 000；最大剪应力5.9 MPafv=125 MPa；最大正应力3.1 MPaf=215 MPa；稳定应力3.2 MPaf=215 MPa该跨验算结论均满足要求，连续梁验算结论满足要求（见图 5）。3 开口浮箱制作安装方案3.1 浮箱的加工与安装3.1.1 浮箱加工准备开口浮箱钢模板由 6 mmQ235A 钢板、10#槽钢和14#槽钢等材料制作，所有进场的原材料必须提供产品合格证、质量保证书和检测报告；焊接作业需由专业电焊工图 4 浮箱围堰内构件施工（图片来源：作者自摄）加固肋条AA灌注桩灌注桩灌注桩气 囊立面平面标准断面钢丝绳拉结断面1cm 厚橡胶条1cm 厚橡胶条A-AA-A砼系梁砼系梁砼系梁16 螺栓14#槽钢卧面12 钢丝绳拆除前拉结14#槽钢仰面10#槽钢 30014#槽钢 20006mm 厚钢板10#槽钢 30014#槽钢 20006mm 厚钢板底板侧壁图 3 开口浮箱结构图（图片来源：作者自绘）图 5 弯矩图、剪力图、挠度、支座反力（图片来源：作者自绘）（a）弯距图（b）剪力图（c）挠度（d）支座反力170城市建筑 Urbanism and Architecture/2023.02操作并符合特种作业人员技术岗位资格；钢结构之间的连接、拼装需符合规范要求。3.1.2 浮箱拼装控制浮箱拼装前应根据图纸对每一块拼装单元尺寸进行校核验收；拼装过程中重点关注接缝的连接强度及严密性。3.1.3 浮箱安装浮箱沿长边方向分成两块，在工厂加工后运至施工现场进行安装，两块钢套箱之间采用高强螺栓连接，并在拼缝处设置 1 cm 厚橡胶止水条。钢套箱在栈桥平台上进行拼装，采用 75 t 履带吊整体吊放，也可根据现场环境条件选用汽车吊、履带吊、龙门吊、船吊等起重机械，进行浮箱整体吊放（见图 6）。钢套箱整体吊放前，设置 4 道钢丝绳对钢套箱进行兜底缠绕，不仅可以增强使用过程中套箱的整体性，而且可以避免拆除过程中底部螺栓连接解除后套箱发生瞬间解体的安全隐患。浮箱整体正式吊装前应进行吊装前的验收，主要包括对吊装环境、浮箱拼装、吊装加固设置、吊装准备工作等情况进行评价，确保吊装安全性。浮箱整体下放至底部接近水面时，在两侧施工平台桩顶横梁上方设置4道25#工字钢，在每道25#工字钢下方设置两个手拉葫芦，通过手拉葫芦将套箱整体悬拉在水面以上，实现钢套箱的高度调整。此时，作业人员进入套箱对套箱与灌注桩之间的空隙进行填补处理（焊接钢板或填充沙袋等措施），并对套箱进行下水前的缝隙检查与修补。通过调节手拉葫芦对套箱进行整体下放，下放过程中同时操作各手拉葫芦，保持套箱平稳下水。套箱下放到指定标高后将套箱与灌注桩永久钢护筒进行焊接连接，防止因浮力过大导致套箱上浮。浮箱吊放完成后需对浮箱进行锚固，以抵抗其所受施工荷载、浮力、水流冲击力的作用（见图 7）。常见的锚固方式分为两大类：浮箱与支墩结构连接，通过设置型钢连接等方式实现箱体与支墩结构的传力连接；浮箱与桥梁结构构件连接，通过将浮箱与预埋在支承桩等结构构件内的预埋件相连等方法达到将作用力传递至支承桩的目的。3.2 浮箱内堵漏与降水3.2.1 浮箱内堵漏考虑到浮箱安装就位的方便及确保浮箱能够在水中自由下沉，浮箱底板与支承桩之间往往会留有一定的空间，为保证浮箱内降水的有效性，需对底板与支承桩之间进行堵漏处理（见图 8）。可采用以下几种方式进行堵漏：重物堆堵：通过堆置沙袋、钢板以达到堵漏的目的，此法简单方便，适用于浮箱内外水头差较小、漏水断面较小的情