一种可重复使用的钢套箱围堰结构及其施工方法与流程

本发明涉及桥梁施工技术领域。

背景技术：

由于钢结构加工、运输、下沉方便等方面的优越性，钢套箱围堰越来越广泛地应用于大型深水桥梁的基础施工中。双壁钢围堰是我国桥梁技术人员发明的一种围堰形式，它首次出现于上世纪70年代九江长江大桥，目的在于解决洪水期施工问题及围堰渡洪安全问题。相比其它形式的围堰而言，双壁钢围堰具有如下优点：①能够承受较大的水压，使得洪水期施工成为可能；②双壁钢围堰刚性大，能够承受向内向外的压力，安全性更高；③双壁钢围堰工序简单，主要工作就是围堰组拼，吸泥清基方便。在工程技术领域施工依靠于设计，设计总是在满足安全性适用性耐久性前提下尽最大可能满足经济型。

目前不同桥墩承台尺寸需设计不同钢围堰，钢围堰多是一次性使用，浪费材料，导致成本增加，所以有必要设计一种能重复使用的新型钢套箱围堰结构。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种可重复使用的钢套箱围堰结构及其施工方法，该结构简单，设计合理，稳定性好，施工方便，通过划分为节段、节块的方法，增减节段数目和对称去的节块数目即可适用于不同尺寸的墩台和不同水深的施工，不必再设计多种钢套箱围堰，能重复利用钢围堰节块于不同尺寸的墩台，节约材料，减小施工成本。

现有技术中的普通钢围堰需根据不同桥墩承台设计多种尺寸，且大多是一次性使用、节块回收再利用困难、浪费材料而导致成本增加。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种可重复使用的钢套箱围堰结构，包括外壁面板和内壁面板，钢套箱围堰为外壁面板和内壁面板通过水平支撑和水平环板连接形成箱体结构，其包括从底部到顶部依次层叠连接的底节段及至少一个顶节段，每一节段分为若干节块，同一节段的节块高度相等，每节块之间设置有竖向隔舱板，与底节段相连节段的底部设置有封闭的水平底板，每一隔舱内水平底板开孔并设置混凝土导管，混凝土导管穿过水平底板进入底节段壁舱。

作为优选，所述外壁面板和内壁面板的内侧均设置有若干个竖向壁板加劲肋。

进一步优选的，所述钢套箱围堰内部水平地设置有若干个内支撑钢管。

更进一步优选的，所述钢套箱围堰的主体结构为q235b钢构件；所述外壁面板和内壁面板均为6毫米钢板，水平支撑为8毫米角钢，水平环板为10毫米钢板，隔舱板和水平底板均为10毫米钢板；每节段和每节块之间均采用焊接连接。

一种能重复使用钢套箱围堰结构的施工方法，包括以下步骤：

1）将钢套箱围堰分为若干节段，每节段分为若干节块，每节块之间设置有竖向隔舱板，与底节段相连节段的底部设置有封闭的水平底板，每一隔舱内水平底板开孔并设置混凝土导管，混凝土导管穿过水平底板进入底节段壁舱，通过混凝土导管进行底节段舱体混凝土灌注；

2）施工时先拼装底节段，下放水中，使底节段填充混凝土浇筑至距水平底板预留底节段围堰切割位置，而后向壁舱内注水使第一层顶节下沉；按照对称拼装节块、接高围堰、逐段下沉节段的方法，使位于第一层顶节上层的顶节逐节下沉，使围堰下沉至设计标高；

3）施工完成后，向钢套箱壁舱内注水，在预留切割位置切割水平底板下底节段内外壁板，水下分隔底节段与第一层顶节；利用水密的水平底板，分次抽出一定量壁舱内的水，控制舱体内的水位，使围堰逐节段上浮，沿拼装焊缝、按拼装的逆顺序拆分节块，整修后用于下一墩台的施工。

作为优选，步骤1）所述的将钢套箱围堰分为若干节段的方式为将钢套箱围堰沿高度方向分为若干节段；所述每节段划分的若干个节块高度均相等。

进一步优选的，步骤2）的具体实施方法包括以下步骤：

1）工厂按照设计要求加工节块，在预拼场地拼装为节段且检验合格后准备进行施工；

2）在完成钻孔灌注桩施工后接高钢围堰，设置牛腿于钢护筒外侧水面之上，搭建牛腿平台用于拼装底节段围堰，测量纠偏工作同时进行，保证每节块定位准确，使每节块水平和垂直；

3）在围堰施工时，将钢护筒开槽并安装临时吊挂系统，底节段围堰拼装完成后，割除牛腿平台，利用卷扬机将底节段下放水中，通过混凝土导管进行底节段舱体混凝土灌注，使底节段下沉一定高度，对称拼装第一层顶节，分次浇筑混凝土或向壁舱内注水使第一层顶节下沉，以同样的方法再依次拼装其他节段至下沉完成；其中底节段的填充混凝土至多浇筑至距第一层顶节水平底板预留切割位置停止，而后可向壁舱内注水使第一层顶节继续下沉。

更进一步优选的，所述预留切割位置的范围为0.2～1米。

更进一步优选的，所述施工方法通过增减节段数目和对称区域的节块数目，以适应不同尺寸墩台和水深的施工，实现节块重复使用；根据每个桥墩基础的承台标高和承台底部淤泥层的实际厚度调整底节和第一层顶节的高度，拼装好的钢套箱围堰具有水密性。

更进一步优选的，所述混凝土均为c30级混凝土。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供一种可重复使用的钢套箱围堰结构及其施工方法，该结构简单，设计合理，稳定性好，施工方便，通过划分为节段、节块的方法，增减节段数目和对称去的节块数目即可适用于不同尺寸的墩台和不同水深的施工，不必再设计多种钢套箱围堰，能重复利用钢围堰节块于不同尺寸的墩台，利用第二节围堰水密的水平底板，通过水的浮力，使底节上部围堰上浮的方法使底节上部围堰节段得以回收再利用，此钢套箱围堰结构及其施工方法可节约材料，施工方便且减小施工成本。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明另一个角度的结构示意图

图中：1、外壁面板；2、内壁面板；3、壁板加劲肋；4、水平支撑；5、水平环板；6、隔舱板；7、水平底板；8、混凝土导管；9、内支撑钢管；10、墩身；11、承台；12、钻孔桩。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，凡在本发明的技术方案的基础上所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的范围之内，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种可重复使用的钢套箱围堰结构，包括外壁面板和内壁面板，钢套箱围堰由外壁面板1和内壁面板2之间通过水平支撑4和水平环板5连接形成箱状结构；钢套箱围堰沿高度方向划分为四个节段,从底部到顶部依次为底节段j1、第二节段j2、第三节段j3，第四节段j4，每节段划分为十个节块，由十个等高的节块对称拼装而成，十个节块分别为a和a'区、b和b'区、c和c'区、d和d'区、e和e'区，其中，a区与a'区结构块完全相同，其他块以此类推也相同；每节块之间设置有竖向隔舱板6，外壁面板1和内壁面板2的内侧均设置有若干个竖向的壁板加劲肋3，第二节段j2的底部设置有封闭的水平底板7，每一隔舱内水平底板7开孔并设置混凝土导管8，混凝土导管8穿过水平底板7进入底节j1壁舱，钢套箱围堰内部设置有若干个水平的内支撑钢管9。

在这里需要说明的是，本发明的钢套箱围堰的主体结构均采用钢材质，且钢材质均为q235b；材料技术条件符合《碳素结构钢》（gb1700-2006）的要求，本施工方法中所用到的混凝土的等级均为c30；外壁面板1和内壁面板2采用6毫米钢板，壁板加劲肋3为∠75x50x8mm角钢,水平支撑4采用∠75x75x8mm角钢，水平环板5采用250mm（宽）x10mm（厚）钢板，隔舱板6和第二节j2水平底板7采用10mm钢板，且共设三层井字撑，三层井字撑采用φ630*10mm钢管，钢管的传力采用传力架完成，其中，每节段和每节块之间连接方式均采用焊接连接。

上述可重复使用钢套箱围堰结构的施工方法，具体包括以下步骤：

在设计时，综合各种情况，首先调查获取墩台施工地点地质水文以及施工图，根据调查结果合理地划分节段数量和尺寸，根据不同墩台尺寸和水深设计制作围堰，将围堰沿高度方向合理划分为四个节段，每节段划分为十个等高的节块，每节块之间设置隔舱板6，在第二节j2围堰底部设置封闭的水平底板7，水平底板7预留混凝土导管8通道，拼装好的钢围堰应整体具有水密性；工厂按设计要求加工单元块，在预拼场地拼装检验合格后进行施工；采用焊接方式将每个节块的内壁面板2、外壁面板1通过水平环板5和水平支撑4相连形成箱体结构；在每个节块的壁板上焊接竖向的壁板加劲肋3和隔舱板6，并要求水密。

围堰施工时，完成钻孔桩施工后，接高钢护筒，设置牛腿于钢护筒外侧水面之上，搭建底节拼装平台，首先在平台拼装底节段j1围堰，测量纠偏工作同时进行，保证节块定位精确，使节块绝对水平和垂直；将钢护筒开槽并安装临时吊挂系统，割除临时牛腿支撑平台，利用卷扬机将底节段j1下放水中，通过混凝土导管8进行底节段j1舱体混凝土灌注，使底节段j1下沉一定高度，对称拼装第二节段j2，计算底节段j1混凝土的浇筑量，至多使底节段j1填充混凝土浇筑至距第二节段j2围堰水平底板7预留底节段j1围堰切割位置0.5米时停止，而后可向壁舱内注水使第二节段j2围堰继续下沉；按照对称拼装节块、接高围堰、逐段下沉节段的方法，使第三节段j3、第四节段j4逐节下沉，使围堰下沉至设计标高；进行吸泥下沉、封堵、砂垫层填充、浇筑封底混凝土、抽水安装内支撑钢管9、清基、钢护筒割除、桩头凿除、墩台浇筑等工序的施工。

施工完成后，为防止割除底节j1后围堰的上浮高度过大，向钢套箱壁舱内注水，在预留切割位置水下切割水平底板下的底节段j1内外壁板；水下分隔底节段j1与第二节段j2；利用水密的第二节段j2底部的水平底板7，分次抽出一定量壁舱内的水，控制舱体内的水位，使第四节段j4围堰上浮，沿拼装焊缝、按拼装的逆顺序拆分节块，以同样的方法，使围堰逐节段上浮，沿拼装焊缝、按拼装的逆顺序拆分节块，整修后用于下一墩台的施工

其中需要注意的是，在设计时，综合各种情况，首先调查获取墩台施工地点地质水文以及施工图，根据调查结果合理地划分节段数量和尺寸，按照不同桥墩10承台11尺寸合理划分节块长度和高度，根据节段大小合理地对称划分节块，使节段的增减对应水深的变化，使节块的增减对应各种墩台尺寸的变化。

在这里需要说明的是，本发明的钢套箱结构适用于水中承台11的施工，根据每个桥墩基础的承台11标高和承台11底部淤泥层的实际厚度调整底节段j1和第二节段j2的高度来适应不同尺寸墩台和水深的施工，还可通过增减b和b'区的钢套箱围堰节块数目水以适应不同尺寸墩台和水深的施工，实现节块重复使用。

在施工过程中需要注意的是壁舱内应保持一定的水位，其高度根据封底混凝土顶标高和水位标高而定，原则上处于两者中间范围；必要时向围堰内和舱体内注水，保持合理内外水头差；在拼装时要求上下隔舱板对齐，相邻水平环板对齐，上下竖向加强肋3允许不对准，但必须和水平环板5焊牢，焊接质量均应满足要求，壁板、隔舱板焊缝必须通过煤油渗透实验检查，内外壁钢板拼缝处采用0.3x0.15m@0.5m贴板贴焊，贴板和壁板要求满焊，并保证水密性。

还需要说明的是本发明的钢套箱结构和施工方法中所有用到的全部钢材、焊条等主要材料均应符合设计文件及现行标准的要求并附有出厂合格证，否则应进行力学、化学及可焊性试验；所用钢材表面应平整光洁，发现影响强度和变形的缺陷，应废止使用；钢套箱开始制作前，施工人员应熟悉并校核全部图纸，绘制工艺分解图等，采用适当的焊接工艺和焊接参数；制作场地的工作台、平整度均应满足制作精度要求；钢套箱分块制作一件后，应测量单元产品全部尺寸，经检查无误后，再制作第二件，两块件经试拼装合格后，方可批量生产；钢套箱构建连接均采用焊接，焊接加工构件制造时，加工单位应制定严格措施，优化施工工艺，减小构件加工变形，降低焊缝残余应力，出现变形应及时纠正；焊缝交汇处，必须采取有效措施加工防止应力集中；构件焊接接长时，加工单位必须严格按照施工图纸及相应的工程质量评定标准和钢结构制造质量检验标准严格执行；壁板与隔舱板要求水密，焊缝应进行水密性检查。各单元（分段）在胎架上制造，各部分制造误差±5mm，要保证结构拼装尺寸与焊接质量；焊后应进行校正，根据《钢结构工程及验收规范》进行检查验收，并提供焊接工艺质量检查报告；钢套箱制作完成交付使用前，制造单位应提供详细的自检资料，质检人员、施工人员和设计人员应对套箱进行严格检查验收，多方签字后方可投入使用；平面尺寸：钢围堰内侧壁板为承台模板，应严格控制内侧壁板尺寸，其尺寸应与设计要求相符。长、宽两个方向的长度允许误差分别为±20mm，内侧壁板表面不平度应小于0.5mm；钢板下料应采用剪板机或自动切割,拼板焊缝反面扣槽焊接，对接焊缝要保证焊透；钢围堰的加工制造要选择有技术和经验的符合规定资质的厂家；焊缝高度应按设计尺寸焊够，加劲肋与壁板间为双侧间断焊缝75（150）mm，即焊缝长度150mm，断开75mm，两侧交错焊接，焊缝高度6mm；水平支撑的环板、隔舱板的垫板与壁板间为双侧连续焊，焊缝高度8mm；水平支撑的角钢与环板采用三面围焊，焊脚尺寸取8mm，肢背焊缝长不少于130mm，肢尖焊缝长不少于60mm，其余各构件的焊接均采用连续焊，焊缝高度为板厚的1.2倍，对接焊缝要求焊透；各拼装单元（分段）的吊耳，由制造厂依据各起吊单元的重量自行设计加工；钢套箱加工制造：在工厂内进行，制造完成后运输到现场，运输过程确保套箱块件不变形和不受到损伤，施工过程中，钢套箱由于其他因素发生局部损坏和破损，应及时补救处理。

总之，本发明结构简单，设计合理，稳定性好，通过划分为节段、节块的方法，增减节段数目和对称去的节块数目即可适用于不同尺寸的墩台和不同水深的施工，不必再设计多种钢套箱围堰，能重复利用钢围堰节块于不同尺寸的墩台，利用第二节围堰水密的水平底板，通过水的浮力，使底节上部围堰上浮的方法使底节上部围堰节段得以回收再利用，此钢套箱围堰结构及其施工方法可节约材料，施工方便且减小施工成本。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明，对本实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本领域技术人员根据本发明的原理设计出其他结构的产品，均属于本发明的保护范围，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。