内河库区水下钢混组合吊箱围堰施工的应用分析

温晞

（南平市交通运输综合执法支队，福建南平 354200）

1 工程概况

项目为内河码头工程，施工地点位于闽江水口至沙溪口段库区内，现场水位与水口电站坝上水位大致相符。自2021年11月以来，因下游航道治理工程完工，水口坝上蓄水位恢复至+65m，蓄水期间（9月—来年3月）水位保持在+64～65m 之间，汛期防洪汛限水位保持在+61m 左右。该工程较多钢筋混凝土现浇结构，因闽江水位发生巨大变化，如负三层桩帽（底标高+59.0m）等结构将长时间位于水下，平时基本无施工窗口期进行干施工，需要采取措施创造干施工作业条件[1]。

2 施工方案选择

经交通主管部门召开协调会，综合考虑项目造价及工期，采用造价最低的单桩帽钢吊箱方案制造干施工作业条件，由有资质的专业设计单位进行专项设计，并邀请专家对设计及施工方案进行专业评审，从而解决码头负三层结构等现浇问题[2]。结合水文地质条件，通过施工工艺调研及经济性比选，该工程负三层桩帽范围内现浇混凝土结构（桩帽、靠船构件、立柱）采用水下钢混组合吊箱围堰施工[3]。

3 钢吊箱设计

钢吊箱作为负三层现浇结构施工的围堰挡水结构，同时也是负三层桩帽部位的施工模板。根据桩帽、靠船构件、立柱等结构的施工图纸，经设计围堰平面尺寸为3.712m×5.412m，壁体高度为6.55m，壁体钢面板为10mm 钢板，围堰底板为钢混结合的预制底板，底板在桩基位置预留孔洞并设置环向圈梁，预留孔与钢护筒间留置20cm 空隙，混凝土部分底板厚度为25cm，混凝土标号为C50，整拼后钢吊箱质量约为50t。钢吊箱各分块壁体使用封边槽钢钢管与工字钢组合锁扣连接，壁体使用精轧螺纹钢连接在底板的预埋件上。在底板预埋件上安装止推块，并通过止推钢板与壁体底部封边槽钢焊接起来。钢吊箱围堰内受力转换体系共设置4 处拉压杆以及6 处剪力板。设置4 台同步连续作用千斤顶对围堰进行整体下放[4]。

4 施工工艺流程

该项目因钢吊箱吊装施工需要，灌注桩施工搭建的钢栈桥及钢平台需保留部分，用于吊装及材料临时堆放和运输，需拆除对应桩帽上方钢平台，为钢吊箱安装下放预留空间。钢吊箱安装完成后，先安装靠船构件，再进行桩帽施工。桩帽尺寸为3m×4m，高度为1.5m，一次性浇筑成型，桩帽混凝土达到强度后进行立柱施工，最后拆除钢吊箱[5]。

总体来说有五道主要施工工序：钢吊箱加工与安装、钢吊箱整体下放、预制底板与钢护筒间封堵混凝土浇筑、钢吊箱抽水、干施工作业条件下施工。具体施工工艺流程如图1所示。

图1 施工工艺流程图

5 施工工艺及方法

5.1 钢吊箱加工

钢吊箱作为桩帽施工的挡水和模板结构，满足施工期各工况受力要求。吊箱内壁和钢护筒之间设置导向装置，确保钢吊箱整体下放的偏位控制。

在钢吊箱施工前，必须完成灌注桩施工，且钢护筒要高出施工水位一定高度，钢吊箱安装前要在钢护筒上进行标高定位。

钢吊箱的钢结构部分在后场分块加工制作；混凝土底板在施工现场预制场内预制，采用25cm 厚C50钢筋混凝土板，将吊环、剪力板、拉压杆等安装预埋件提前预埋在底板内。需要在后场加工的构件主要有：钢吊箱壁体、混凝土预制底板、靠船构件壁体及其他钢结构。加工时要注意以下几点：

其一，壁体上壁体梁系、竖向背肋、封边槽钢、吊耳等的加工必须严格按施工图纸下料，严格控制下料尺寸。

其二，钢吊箱底板、壁体尺寸必须符合设计要求。

其三，钢吊箱壁体内壁加工应符合相关规范对模板的质量要求。

其四，焊缝质量必须符合设计以及相关规范要求。

5.2 钢吊箱安装

钢吊箱在后场分块制作完成后，用平板车运至桩位处拼装，采用汽车吊进行作业。

5.2.1 搭设拼装平台

拼装平台作为钢吊箱安装的支撑点，承受钢吊箱的重量。安装前，先进行外侧辅助钢管桩施打，后将钢管桩与平台桩基及附近钢护筒使用型钢焊接连接，作为钢吊箱前端支撑平台。然后在施工钢护筒上按设计图位置开设2 对孔，钢护筒的开孔底标高比现状水位高0.5～1.0m。孔口下方钢护筒外壁采用2cm 厚钢板补强，穿入2 根工40b 工字钢作为钢吊箱后部支撑。支撑梁在后场加工成型，在钢平台拆除时开始安装[6]。搭设拼装平台完成后，须对平台各处的标高进行测量，保证在同一水平面上。

5.2.2 钢吊箱预制底板安装

预制底板利用汽车吊起吊至指定位置安装。吊装就位后，在预制底板四周与壁体连接部位上浇筑厚度约3cm 的砂浆找平层，其上再铺设一层厚1cm 的橡胶垫层，找平层保证壁体与底板接触良好，橡胶垫层能有效防止连接处的渗水问题[7]。

5.2.3 钢吊箱侧壁安装

按照先后顺序拼装钢吊箱侧壁，调整壁体的位置保证精确定位，并调整垂直度满足要求，放入止推块锁紧连接壁体与底板的对拉杆，在壁体与主梁之间浇筑30mm 封堵砂浆，保证壁体与底板之间连接牢靠[8]。

安装时，使用临时支撑将壁体临时固定，临时固定构件采用型钢焊接于钢护筒上。按照对角对称的原则依次安装壁板。

5.2.4 导向架、定位装置、扁担梁、拉压杆安装

当壁体与环向主梁之间的封堵砂浆达到强度，钢吊箱的整体稳定性良好，在拼装平台上不受水位影响，可以进行其他构件安装。

钢吊箱共布置6 个导向架，分2 层布置在钢护筒的三个方向上。导向架一端固定于壁体上，与钢护筒接触一端安装轴承，保证钢吊箱在下放过程中沿钢护筒稳定下滑。

定位装置保证下放到位的钢吊箱在水流、风等外力荷载下，保持稳定不发生晃动。钢吊箱通过定位装置与邻近的钢管桩连接，形成稳定的整体，从而保证后续封堵混凝土的施工质量[9]。

安装扁担梁及拉压杆，将下放吊点支座及拉压杆下支座按设计位置与混凝土底板上的预埋件进行焊接，扁担梁与下放吊点支座铰接，拉压杆与拉压杆下支座铰接。拉压杆在钢吊箱下放完毕后对钢吊箱进行固定，承受钢吊箱的整体重量、抽水阶段浮力以及后期施工中的荷载。

5.2.5 下放系统安装

下放系统包括钢护筒上的承重挑梁、下放千斤顶、钢绞线及扁担梁等。在预制底板上设置4 个下放吊点，按照设计图将加工好的“十”字形承重挑梁焊接在钢护筒顶部。在承重挑梁下方的护筒上提前焊接加强板和加劲板。将4 台千斤顶安装在承重挑梁上，穿入钢吊箱，并将钢绞线锚固在对应下放吊点的扁担梁上，张紧钢绞线，准备钢吊箱下放。

5.3 钢吊箱下放

下放钢吊箱前，检查侧壁与底板、侧壁中间的密封性。选择适合的天气、潮位情况下放钢吊箱。钢吊箱采用4 台连续作用千斤顶下放，分别布置在钢护筒四个方向。

5.3.1 拆除拼装平台

4 台千斤顶为100t 的同步千斤顶，采用统一的液压系统，最大行程为25cm。使用前，应调试千斤顶系统，保证同步性。同步顶升千斤顶，使钢吊箱脱离钢护筒上的支撑梁10～15cm，并保持12h。其间，观察钢吊箱壁体、预制底板和承重挑梁等的变形情况，无异常则拆除拼装平台[10]。

5.3.2 钢吊箱下放

保持连通器打开，通过4 个同步千斤顶下放钢吊箱，每次下放的行程按15cm 控制，直至钢吊箱下放至设计标高后，锁死千斤顶。

5.3.3 转换拉压杆受力

钢吊箱下放到位后，要对其进行测量复核，并根据测量结果对钢吊箱位置进行调整，直至钢吊箱位置符合设计及规范要求。调整到位后，开始安装拉压杆。拉压杆采用双拼槽钢加工而成，拉压杆下部与钢吊箱预制底板铰接，上部与钢护筒焊接。拉压杆在封堵混凝土施工时辅助受力，在钢吊箱抽水过程中主要承受浮力。拉压杆安装完毕后，移除吊杆、千斤顶及挑梁。

5.4 钢吊箱封堵混凝土施工

采用C40 微膨胀的水下不离析混凝土进行封堵。水下不离析混凝土是在普通混凝土中添加不分散剂配置而成，拌和物在水中浇筑不离析、不分散、水泥不流失，能自流平、自密实。封堵范围为预制底板与钢护筒之间环向间隙范围、封堵厚度为50mm，封堵方量约为0.13m3。

封堵混凝土施工是及时、有效形成桩帽干施工环境的关键工序。要根据现场实际情况，选择合理的浇筑工艺，加强配合比设计，提高混凝土的性能。对封堵设备进行合理配置，加强设备的维修保养、施工现场的组织管理，使封堵混凝土施工有序进行，确保封堵混凝土的浇筑质量[11]。

封堵混凝土施工使用内径φ150mm 的软管，插入钢护筒与预制底板的环向间隙中进行浇筑。根据现场实际操作空间，在上方置小料斗，提前计算护筒间封堵混凝土的使用量，保证混凝土的供应充足。

5.5 钢吊箱临时固定

钢吊箱下放至设计标高，钢吊箱抽水前，对钢吊箱壁体与邻近钢管桩及钢护筒进行临时加固，以平衡在抽水过程中钢吊箱结构偏心导致的不平衡荷载[12]。

5.6 钢吊箱抽水

待封堵混凝土的同条件养护试块强度达到设计要求后，关闭壁体上的连通器，使用水泵抽水。在抽水作业过程中，检查拉压杆的受力情况以及钢吊箱侧壁连接处的漏水情况，发现漏水应及时采取措施进行处理，保证钢吊箱内的干施工作业条件。待钢吊箱内的水抽干后，拆除底板上的扁担梁。

5.7 钢吊箱的体系转换

钢吊箱抽水完毕，沿钢护筒四周焊接6 块剪力板，剪力板一端与护筒焊接，另一端与预制底板上的对应预埋件焊接成整体。待剪力板焊接完成检查无误后，即可拆除拉压杆，实现钢吊箱的体系转换，由剪力板受力。

5.8 干施工作业条件下施工

此时即可在干施工作业条件下，进行割除钢护筒、桩头处理、桩基检测、靠船构件安装、钢筋绑扎、混凝土浇筑等施工作业。

6 结语

根据工程项目特点，介绍了钢混组合吊箱围堰在内河库区码头低保证率水位变动区水下混凝土结构施工中的应用，且因码头桩帽偏心，又有靠船构件偏载，钢吊箱围堰施工技术难度大，要求高。在实际应用中，可以为其他水下混凝土结构施工提供借鉴和参考。