1、前言

中铁九局集团有限公司承建的土建工程第五合同段垒长3km，施工地段平均海水深约5～6m，海床面下为层厚10m左右的淤泥，下层为3—5m的亚粘土。从施工可行性分析，承台围堰只能采用传统的钢吊箱围堰。但由于海洋工程的特点，采用钢吊箱围堰进行施工所需周期较长，另外投入资金较大，消耗成本也较高。经过公司技术人员和专家多次研讨，并与其他合同段及业主集思广义，大胆探索，采用混凝土套箱围堰的方案替代了传统的钢吊箱围堰方案：混凝土套箱为在码头预制的有底箱式结构，底板预留钢护筒孔洞，在孔洞内预设止水气囊，在混凝土套箱上安设吊架，用浮吊吊装混凝土套箱，通过吊架吊挂在钢护筒顶。混凝土套箱就位后，在护筒上焊接反压牛腿，防止套箱止水后上浮，向止水气囊内注水堵塞底板和护筒之间的空隙，之后抽水形成干施工条件，再用连接板将护筒和混凝土套箱连接为整体完成受力转换，即可拆除护简，进行正常的承台施工。

2、施工原理

混凝土套箱的施工设计是通过分析套箱在海水中承受的静水压力、浮力、水流力、波浪力、风荷载以及浇注承台混凝土时产生的侧压力等作用力的作用下既能保证套箱结构的安垒性和整体稳定性同时又要保证有效隔离海水不能对承台和墩柱施工过程中的钢筋和混凝土造成腐蚀的情况下进行的。主要工艺原理是，先预制砼套箱以及加工与砼套箱顶部连接的钢结构防浪板形成带有钻孔桩钢护筒预留孔的筒式结构，在预留孔洞内安设高压气囊，利用浮吊将带有吊架的混凝土套箱悬吊在钢护筒顶上。套箱调整到设计位置后，焊接反压牛腿防止套箱止水后上浮.之后往气囊内充水止水，将套箱内外的海水隔离，之后抽除套箱内的海水以形成干施工作业环境。再用高强膨胀砂浆填堵在气囊上面，确保不漏水的同时保护气囊不被后续焊接施工的焊渣烧坏，然后在此环境中焊接砼套箱承受全部外力作用的套箱和护筒之间的连接板，完成受力体系转换，拆除吊架和反压牛腿，进行正常的承台施工。

3、施工流程及要点

3.1总体程序和步骤

施工流程：套箱和防浪板的预制组装一套箱装船出运一起重船就位吊装、套箱调位一安装反压牛腿一混凝土套箱止水胶囊觅水一套箱内抽水一焊接连接板一拆除套箱临时固定完成体系转换一承台、墩柱施工一拆除防浪板

3.2砼套箱的预制及安装

3.2.1砼套箱钢筋、预埋件施工

根据实测的钢护筒位置确定柱孔预留位置，桩位数据由测量组提供，技术部绘制放样图纸下发给现场技术员，指导作业队放样。钢筋统一在后场基地下料，运往现场绑扎。现场在放样的区域进行钢筋的绑扎顺序：底扳放线→绑扎底板下层钢筋→垫底板保护层垫块→绑底板上层筋→绑扎侧壁钢筋→垫侧板保护层垫块。在钢筋绑扎的过程中适时进行底板锚板、侧板顶面螺栓的埋设。

3.2.2砼套箱模板安装与拆除

(1)、混凝土套箱模板结构设计；

混凝土套箱模板由外模、内模、底板预留孔模组成。

(2)、模板安装方法和步骤简介

用50t履带吊将单块模板安装到放样线位置，先安装外模，安装固定四块外模的竖向连接螺栓，将整体尺寸调整好后，焊接外模底部的限位加固设施；然后安装4个预留孔的模板，再安装内模，检查、调整内模尺寸后，最后在内外模顶口用圆钢拉杆拉紧，进行内模的加固。模板的拆除顺序与安装顺序相反。

3.2.3砼套箱混凝土浇筑与养护

(1)、混凝土套箱的浇注

混凝土由后场拌和站提供，混凝土罐车运输，汽车泵泵送入模，砼套箱的配合比采用与承台一样的配合比。先浇筑底板的混凝土，浇注时坍落度控制在14～15cm，底板浇注完成后静停2个小时，之后浇注侧板混凝土。在浇筑侧板混凝土时期由于侧板壁很薄，为方便下料及振捣，在浇筑侧板混凝土时控制在18～20cm。侧板混凝土分层浇筑分层振捣，四个方向的侧板均匀布料浇筑。

(2)、混凝土套箱的养护

为缩短养护时间，保证混凝土套箱的预制和吊装进度，套箱养护主要采用蒸汽养护的方式进行养护。蒸汽养护可使混凝土在较高温度和湿度条件下，迅速达到所要求的强度。蒸汽养护主要依靠2T的柴油蒸汽锅炉进行，预先铺设好管道。养护时用壁厚10cm的临时板房将拆完模板的围堰罩在里面，每个围堰养护结束后板房进行周转使用。

3.2.4砼套箱止水胶囊安装

经检验合格的防浪板，运往混凝土套箱预制平台，分块安装到混凝土套箱侧板的顶面，安装前在防浪板底面粘贴4cm厚防水橡胶条，紧固连接螺栓后，4cm厚防水橡胶压缩为2cm厚。

止水气囊的安装由气囊提供厂家指导自行安装。

接、气囊安装完毕

3.2.5吊架的挂设与调整

在混凝土套籍达到吊装强度后，开始安装吊杆和吊架，在安装的过程中根据实测数据微调吊杆的长度，以确定吊架搁放在钢护筒上后，可以满足混凝土套箱在设计的标高位置。

3.2.6套箱的下放安装

200t浮吊提起套箱吊装钢绳稍微施力，解除套箱与运输驳船之间的临时固定约束，之后浮吊施力将套箱吊起，通过专职指挥和吊装工的观察、指挥浮吊臂杆转动、变幅，牵动缆风绳，使套箱底部高于钢护筒顶1～1.5m左右(安全高度)，同时使每个混凝土底板预留孔基本上对准每根钢护筒，然后缓缓地、匀速下放套箱。套箱吊架支撑到钢护筒顶上后，测量人员立即用全站仪观测套箱的偏位情况，随时将结果报给指挥人员，以指挥浮吊的各项操作。

放、套箱下放完毕

3.2.7套箱位置平面位置调整

套箱平面位置调整，通过在混凝土套箱与钢护筒之间的调位千斤顶进行，在套箱粗定位完成后，选择潮位低于+Om的时安放8个10t的千斤顶进行精确调位，测量人员在海上测量平台上观测，指挥套箱的调位。

3.2.8反压牛腿焊接

套箱平面位置确定后，在钢护筒上焊接反压牛腿反压在防浪板顶部，防止在止水后套箱在浮力的作用下上浮，每根钢护筒上焊接两个反压牛腿，共计8个，在高潮位时，单个反压牛腿受载约25吨，根据计算反压牛腿采用21工25b或2232a材料加工制作，长度90cm，并焊接2[14a斜撑，注意反压牛腿必须压在防浪板竖向通长的[16a上。

3.2.9气囊充气止水

反压牛腿焊接完毕后，尽量选择在低潮位进行气囊充气止水，将气囊的气闷管与空压机气管对接后，开动空压机对气囊充气，依次完成4个气囊的充气。气囊充气应由有施工经验的操作人员完成，对气囊的充气量进行估计，防止充气过多导致气囊爆裂。

3.2.10套箱内抽水、砂浆二次封堵间隙

在气囊止水完成后，利用4台抽水泵在1个小时内将套箱内的水抽千，提供干作业环境。抽水时选择好时机，在潮水到达最低潮时完成抽水，随后用事先拌制好的膨胀砂浆将钢护筒与底板之间的间隙封堵，确保套箱内不漏水。

3.2.11钢护筒与底板预埋件焊接

在完成砂浆封堵后，立即将钢护筒与混凝土底板固定，利用下料好的厚20mm连接钢板将钢护筒与混凝土底部上的预埋件焊接，单根钢护筒需焊接16块连接钢板，4根共计64块，焊接工作量较大，配备4台电焊机同时焊接。现场技术员需对焊接质量进行严格检查，焊缝高度不小于钢护筒壁厚(14mm)，确保焊接质量。

3.2.12调位千斤顶、吊架拆除

钢护筒与底板预埋件焊接固定后，可拆除平面调位千斤顶；钢护筒顶上的反压牛腿、吊架，套箱的重量由钢护筒与底板的连接钢板传递给钢护筒，完成受力体系转换。

3.2.13套箱侧壁粘贴泡沫板、止水条

为防止混凝土套箱侧板在承台混凝土的侧压力下开裂，在混凝土套箱侧板内壁除粘贴止水条的位置粘贴2cm厚的泡沫板；为防止海水从泡沫板渗入已浇筑的承台混凝土内，在距套箱侧板顶面5cm位置的内壁四周粘贴2×3cm的遇水膨胀止水条。混凝土套箱内清理干净后，钢筋绑扎前，可开始套箱侧壁泡沫板、止水条的粘贴，为保证施工质量，泡沫板、止水条以及粘贴胶水，均选用业主指定的产品。

3.2.14防浪板拆除

考虑到承台表面需进行防腐涂装以及墩身施工，防浪板的拆除安排在首节墩身施工完毕后拆除，在有多功能作业船驻位时，考虑其吊装高度及吊装重量，拟定将防浪板分成四块拆除。当有大型浮吊驻位在旁边时，拟定整体拆除方案，整体拆除时，需利用吊架(重约2t)辅助拆除，单个防浪板重约14.1t，可利用150t浮吊的小钩进行整体拆除。

3.2.15混凝土套箱顶面、承台顶面修复

在防浪板拆除后，选择低潮水位，人员上到承台顶面，利用专用扳手将混凝土套箱侧板顶面预埋的圆台螺母拧出，回收后清点数量统一交回混凝土套箱预制单位周转使用；填与承台同标号的混凝土砂浆，防止海水腐蚀混凝土套籍钢筋。

4、质量控制

1、混凝土套箱预制前应根据现场实测桩位确定底板预留孔位置，以便减少安装时的轴线误差。

2、混凝土套箱为承台的防腐起决定性作用，应按照永久工程考虑，预制时注意混凝土的施工质量控制，必须接照报批的海工混凝土进行施工。

3、防浪板与混凝土套箱采用M30圆台螺母连接，预置时应保证位置准确，拆除后对套箱上的外漏部位进行防腐处理。

4、混凝土套箱安装前应将钢护筒标高找平，误羞±5mm内，别于套箱的底板标高控制。

5、混凝土套箱的施工要点是止水胶囊止水，吊装前确僳护筒上无突出铁件，下放套箱时应尽量避免止水胶囊的刮碰。

6、混凝土套箱安装时，应确保与护筒连接的连接板焊缝质量，严格按照《建筑钢结构焊接技术规程》进行控制。

5、海上混凝土套箱围堰特点及应用范围

5.1特点

1.单个承台的有效施工时间从25天缩短到8天，大大加快了承台的施工速度，为完成整个大桥工程施工速度提供了有力的保证，

2.承台混凝土浇筑后，承台混凝土与套箱混凝土结为一体，混凝土套箱相当于承台的保护套，承台混凝土侧表面不需再进行防腐涂装施工，避免了防腐涂装施工程序，即减少了施工成本，又节省的施工工期；

3.不需进行水下混凝土封底、承台模板安装。套箱拆除等工序，避开了这些工序施工诸多的质量、安全风险(如封底失效，漏水及安垒方面的风险)，有利于施工的安全开展和有效控制，确保质量和工期，特别是对大量的海上承台施工有相当大的优势，对整个大桥的质量和安全提供有力的保障；

4.混凝土套箱的预制可实现工厂化施工和管理，海上混凝土套箱安装工序看似繁多，但较为简单，容易控制，相对于有底或无底围堰的施工需进行封底施工、承台模板安装等繁琐工序来说要简单得多，这也有利于现场的施工管理，质量控制。

5.混凝土套箱在码头预制，可批量生产，增加投人以加快施工进度的效果较采用封底或无底鲋围堰工艺施工的明显。

6.混凝土套箱的预制及安装在资金使用上是逐步投入

5.2应用范围

本工法适用于深水中的桥梁承台施工。

6、结语

海上混凝土套箱围堰的成功设计研究及应用，为青岛海湾大桥的顺利建设起了很大的作用，取得了显著的效果，带来了较大的经济效益，它所有带来社会效益更是无法估量。充分将大桥的建设理念及工程人创新精神体现出来。