“先樁后堰”法拼裝下沉方形鋼圍堰施工技術(shù)

徐小祥

鐵道戰(zhàn)備舟橋處 243041

1 工程概況

江六高速芒稻河特大橋主橋跨越芒稻河，芒稻河為V級航道，每日漲落潮，漲落幅度為1.5m～3m。芒稻河特大橋全長1273.4m，橋跨布置為：12×25m+5×40m+（65+110+65）m+4×38m+15×25m。其中18#、19#墩為水中主橋墩，主橋上部采用三跨變截面預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁，主橋下部結(jié)構(gòu)采用直立式墩、鉆孔灌注樁基礎(chǔ)（摩擦樁設(shè)計）。18#、19#墩墩位處常水位水深約為5m～11m。承臺尺寸為長12.5m×寬12.5m×高4m，18#、19#承臺底標(biāo)高分別為-11.103m和-11.996m，墩位處河床標(biāo)高約為-4.5m。

墩位處地質(zhì)自上至下依次為：淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉砂夾粉土、粉細(xì)砂夾粉土，其極限摩阻力τi=20KPa～60KPa。

鋼圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計為正方形雙壁鋼圍堰，內(nèi)壁比承臺四周各加大25cm，內(nèi)側(cè)壁板為承臺模板。圍堰內(nèi)徑平面尺寸為13m×13m，內(nèi)外壁之間相距1.35m，圍堰總高度為20.6m。鋼圍堰封底砼設(shè)計采用C30標(biāo)號，厚度為3m～3.5m。

2 施工總體方案確定

該大橋鋼圍堰需要吸泥開挖10m，而圍堰內(nèi)壁距承臺僅25cm，圍堰偏位控制要求高。根據(jù)現(xiàn)場配備的20T高架浮吊吊裝設(shè)備、運輸船、機動舟等實際情況，對18#（19#）墩鋼圍堰施工確定采用“先樁后堰”法拼裝下沉施工，即先搭設(shè)鉆孔固定平臺進行鉆孔樁施工，然后拆除鉆孔固定平臺，利用護筒和插打鋼管樁搭設(shè)簡易鋼圍堰底節(jié)拼裝下沉平臺，并采用50T千斤頂?shù)纫惶滋嵘b置進行底節(jié)下水的方法進行圍堰拼裝，然后利用水上浮吊進行接高拼裝，采用55KW專用渣漿泵吸泥開挖下沉。

鋼圍堰施工流程：鋼圍堰岸上加工場分塊分節(jié)加工→搭設(shè)底節(jié)圍堰拼裝下沉平臺→底節(jié)鋼圍堰運輸拼裝→提升系統(tǒng)安裝→底節(jié)鋼圍堰下水定位→接高第二節(jié)鋼圍堰、配重下沉→接高第三節(jié)鋼圍堰、配重吸泥下沉→接高第四節(jié)鋼圍堰、吸泥、下沉到位→水下基底找平、樁身沖洗及封底砼施工。

3 鋼圍堰施工工藝和方法

3.1 鋼圍堰制作

根據(jù)設(shè)計施工圖紙和現(xiàn)場加工場地及吊裝設(shè)備配備實際情況，將鋼圍堰分4節(jié)加工制作，每節(jié)8塊，單塊重量不超過15T。加工前先加工胎架，然后在胎架上加工骨架。鋼圍堰骨架、面板等焊接嚴(yán)格按照設(shè)計規(guī)范要求進行，每塊焊接完成后先做水密性試驗，即采用在鋼圍堰外側(cè)涂抹白石灰，內(nèi)側(cè)相應(yīng)位置涂抹混合油（煤油：柴油＝3:7），觀測是否變黑來確定，變黑的部分重新割開重新焊接，并再次實驗直至合格為止。

制作工藝流程一般為：胎架制作→下料→制作焊接水平桁架→按節(jié)組拼骨架→內(nèi)、外壁板焊接→水密試驗→檢查驗收、分類分層編號堆放。

3.2 搭設(shè)底節(jié)簡易拼裝下沉平臺

利用20T高架浮吊在墩位處外圍一圈插打鋼管樁，其中4個吊裝吊點用承重基礎(chǔ)墩，4個拼裝用輔助基礎(chǔ)墩。每個承重基礎(chǔ)墩插打4根Φ529mm鋼管樁，每個輔助基礎(chǔ)墩插打2根Φ529mm鋼管樁，在鋼管樁之間以及鋼管樁和護筒之間焊接I25a承重牛腿，牛腿標(biāo)高比施工最高水位高30～50cm左右即可。在牛腿上可根據(jù)實際施工需要鋪放木板等搭設(shè)施工焊接作業(yè)平臺（詳見下圖18#墩、19#墩鋼圍堰拼裝下沉施工圖）。

圖1 18#（19）墩鋼圍堰下沉拼裝平臺施工平面圖

3.3 底節(jié)圍堰拼裝及下水

將驗收合格的底節(jié)單塊鋼圍堰利用浮吊、運輸船和機動舟倒運至墩位處，然后用20T高架浮吊逐塊吊裝進行預(yù)拼裝，底節(jié)整體預(yù)拼完成后，開始焊接固定牢固，最后全面焊接。底節(jié)圍堰底部為刃腳，容易側(cè)翻，需要用倒鏈或型鋼焊斜撐進行固定。拼裝焊接好后，需全面仔細(xì)檢查各焊縫，并做油密試驗，確保焊縫不漏水。底節(jié)鋼圍堰焊接完成驗收合格后時，開始安裝提升吊裝系統(tǒng)，其組成部分為Φ32精軋螺紋鋼升降桿，100T千斤頂，上下力傳遞工字鋼。主要原理是利用千斤頂頂推，并配合使用六角螺帽逐步松動而下沉，主要步驟為：

當(dāng)懸吊系統(tǒng)安裝完畢后，準(zhǔn)備底節(jié)下沉，下沉操作如下：

①首先擰緊上分配梁螺母，松開下分配梁頂螺母，然后利用千斤頂將上分配梁頂起，同時將鋼圍堰提升離開橫梁5cm。

②安裝限位裝置，拆除所有橫梁工字鋼。

③下落上分配梁（鋼圍堰同時下落）。

④擰緊下分配梁螺母，松開上分配梁螺母，空頂上分配梁（此時，上分配梁上升，鋼圍堰位置不動）。

⑤擰緊上分配梁螺母，松開下分配梁螺母，下落上分配梁（鋼圍堰同時下落）。

⑥重復(fù)（4）和（5）即可下沉首節(jié)鋼圍堰。

3.4 鋼圍堰水中接高

鋼圍堰水中接高采用1～2臺20T浮吊逐片對稱拼裝，拼裝時需要灌水配重調(diào)整平衡。接高第二節(jié)之前，在底節(jié)上安裝手動葫蘆，固定到定位樁上，防止雙壁鋼圍堰在接高過程中轉(zhuǎn)動。拼裝焊接過程中要通過抽水調(diào)整鋼圍堰的平衡，確保拼裝施工精度和安全。第二節(jié)拼裝完成后，緩慢對稱注水下沉。同理接高下沉第三～五節(jié)。

3.5 鋼圍堰定位下沉

鋼圍堰底節(jié)下水后開始均勻緩慢往隔艙灌水下沉，直至水面以上露出2m左右停止注水下沉。其他接高各節(jié)在焊接完成后，先做焊縫水密試驗，合格同樣采取注水和吸泥緩慢下沉。在下沉前用全站儀測量定位，并在鋼管樁和鋼護筒之間安裝導(dǎo)向裝置對圍堰準(zhǔn)確對位。

鋼圍堰著床前需要潛水員進行河床探摸，核對刃腳處河床高差是否相符下沉要求，復(fù)核無誤后對雙壁鋼圍堰立即進行注水壓重下沉，當(dāng)雙壁鋼圍堰底部距河床面0.5m時，停止注水，再次檢查圍堰的位置，若有偏位，及時用卷揚機、倒鏈進行調(diào)整，符合要求后安裝好導(dǎo)向定位裝置，然后及時注水著床。圍堰注水應(yīng)均勻、對稱地進行，圍堰內(nèi)外水頭差、相鄰隔艙水頭差等必須滿足設(shè)計要求。

為確保圍堰下沉偏位控制允許的25cm范圍內(nèi)，需設(shè)置牢固的導(dǎo)向定位裝置和糾偏裝置。

3.6 吸泥下沉

鋼圍堰在覆蓋層中采用向隔倉注水、澆注砼、圍堰內(nèi)吸泥的方法使之下沉，配重先用砼，砼澆筑到設(shè)計高度后，開始灌水。吸泥時用兩臺55KW渣漿泵布置在圍堰的中心附近同時對稱吸泥，吸泥過程中要用2～4臺30m3/h水泵向圍堰內(nèi)補水。

在吸泥過程中，要根據(jù)地質(zhì)報告對地質(zhì)實際情況進行判斷，勤測量，準(zhǔn)確掌握圍堰內(nèi)基底標(biāo)高，防止個別點超吸太多出現(xiàn)圍堰較大幅度傾斜或下沉猛等不安全的異常情況，若出現(xiàn)圍堰下沉緩慢情況時，要對圍堰整個受力情況進行分析計算，采取可行的處理方法，如在隔艙灌水、灌砂或澆筑砼配重等。

另外，在吸泥過程中，若堰內(nèi)護筒底部處在鉆孔灌注樁砼頂面以上時，吸泥到一定高度后，要對護筒進行穩(wěn)定加固處理或割除拔除處理，防止護筒突然下沉或傾倒。

3.7 基底整平和樁身沖洗

鋼圍堰下沉到設(shè)計標(biāo)高后，要對圍堰內(nèi)基底進行加密測點，測出基底平整情況，然后對照測量點位進行水下射水吸泥整平基底，刃腳處吸泥時要控制好吸泥量，防止超吸出現(xiàn)圍堰下沉、傾斜以及管涌翻漿現(xiàn)象?；渍胶?，要對圍堰內(nèi)所有鉆孔樁進行樁身清洗，將樁身附著物如泥沙、黏土護壁泥皮、雜物等徹底清除干凈，確保封底砼與樁身或護筒外壁周圍密貼不滲漏水。有以下幾種情況：

（1）若鉆孔樁護筒未嵌入封底砼厚度范圍內(nèi)，需要對砼灌注樁樁身周圍一圈封底砼高度范圍內(nèi)讓潛水員下水用高壓水槍沖和鋼刷對樁身砼表面附著物洗清理干凈，才能進行封底作業(yè)；

（2）若護筒底部嵌入封底砼底面標(biāo)高以下，若封底砼高度范圍內(nèi)地質(zhì)是砂土層，只需對護筒外壁周圍用高壓水槍沖洗即可，若是黏土層，則需潛水員下水高壓沖洗并用鋼刷刷干凈方可進行封底作業(yè)；

（3）若封底砼高度范圍內(nèi)有部分護筒嵌入，則仍需要潛水員下水沖洗，重點是將護筒以下封底砼高度范圍泥沙、泥皮等清理干凈，確保封底砼與灌注樁砼表面密貼結(jié)合牢固。

鉆孔過程中遇到特殊地質(zhì)情況的，出現(xiàn)漏漿回填木屑黏土、塌孔回填黏土再鉆孔等特殊情況的，封底前均要考慮這些不利因素，因為護壁泥皮厚，封底后極易出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。

3.8 水下混凝土封底

圍堰下沉到位后，在鋼圍堰和護筒頂利用型鋼搭設(shè)封底混凝土施工工作平臺，布置水下砼封底用導(dǎo)管。布置導(dǎo)管時，考慮每根導(dǎo)管作用半徑為3m～6m，共需要4根導(dǎo)管布置點，受護筒分隔阻礙影響，4個拐角處需要增設(shè)布置4根導(dǎo)管布置點。砼質(zhì)量要嚴(yán)格控制，坍落度控制在20cm～22cm為宜。封底過程中要加強測量，確保封底砼頂面標(biāo)高符合設(shè)計施工要求。砼封底過程中要有備用措施，確保封底一次性連續(xù)完成。

4 施工注意事項

①圍堰的制作應(yīng)確保外形尺寸準(zhǔn)確（特別是拐角段90度角要控制好）、焊縫質(zhì)量要有保證，密封不漏水。

②底節(jié)圍堰入水著床時應(yīng)精確定位，并力戒任由偏差超標(biāo)寄希望于下沉?xí)r調(diào)整，因為該圍堰精度要求高，允許傾斜、偏位僅25cm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于一般圍堰的L/50傾斜偏位范圍。

③圍堰未全部拼接完時，圍堰頂露出水面高度不宜小于2.0m（防止出現(xiàn)疏松摩擦力小的地層帶導(dǎo)致圍堰快速下沉而不能進行上一節(jié)圍堰拼接。

④圍堰在接高下沉過程中，應(yīng)通過測量嚴(yán)格控制其位置，并通過下沉適當(dāng)調(diào)整其傾斜與平面偏差，絕不能讓圍堰往一側(cè)過多傾斜而將定位導(dǎo)向裝置擠壞，吸泥過程要讓鋼管樁導(dǎo)向裝置始終處于完好狀態(tài)，損壞了要及時修復(fù)補焊。

⑤水下清基、基底標(biāo)高和平整度滿足設(shè)計要求，同時需要結(jié)合考慮護筒埋設(shè)深度和鉆孔樁成樁質(zhì)量情況進行分析，確保樁身周圍與封底砼能夠密貼牢固，以保證封底砼質(zhì)量及圍堰抽水后不滲漏水。

⑥封底砼施工時，應(yīng)盡量安放足夠的導(dǎo)管并布置合理（至少2根），且砼供應(yīng)產(chǎn)量應(yīng)足夠，質(zhì)量符合水下封底要求，并有相應(yīng)的備用設(shè)備；封底時因圍堰較小每個導(dǎo)管布置點宜采取一次性灌注到設(shè)計標(biāo)高。

5 結(jié)束語

因芒稻河特大橋主墩設(shè)計為左右幅，中間空檔僅5m，且墩身兩側(cè)距主墩承臺邊緣2.0m處設(shè)置防撞墩，水中深水基礎(chǔ)施工只適合每個墩 采用2個正方形圍堰進行承臺施工，且圍堰尺寸不能過大，需要利用圍堰內(nèi)壁做承臺模板施工承臺。該工程鋼圍堰吸泥深度達11m之深，偏位控制要求高，圍堰施工實際偏位為15～20cm（設(shè)計允許偏差25cm），符合承臺施工要求，實現(xiàn)了該圍堰的高精度偏位控制這一施工難點。利用上述鋼圍堰拼裝下沉施工方法，投入較少、安全程度高、作業(yè)程序少，施工速度快，在以后類似條件下的深水基礎(chǔ)鋼圍堰施工時，因左右幅以及防撞墩位置等原因影響不能設(shè)計為圓形鋼圍堰而設(shè)計為方形圍堰施工時，可以適當(dāng)將圍堰尺寸設(shè)計減小，利用圍堰內(nèi)壁做承臺模板，采取合理的拼裝定位、吸泥下沉方法，完全能夠很好地控制圍堰的偏移量，從而實現(xiàn)承臺墩身的快速施工。