耒水二橋主橋雙壁鋼圍堰施工處理措施探討

陳式湘（湖南省核工業(yè)地質(zhì)局303大隊，湖南長沙410007）

耒水二橋主橋雙壁鋼圍堰施工處理措施探討

陳式湘（湖南省核工業(yè)地質(zhì)局303大隊，湖南長沙410007）

在橋梁工程的水下施工中，雙壁鋼圍堰施工技術(shù)應用于橋墩基礎施工中，能夠發(fā)揮良好的剛性支撐效果，以保證橋梁橋墩建設的穩(wěn)固性。本文結(jié)合耒水二橋主橋工程中，雙壁鋼圍堰工程的施工設計、組裝與具體施工，以供相關工程參考。

耒水二橋；雙壁鋼圍堰；施工處理

1 引言

雙壁鋼圍堰施工技術(shù)，屬于深水橋梁工程施工技術(shù)之一，是一種帶有單斜面韌腳的全焊水密結(jié)構(gòu)圓形筒體（或矩形、異形）；筒體上下不設蓋板和底板，下口封閉，上口敞開，可往里灌注混凝土或水。圍堰內(nèi)外壁之間通過剛性支撐聯(lián)結(jié)的方式，設置豎向隔艙板，將圍堰的殼體劃分為若干個互不相通的隔艙，從而確保鋼圍堰懸浮于水中，在殼內(nèi)進行注水下沉時，圍堰穩(wěn)定與著床均能夠分艙或灌注混凝土進行，從而適應河床面高差，便于調(diào)整圍堰傾斜度。該工藝施工進度快、成本低，可廣泛應用到深水基礎工程中。

2 施工工藝流程及施工方法

2.1 鋼圍堰施工流程

施工工序為：雙壁鋼圍堰拼裝→浮運→起吊下沉→接高→灌水→澆筑承臺及墩身→拆除上部鋼圍堰。按照成樁先后順序，施工方案為先下鋼圍堰后成樁、先成樁后下鋼圍堰兩種。

2.2 雙壁鋼圍堰施工要點分析

2.2.1 底節(jié)鋼圍堰拼裝

①將鉆孔平臺及鋼管樁拆除，在鋼圍堰下沉過程中，可用雙槽鋼連接鋼護筒，增加鋼圍堰下沉時導向系統(tǒng)的剛度及穩(wěn)定性；②在鋼護筒上焊接拼裝懸臂梁，以此作為鋼圍堰組拼平臺；③臨時平臺搭造完畢后，利用浮吊將鋼圍堰分塊吊裝，同時做好安全防護工作，在拼裝懸梁臂上組拼底節(jié)鋼圍堰；④將組裝的首節(jié)鋼圍堰進行分塊焊接，焊接后進行質(zhì)量檢測及水密檢測。

2.2.2 鋼圍堰下沉

在拼裝完成后，運用承重架、千斤頂、精軋螺紋鋼等，組成起吊系統(tǒng)，用來提升圍堰，然后割除牛腿并同步操作千斤頂、精軋螺紋鋼螺帽，控制圍堰的均勻下沉，使之能夠入水自浮。處于該狀態(tài)下的承重架、下墊梁，可以分別按照懸臂梁、簡支梁作為其受力模型，從而對其抗彎強度等進行驗算。在計算荷載時，需要考慮不均勻系數(shù)問題，通常建議取值為1.25～1.5。

2.2.3 接高施工

接高時，將雙壁鋼圍堰頂部外壁上焊接四個索耳，利用纜索將其固定，防止在接高過程中轉(zhuǎn)動。對接高部分焊接縫進行水密性試驗后，開始準備下沉。按照雙壁鋼圍堰的著床位置用精密儀器測試墩中心線，再利用定位船錨碇設備對雙壁鋼圍堰的位置進行準確定位；復測河床面標高，刃腳高度、定位樁長度、位置，確保無誤后，立即進行注水壓重下沉。

2.2.4 封底-安裝內(nèi)支撐

當圍堰下沉到位時，在其內(nèi)部開挖、整平，然后進行封底混凝土的澆注施工，等到混凝土強度超過強度等級約80%之后，即可開始抽水，并逐層安裝上、下內(nèi)支撐。由于圍堰內(nèi)部此時是密封的，為了克服浮力問題，應當在抽水前，將隔艙中注滿水，以增加圍堰的自重，同時利用護筒與封底混凝土之間存在的摩擦阻力，抵消部分的浮力。針對內(nèi)支撐按軸向受壓構(gòu)件采取壓應力驗算，因為其長度較大，還需要計算構(gòu)件的長細比，從而驗算其穩(wěn)定性。

3 耒水二橋主橋雙壁鋼圍堰工程實例分析

3.1 工程簡介

耒水二橋位于衡陽市船山東路，是船山東路工程中跨越耒水的一座大型橋梁。其主橋跨徑組合為（45+2×80+45）m。7、8、9號墩為主墩，主墩及6號過渡墩位于河道中，6～9號墩墩位處河床面標高41～43m不等，施工期間按58.0m考慮。雙壁鋼圍堰的主要作用是圍水施工，使承臺施工變?yōu)楦商幨┕?。該橋?～9號墩由于河床面較低，設計采用的低樁承臺，承臺頂面需埋入河床面以下，四個墩承臺均需采用雙壁鋼圍堰進行承臺施工。

3.2 雙壁鋼圍堰施工方案綜述

（1）6、7號墩采用“先樁后堰”的施工方法，流程如下：在河道中搭設鋼管樁縱向與橫向棧橋及鉆孔平臺→在鉆孔平臺上完成樁基施工→拆除鉆孔平臺→利用鉆孔平臺鋼管樁及鋼護筒拼裝鋼圍堰底節(jié)→利用鋼管樁、鋼護筒采用千斤頂下放鋼圍堰底節(jié)→在墩位處利用浮吊拼裝鋼圍堰塊件→注水逐節(jié)下沉鋼圍堰至河床→利用空壓機對河床覆蓋層進行吹砂→圍堰刃角處覆蓋層被逐層清除后，在圍堰隔倉內(nèi)注水使圍堰在自重作用下逐步下沉到設計標高→澆筑隔倉混凝土→澆筑封底混凝土→樁基施工→圍堰內(nèi)抽水，進行承臺施工。

（2）8、9號墩需進行水下清渣爆破作業(yè)施工，使圍堰外河床面形成向內(nèi)的斜坡面，所以在一定范圍內(nèi)不能進行鋼管樁施工，采用“先堰后樁”法施工，流程如下：利用長臂挖機或吹砂清除覆蓋層→水下爆破、清渣使河床面降至圍堰底面標高→在墩位處用拋錨定位兩臺駁船→在船上拼裝浮龍門→利用浮龍門在水上拼裝鋼圍堰底節(jié)→利用浮龍門對底節(jié)進行整體下放→在墩位處利用浮龍門分塊拼裝鋼圍堰其余節(jié)段→逐節(jié)注水下沉至設計標高→澆筑隔倉混凝土→打鋼管樁搭設縱向與橫向便橋及鉆孔平臺→下放鋼護筒→澆筑封底混凝土→鉆孔樁施工→圍堰內(nèi)抽水，進行承臺施工。

3.3 具體施工

3.3.1 鋼圍堰設計及受力驗算

（1）耒水二橋6號墩

①鋼圍堰外壁尺寸長11.6m，寬6.6m，內(nèi)外壁之間寬度為1.2m。封底混凝土厚度為2.43m。

鋼圍堰的主要材料如下：圍堰壁板：內(nèi)外壁板均為δ10mm鋼板。水平環(huán)板10×150mm鋼板。豎桿L70×70×5；水平斜撐及水平桿L70×70×5，局部應力較大位置采用L80×80×6；支撐端部豎向和橫向均布置2I36工字鋼，作為分配梁，頂住圍堰內(nèi)壁。圍堰下沉就位后，即澆注井壁混凝土。

②計算結(jié)果及分析：圍堰計算采用通用有限元軟件ansys進行計算，計算中整體仿真建模。其中，壁板采用shell63模擬，桁架采用beam4模擬模擬。整個模型共計板殼單元20000個，梁單元90000個。水、土壓力采用梯度荷載的形式施加，約束封底混凝土以上圍堰的平動，計算采用1/4模型（計算單位N、mm、MPa）。

（2）7、8、9號墩

①主動水土壓力計算：因本計算為初步計算，同時考慮到雙壁鋼圍堰下沉過程中，兩側(cè)必被掏空，所以計算中只考慮水壓力，即水壓力自圍堰頂至封底混凝土頂。

②圍堰結(jié)構(gòu)的簡要介紹

鋼圍堰外壁尺寸長32.2m，寬12.2m，內(nèi)外壁之間寬度為1.5m。封底混凝土厚度為3.88m。鋼圍堰的主要材料如下：圍堰壁板：內(nèi)外壁板均為δ10mm鋼板。水平環(huán)板10×150mm鋼板。豎桿L70×70×5；水平斜撐及水平桿L70×70×5，局部應力較大位置采用L80×80×6；支撐端部豎向和橫向均布置2I36工字鋼，作為分配梁，頂住圍堰內(nèi)壁。圍堰下沉就位后，即澆注井壁混凝土。

③計算結(jié)果及分析：圍堰計算采用通用有限元軟件ansys進行計算，計算中整體仿真建模。其中，壁板采用shell63模擬，桁架采用beam4模擬模擬。整個模型共計板殼單元40000個，梁單元180000個。水、土壓力采用梯度荷載的形式施加，約束封底混凝土以上圍堰的平動，計算采用1/4模型（計算單位N、mm、MPa）。

3.3.2 鋼圍堰分塊加工制作方案

鋼圍堰采用在工廠分塊加工制造，采用螺栓連接橡膠板密封，防止漏水。運至現(xiàn)場后在平臺上拼裝，同時檢查接縫密封情況，采用多點起吊使鋼圍堰沿鋼護筒作為導向下沉到設計高程。

6號墩鋼圍堰平面尺寸為 11.6m×6.6m，圍堰高度為18.5m，內(nèi)外壁板之間寬度為1.2m。各墩圍堰豎向均分為4節(jié)加工，分節(jié)高度為（6.0+4.5×2+3.5）m。圍堰平面分塊寬度最大為5.8m，最小為4.2m。

7、8、9號主墩鋼圍堰平面尺寸為32.2m×12.2m，7、8、9號墩圍堰高分別為23.5m、24.5m、23.5m，內(nèi)外壁板之間寬度為1.5m。各墩圍堰豎向均分為5節(jié)加工，8號墩從下至上的分節(jié)高度為（6.0+4.5×3+5.0）m，7、9號墩僅頂節(jié)高度不一樣。圍堰平面分塊寬度最大為9.9m，最小為5.79m。

3.3.3 圍堰底節(jié)浮龍門下放方案

（1）底節(jié)圍堰拼裝及下水

根據(jù)鋼套箱施工設計圖紙，要求在岸邊的碼頭上加工單元，運用浮吊，將各單元吊裝至拼裝平臺上，進行拼組作業(yè)。底節(jié)拼組完成后，即鎖定焊接，驗收合格之后使用機動舟將浮龍門推至墩位處錨定，使用安裝于浮龍門上的6組走12道滑車組，將第一節(jié)的套箱吊起，并拆除拼裝平臺，將底節(jié)鋼套箱緩慢下沉。

（2）圍堰下沉著床清基方案

6、7號墩圍堰底面在覆蓋層中，在圍堰著床后利用空壓機吹砂方法對河床面進行清理；8、9號墩由于圍堰底面在強風化或弱風化中，需進行水下爆破，所以8、9號墩需在圍堰下放前先用長臂挖機清除覆蓋層后再對巖層實施水下爆破，并對爆渣進行清除。

鋼套箱每接高一節(jié)立即均勻灌水下沉，預留一定的干弦高度，以便接高下一節(jié)時的對接施焊作業(yè)。當套箱焊接完畢后，對套箱隔艙內(nèi)灌水同步下沉并糾偏，當距河床標高50cm左右即停止灌水下沉，用全站儀觀測套箱頂上順橋向的兩個點，調(diào)整圍堰的傾斜和偏位，直到兩點的坐標與設計坐標基本相符為止，然后立即啟抽水機向隔倉同時注水，使圍堰迅速下沉。

刃腳下到標高后，下潛水員用2cm的鋼板焊成楔形盒子支墊鋼圍堰刃腳，以確保鋼圍堰的穩(wěn)定，為保證封底混凝土的可靠性，用袋裝水泥封堵圍堰內(nèi)刃腳。

（3）鋼護筒定位安裝及封底方案

6、7號墩鋼護筒定位：6、7號墩采用“先樁后堰”方案，鋼護筒在鉆孔平臺搭設好后，利用平臺上工字鋼對鋼護筒頂口進行定位，利用全站儀監(jiān)測鋼護筒安裝的垂直度，確保鋼護筒的垂直度滿足規(guī)范要求。

8、9號墩采用“先堰后樁”方案，鋼護筒在鋼圍堰定位著床，澆筑隔倉混凝土后，可利用在鋼圍堰上的鋼平臺工字鋼對鋼護筒頂口進行定位。

水下混凝土封底施工：混凝土灌注采用垂直導管水下灌注，封底混凝土澆注面積大，且水位較深，為保證質(zhì)量，采用多管兩點同時灌注混凝土。混凝土的坍落度控制在20～22cm，摻加粉煤灰和高效緩凝劑，以提高混凝土的流動性，延長混凝土的初凝時間。為排出圍堰內(nèi)封底混凝土置換出的水量，采用在圍堰側(cè)板上部安裝連通器排水的方式。

4 結(jié)語

橋梁深水基礎工程中，雙壁鋼圍堰施工方式表現(xiàn)出了較為顯著的綜合性應用優(yōu)勢，其施工作業(yè)應當重點關注對雙壁鋼圍堰加工、拼裝與水中下沉技術(shù)、雙壁鋼圍堰穿越覆蓋層技術(shù)以及雙壁鋼圍堰著巖技術(shù)，確保此種施工方式的應用優(yōu)勢能夠得到有效發(fā)揮。

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U445.556

A

2095-2066（2016）24-0188-02

2016-8-10

陳式湘（1969-），男，工程師，本科，主要從事路橋工程工作。