深水無(wú)底雙壁鋼套箱圍堰施工技術(shù)

唐業(yè)茂

(九江職業(yè)大學(xué)，江西 九江 332000)

深水無(wú)底雙壁鋼套箱圍堰施工技術(shù)

唐業(yè)茂

(九江職業(yè)大學(xué)，江西 九江 332000)

以某大橋主墩承臺(tái)圍堰施工為例，探討了圍堰的施工方案，介紹了無(wú)底雙壁鋼套箱圍堰的加工、拼裝、就位、接高、著床、下沉及水下混凝土封底等施工技術(shù)要點(diǎn)與注意事項(xiàng)，實(shí)際使用效果表明，在水深13m左右的湖區(qū)無(wú)底雙壁鋼套箱圍堰起到了水下施工的阻水和模板作用，且具備施工方便、工期短、安全、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。

無(wú)底雙壁鋼套箱圍堰 ；深水；施工技術(shù)

0 引言

鋼套箱圍堰是水下施工的阻水結(jié)構(gòu)物和模板體系，在深水區(qū)修建橋梁基礎(chǔ)時(shí)，由于橋位處的氣象、水文、地質(zhì)、航道等條件各不相同，鋼套箱的施工技術(shù)也各有差別[1]。本文就水深在13m左右的湖區(qū)的鋼套箱圍堰承臺(tái)施工技術(shù)進(jìn)行了探討，以期為類似工程提供參考。

1 工程概況

某跨湖大橋全長(zhǎng)865m，主橋采用80+200+80m鋼桁架拱橋，寬42m，湖區(qū)汛期6至9月平均水位14.88m，非汛期10月至次年5月平均水位13.00m，歷史最高水位達(dá)22.00m，最低水位10.20m。

主橋15、16#主墩各自設(shè)置2座結(jié)構(gòu)尺寸為14m×14m×4m的分離式承臺(tái)，左右凈距19m，單個(gè)承臺(tái)混凝土體積784m3，布置9根φ2.5m樁基，計(jì)36根總長(zhǎng)為1026m。15、16#墩樁長(zhǎng)分別為34m、23m。根據(jù)地勘資料，在枯水位13m時(shí)，15#墩各承臺(tái)處湖床泥面水深約5.5m、16#墩左側(cè)約10.7m(右側(cè)8.5m)。各墩均為端承樁，深入中風(fēng)化片麻巖層約2倍樁徑。

2 施工方案比選

從投標(biāo)階段到鋼套箱施工完成階段，對(duì)鋼圍堰的多種結(jié)構(gòu)形式和各種施工工藝進(jìn)行了比較，最終選擇了無(wú)底雙壁鋼套箱的結(jié)構(gòu)形式，并選擇了豎向分節(jié)和水平分塊散拼、分節(jié)下放鋼圍堰的施工工藝。

2.1 結(jié)構(gòu)比選

圍堰結(jié)構(gòu)的比選內(nèi)容是無(wú)底和有底、單壁和雙壁，下面對(duì)結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行比選分析，如表1所示。

表1 圍堰結(jié)構(gòu)比選表

15、16#墩位于深水區(qū)，各墩采用分離式承臺(tái)，承臺(tái)凈距19m，承臺(tái)底高程0.851m、3.551m，河床泥面高程約7.7m和2.3m，湖區(qū)與長(zhǎng)江相連，旱澇急轉(zhuǎn)較快，水位差變化較大，結(jié)合度汛安全、圍堰經(jīng)濟(jì)性及墩位處地層較軟、有滲透性較強(qiáng)、松散、輕微液化現(xiàn)象的細(xì)砂層等地質(zhì)條件，綜合考慮，采用無(wú)底雙壁鋼套箱圍堰方案[2]。

2.2 施工工藝比選

鋼套箱施工工藝比選內(nèi)容主要是現(xiàn)場(chǎng)散拼與整體吊裝的比選、鋼套箱的分節(jié)下放與整體下放的比選。下面對(duì)這兩種施工工藝進(jìn)行分析比選，比選結(jié)果如表2所示。

表2 施工工藝比選表

在橋址附近沒(méi)有足夠大的場(chǎng)地進(jìn)行鋼套箱整體加工，也沒(méi)有大型的浮吊滿足施工要求，根據(jù)實(shí)際情況，采用現(xiàn)場(chǎng)焊接，對(duì)于分節(jié)下放工藝，由于技術(shù)成熟、可靠性大、下放風(fēng)險(xiǎn)明顯降低。綜合以上因素，考慮采用分塊散拼、分節(jié)下放工藝。

3 鋼套箱圍堰施工

15、16#墩均采用分離式承臺(tái)，共4座，承臺(tái)的結(jié)構(gòu)尺寸均為14m×14m×4m，左右凈距19m，承臺(tái)底高程0.851m、3.551m，湖床泥面高程約7.7m和2.3m。主墩樁基、承臺(tái)、墩身平立面如圖1所示。

根據(jù)相關(guān)水文資料和湖區(qū)上1年(2012年)10至12月的最高最低水位數(shù)據(jù)，各套箱圍堰按15.0m的最高施工水位進(jìn)行設(shè)防，相應(yīng)的鋼圍堰頂高程16.0m。鋼套箱圍堰為17.0m×17.0m正方形平面尺寸，每邊比承臺(tái)大20cm，以抵消下沉?xí)r的定位誤差，直接利用內(nèi)板壁作為承臺(tái)澆筑模板，15#墩、16#墩鋼套箱豎向總高分別為16.5m和19.1m，采用6mm鋼面板，雙壁部分厚度1.3m，入土深度分別為8m、5.5m。平面分塊按等分和對(duì)稱原則暫定為8塊，分節(jié)高度4～5m，單塊鋼套箱吊裝分塊重量控制在15t以內(nèi)，以滿足小型起重船的吊裝能力，塊與塊之間、節(jié)與節(jié)之間相連均采用焊接。因水頭差大于10m，封底混凝土厚度經(jīng)計(jì)算確定為3m。15#、16#無(wú)底鋼套箱圍堰結(jié)構(gòu)如圖2所示。

工期安排情況如下，鋼套箱圍堰于2011年5～8月在場(chǎng)外加工制作，汛期后的10月初開始圍堰接高(下沉)、11月底完成混凝土封底，2011年12月至2012年1月完成承臺(tái)、墩身的混凝土分次澆筑，工期安排比較緊，因?yàn)樽钸t要在2012年3月中旬以前完成拆除，避免在2012年3月邊跨架梁至主墩后增加拆除難度。

3.1 鋼套箱加工

鋼套箱圍堰的加工選擇在設(shè)備先進(jìn)且技術(shù)能力強(qiáng)，具有起重能力和塊體翻轉(zhuǎn)技術(shù)措施的專業(yè)廠家加工。制定嚴(yán)格的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程，如：塊件在特制的胎架上焊接組拼，壁板用夾具夾緊，以使塊件的幾何尺寸準(zhǔn)確和具有互換性，焊接時(shí)制定應(yīng)對(duì)各種變形的矯正措施和方法，以減少焊接變形，所有焊縫不得有裂紋、焊瘤、夾渣及漏焊等缺陷，并進(jìn)行超聲波探傷檢測(cè)，不合格焊件未返工合格前不進(jìn)入下一道工序。鋼套箱具體制作流程如下：先設(shè)置胎架，準(zhǔn)備鋼套箱材料，再由外向內(nèi)分塊組裝桁架、環(huán)板和壁板、焊接，最后拼接出廠。

3.2 鋼套箱的拼裝、就位與接高

鋼套箱圍堰采用較復(fù)雜的分塊散拼施工工藝，雖然增加了現(xiàn)場(chǎng)焊接工作量，但有效解決了沒(méi)有大型起重船的問(wèn)題。每節(jié)鋼套箱圍堰在環(huán)向分成8塊，每塊兩端頭設(shè)有隔倉(cāng)板，形成8個(gè)互不相通的倉(cāng)室。拼裝時(shí)首先要在承臺(tái)外圍架設(shè)定位樁、導(dǎo)向樁、支承牛腿和起吊鋼梁等設(shè)備，接下來(lái)拼裝首節(jié)，首節(jié)就位后就形成了靠自身浮力的拼裝和接高平臺(tái)，之后分塊吊入，現(xiàn)場(chǎng)拼節(jié)、接高。

表3 無(wú)底雙壁鋼套箱的制作拼裝實(shí)測(cè)項(xiàng)目

3.3 鋼套箱圍堰的著床、下沉

首先要進(jìn)行下沉系數(shù)驗(yàn)算，如果不滿足要求則采用往套箱夾壁里添加水、砂等易清除的材料，如果還不能滿足要求，就只能在套箱上堆載型鋼、鋼錠等增加下沉力。雙壁鋼圍堰就位后受到水的浮托作用，一般在雙壁鋼套箱內(nèi)刃腳段澆注一定高度的水下混凝土，增加刃腳的剛度，同時(shí)也增加了鋼圍堰自重，加大鋼套箱入土后的下沉速度。在鋼套箱刃腳接近湖床頂面時(shí)受到的水流力達(dá)到最大值，此時(shí)應(yīng)在嚴(yán)格控制鋼套箱圍堰定位精度的情況下及時(shí)著床。鋼套箱刃腳著床后，要利用深水抓斗或吸泥機(jī)輔以高壓射水管從圍堰中間逐步向刃腳處對(duì)稱分層吸泥取土，同時(shí)向鋼套箱壁倉(cāng)內(nèi)注水，增加圍堰的下沉重量，使鋼套箱圍堰平穩(wěn)、豎直下沉，如果在下沉過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)偏位或傾斜現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)調(diào)整偏位側(cè)取土量，逐步糾偏糾斜[3]。

3.4 封底混凝土施工

封底混凝土厚度經(jīng)計(jì)算確定為3m，采用C30水下混凝土，設(shè)計(jì)單個(gè)方量為14.4m×14.4m×3m=622m3，采取的施工方法是：混凝土攪拌站集中拌和，罐車運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，泵車輸送進(jìn)入導(dǎo)管漏斗，導(dǎo)管布設(shè)8根，由底往高、從邊到中順序施行，導(dǎo)管停注時(shí)間不得超過(guò)30min，每根導(dǎo)管的混凝土擴(kuò)散半徑控制在3～4m，導(dǎo)管布置及順序如圖3所示。

封底混凝土高程測(cè)控：在封底范圍內(nèi)均勻布設(shè)36個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)上吊“測(cè)繩”，測(cè)繩下掛垂球，在吊好的測(cè)繩上對(duì)應(yīng)封底混凝土頂面設(shè)計(jì)高程處做好標(biāo)記并記作0，依次向下1m、2m、3m處做好標(biāo)記，記作1、2、3。為了加強(qiáng)高程控制，每30min對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控測(cè)量，每3h將各測(cè)點(diǎn)數(shù)值在施工斷面圖中反映，以全面分析測(cè)區(qū)澆筑情況?；炷翝仓R近結(jié)束時(shí)，全面測(cè)出混凝土頂面高程，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)導(dǎo)管擴(kuò)散半徑交接處，根據(jù)結(jié)果對(duì)高程偏低處增加澆筑量，力求頂面平整。當(dāng)所有測(cè)點(diǎn)均符合要求后，終止混凝土澆注，上拔導(dǎo)管并沖洗堆放。

4 結(jié)語(yǔ)

跨湖大橋無(wú)底雙壁鋼套箱圍堰實(shí)際使用效果良好，起到了止水和承臺(tái)模板的作用。水平環(huán)向設(shè)8個(gè)獨(dú)立艙室，且6mm厚的鋼面板內(nèi)壁有水平桁架支撐，其結(jié)構(gòu)剛度較大、強(qiáng)度較高，能抵抗15m的水頭差，可以承受較大的水平?jīng)_擊力；鋼套箱的無(wú)底結(jié)構(gòu)節(jié)約鋼材，下沉受干擾小，不受樁基影響?？傊丝绾髽驘o(wú)底雙壁鋼套箱圍堰的施工體現(xiàn)了施工方便、工期短、安全、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。

[1] 歐陽(yáng)效勇，任回興，徐偉.橋梁深水樁基礎(chǔ)施工關(guān)鍵技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2006.

[2] 殷力立，儲(chǔ)曉亮.嘉紹大橋無(wú)底鋼圍堰施工關(guān)鍵技術(shù)[J].施工技術(shù)，2013，42(23):11-13.

[3] JTG/T F50-2011公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2011.

Construction Technology of Bottomless and Double-wall Steel Boxed Cofferdam for Application in Deep Water

TANGYe-mao

(JiujiangVocationalUniversity,Jiujiang332000,China)

The construction scheme of the cofferdam for pile caps of main piers of bridge was investigated. The key points and notes concerning the construction technology of the bottomless and double-wall steel boxed cofferdam, such as processing, assembling, positioning, jointing, sinking and bottom sealing by concreting under water, were introduced. The effect in practical application indicates that the bottomless and double-wall steel boxed cofferdam functions as the template that stops water during underwater construction in the lake with a depth of about 13 meters. It has such advantages as convenient construction, short duration, safety and cost efficiency.

bottomless and double-wall steel boxed cofferdam; deep water; construction technology

2016-11-10

唐業(yè)茂(1970-)，男，九江職業(yè)大學(xué)教授，研究方向：建筑與土木工程。

U445.4

A

1674-3229(2017)01-0092-04