深水基礎(chǔ)中鋼套箱圍堰施工及質(zhì)量控制研究

溫斌 李鑫

摘要：鋼套箱圍堰具有剛度大、強(qiáng)度高、能自浮、材料可回收等優(yōu)點(diǎn)，但施工工藝復(fù)雜，控制性工序多，對焊縫的質(zhì)量和水密性要求很高，整體下放時(shí)風(fēng)險(xiǎn)高、難度大，施工質(zhì)量控制困難，所以需對圍堰的施工工藝和質(zhì)量控制進(jìn)行研究。文章從施工工序中發(fā)現(xiàn)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)源，總結(jié)施工質(zhì)量通病，為鋼套箱圍堰施工質(zhì)量控制提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：鋼套箱圍堰;施工工藝;質(zhì)量控制

0 引言

本文以廣西崇水西環(huán)線項(xiàng)目的崇左西左江大橋鋼套箱圍堰施工為背景，淺談鋼套箱圍堰的施工工藝及其質(zhì)量控制。左江大橋主橋?yàn)椋?7+145+77）m的連續(xù)剛構(gòu)橋，橋梁主墩4#、5#墩處于江水中，平均水深超過20 m。主墩承臺分為左右兩幅，為矩形承臺，單幅承臺為12 m的正方形，厚度為4 m。采用鋼套箱圍堰進(jìn)行主墩承臺基礎(chǔ)施工，圍堰既是擋水的結(jié)構(gòu)物，也是承臺澆筑的模板。圍堰采用Q235B鋼材進(jìn)行加工，其設(shè)計(jì)尺寸為長30.134 m，寬15.204 m，高23.5 m，壁厚1.5 m，封底混凝土厚4 m;圍堰總重約900 t，在高度上分三節(jié)，沿周長分塊，平均每塊重約20 t。各單元塊用焊縫連接。見圖1。

1 鋼套箱圍堰施工工藝

鋼套箱圍堰施工流程為：施工準(zhǔn)備→圍堰分塊加工→拆除部分鉆孔平臺→河床整平→搭設(shè)臨時(shí)拼裝平臺→拼裝底節(jié)圍堰→搭設(shè)下放系統(tǒng)→圍堰整體提升→拆除臨時(shí)拼裝平臺→下放底節(jié)圍堰→拆除下放系統(tǒng)→拼裝中節(jié)圍堰及安裝底、中層內(nèi)支撐下放中節(jié)圍堰→拼裝頂節(jié)圍堰及安裝頂層內(nèi)支撐→下放頂節(jié)圍堰→清理河床→澆筑封底混凝土→承臺、墩身施工→圍堰拆除。

1.1 圍堰加工

在橋位附近因地制宜布置圍堰加工場地，加工場地應(yīng)有堆料區(qū)、加工區(qū)及成品堆放區(qū)等。圍堰在加工場地進(jìn)行加工，對每塊成品進(jìn)行編號，按順序堆放，再用25 t板車運(yùn)至墩位處拼裝。圍堰放樣下料等均由專業(yè)人員進(jìn)行，且對每塊成品均需進(jìn)行焊縫檢驗(yàn)，確保加工出來的圍堰符合設(shè)計(jì)圖紙要求。

1.1.1 放樣

嚴(yán)格依據(jù)圖紙進(jìn)行圍堰各構(gòu)件的放樣，并根據(jù)工藝要求適當(dāng)預(yù)留焊接收縮余量及切割加工余量，以保證焊接質(zhì)量。

1.1.2 下料

（1）切割：切割前，需把鋼材表面區(qū)域內(nèi)的鐵銹、油污等清除干凈，采用氣割或其他設(shè)備切割，切割后的斷口不得出現(xiàn)裂紋，并清除所有的熔瘤、飛濺物等。

（2）矯正：加工成型后，上下節(jié)圍堰的豎肋及隔艙板必須嚴(yán)格對齊。同一節(jié)圍堰各分塊相鄰水平環(huán)板必須嚴(yán)格對齊。圍堰各構(gòu)件之間嚴(yán)格按圖加工與拼接，并保證焊接質(zhì)量。壁板及隔倉板圍成倉格要滿足水密試驗(yàn)。壁板水平環(huán)板與隔艙板開坡口等強(qiáng)焊接，并保證其中心線在一個(gè)水平面內(nèi)。隔艙板上下層之間現(xiàn)場等強(qiáng)對接，要求隔艙板一端在工廠預(yù)開坡口。

1.2 河床整平

鉆孔樁施工完成后，除預(yù)留輔助施工平臺和用于臨時(shí)拼裝平臺的貝雷梁外，拆除圍堰拼裝下放范圍內(nèi)的鉆孔平臺，包括妨礙鋼套箱安裝及下放的支撐樁、分配梁、鋼護(hù)筒掛樁結(jié)構(gòu)及連接系。該橋4#墩河床表面到圍堰底標(biāo)高范圍內(nèi)為淤泥，需用抓斗清除淤泥，進(jìn)行河床整平;5#墩圍堰底部河床為巖層，間距小于封底混凝土厚度，為此應(yīng)先進(jìn)行爆破清理，再用抓斗進(jìn)行清理。由于水深過大，遇到體積較大的石頭或其他抓斗難以清除的雜物時(shí)，派潛水員下水查明情況，并適當(dāng)采取爆破處理。

1.3 圍堰拼裝

用45 a工字鋼在鋼護(hù)筒和臨時(shí)平臺的鋼管柱之間架設(shè)圍堰臨時(shí)拼裝平臺。在拼裝平臺上測量放樣出圍堰側(cè)板的外邊線和平面尺寸控制點(diǎn)（主要包括四個(gè)拐角點(diǎn)、四邊的中點(diǎn)和單元塊接縫點(diǎn)）位置。用板車將圍堰運(yùn)至墩位處，利用50 t履帶吊將底層側(cè)模分塊安裝就位并固定后，逐塊焊接成整體，完成側(cè)模安裝。

底節(jié)拼裝完成后下放到自浮，再進(jìn)行中節(jié)拼裝;中節(jié)加水下沉到指定標(biāo)高后，再進(jìn)行頂節(jié)拼裝，然后整體加水下沉到位。拼裝過程中時(shí)刻監(jiān)測側(cè)板的焊接變形量，一定要保證側(cè)板與底板的垂直，中節(jié)和頂節(jié)圍堰應(yīng)對稱拼裝。所有塊段拼在一起后，需仔細(xì)檢查圍堰的拼接縫，包括水平接縫豎向的拼縫。側(cè)模安裝后需在圍堰倉內(nèi)灌滿水以檢查圍堰的水密情況。

1.4 圍堰下放

1.4.1 安裝下放系統(tǒng)

下放系統(tǒng)由鋼護(hù)筒、分配梁、千斤頂、下放導(dǎo)向等組成。底節(jié)圍堰拼裝完成后，接高圍堰四根角樁鋼護(hù)筒，接高時(shí)按照等強(qiáng)進(jìn)行焊接，焊接時(shí)應(yīng)注意鋼護(hù)筒的垂直度和水平偏位。在鋼護(hù)筒上安裝吊掛設(shè)備，準(zhǔn)備下放鋼套箱圍堰。鋼護(hù)筒上采用貝雷梁作為分配梁，每4根32 mm精軋螺紋鋼配1臺150 t液壓千斤頂，千斤頂上下均為型鋼小分配梁。整個(gè)套箱共有導(dǎo)向6個(gè)（長邊方向4個(gè)，寬度方向共2個(gè)），導(dǎo)向在現(xiàn)場根據(jù)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行安裝。

1.4.2 下放底節(jié)圍堰

利用吊掛系統(tǒng)將鋼套箱吊起，使之脫離臨時(shí)拼裝平臺0.5 m，靜置30 min并調(diào)平，進(jìn)行受力體系的轉(zhuǎn)換，對刃腳焊接不到位處進(jìn)行補(bǔ)焊，之后拆除臨時(shí)拼裝平臺。通過提升下放系統(tǒng)緩慢均勻下放鋼套箱，在吊桿上畫好刻度，每下放5 cm左右即調(diào)平一次。派專人進(jìn)行統(tǒng)一指揮，所有液壓千斤頂統(tǒng)一減壓下放，每下放一定距離，使用全站儀、水準(zhǔn)儀測量鋼套箱圍堰的中線、標(biāo)高，使鋼套箱圍堰的中線、標(biāo)高的偏差在合理范圍內(nèi)。待由于浮力下沉遇阻時(shí)，可在圍堰側(cè)壁灌水輔助下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高位置。

1.4.3 下放中、頂節(jié)圍堰

中、頂節(jié)圍堰采用在壁倉內(nèi)灌水的方法下沉，在壁倉對稱位置注水，使圍堰勻速下沉。在加水過程中要注意保持鋼圍堰的垂直度，即保持鋼圍堰的整體平衡。同時(shí)，當(dāng)下放過程中遇到土層阻力時(shí)，要先查明阻力是局部的還是整體的，避免鋼圍堰突然大幅下沉。

鋼圍堰下放時(shí)，需跟蹤測量，進(jìn)行復(fù)核，如出現(xiàn)圍堰頂面傾斜不平的情況，需立刻停止注水并查明原因。若因注水不對稱造成，可調(diào)整注水位置來調(diào)平，但應(yīng)保持圍堰內(nèi)的注水高度相同。若不是注水的原因，則可能因河床某部位的阻力比較大導(dǎo)致河床不平，此時(shí)可讓潛水員下水查明情況，然后采取合理的措施。

1.5 封底

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)封底混凝土厚度為4 m，共1 260 m3。封底采用泵送，多點(diǎn)安裝導(dǎo)管，封底導(dǎo)管按6 m左右的間距布置，因封底混凝土方量大，為保證混凝土的流動(dòng)性和延長混凝土的初凝時(shí)間，在混凝土中可添加緩凝型減水劑（25 h緩凝時(shí)間）、粉煤灰等。灌注混凝土?xí)r，要勤測混凝土面上升高度，以便進(jìn)行導(dǎo)管的拆除和混凝土的下料。混凝土面應(yīng)均勻地上升，高低偏差不宜過大;同時(shí)，也能防止導(dǎo)管的埋置深度太小而出現(xiàn)導(dǎo)管懸空的情況?；炷翝仓瓿珊?，對混凝土表面進(jìn)行調(diào)平，保證其平整度。在灌注之前，應(yīng)事先準(zhǔn)備好多套導(dǎo)管提升裝置，避免堵管。

1.6 圍堰拆除

圍堰作為承臺、墩柱施工時(shí)的擋水結(jié)構(gòu)和承臺澆筑的模板，待墩柱澆筑出水后，圍堰施工結(jié)束。此時(shí)，便可對圍堰進(jìn)行回收處理，派潛水員下水進(jìn)行水下切割，分塊切割并轉(zhuǎn)移到指定位置堆放。

2 鋼套箱圍堰施工質(zhì)量控制

施工前應(yīng)認(rèn)真閱讀設(shè)計(jì)文件和圖紙，編制可行性施工組織設(shè)計(jì)和建立健全的質(zhì)量保證體系。綜合考慮人力、機(jī)械設(shè)備等資源配置，對工程的材料、施工工藝、檢測及檢驗(yàn)等提出合理要求。并針對施工中的關(guān)鍵工序及特殊過程，編寫專項(xiàng)施工工藝及作業(yè)指導(dǎo)書。

2.1 質(zhì)量檢驗(yàn)

2.1.1 制作拼裝誤差檢測

在圍堰的加工和拼裝環(huán)節(jié)，需對圍堰的尺寸進(jìn)行檢測，確保制作誤差在允許范圍內(nèi)。圍堰各構(gòu)件嚴(yán)格按照圖紙進(jìn)行放樣、下料;每一塊加工完成后需對其平面尺寸、高度等進(jìn)行檢測;鋼套箱全部加工完成后，在正式拼裝前應(yīng)先進(jìn)行試拼裝，檢查出圍堰存在的缺陷，杜絕質(zhì)量隱患;拼裝前應(yīng)檢查圍堰是否在運(yùn)輸時(shí)發(fā)生變形，若有變形需先進(jìn)行矯正;拼裝圍堰時(shí)需加強(qiáng)鋼套箱偏位的控制，首節(jié)的定位至關(guān)重要，首節(jié)誤差過大將影響整個(gè)圍堰的拼裝;拼裝過程中還需檢測圍堰的垂直度，確保圍堰豎直下放;整體焊接完后對鋼圍堰外形的幾何尺寸進(jìn)行檢查，確保符合圖紙和規(guī)范要求。見表1。

2.1.2 焊縫質(zhì)量檢測

圍堰的各構(gòu)件之間、塊與塊之間通過焊接連在一起，焊縫的質(zhì)量至關(guān)重要，焊接不到位將造成圍堰承載力不足或漏水，嚴(yán)重時(shí)將引發(fā)重大工程事故。因此在圍堰的加工制造和拼裝過程中，必須對焊縫進(jìn)行檢測。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙規(guī)定，本項(xiàng)目的圍堰焊縫要達(dá)到GB50205-2001中二級焊縫的相關(guān)要求。見表2。

焊接完工后，首先對焊縫的外觀進(jìn)行檢驗(yàn)，焊縫外觀清除所有焊疤、飛濺、毛刺，保證焊縫外觀成形美觀，焊腳尺寸符合設(shè)計(jì)圖紙要求。然后再對所有的焊縫質(zhì)量進(jìn)行檢測，檢測方法有超聲探傷檢測和煤油滲透試驗(yàn)等。圍堰拼裝完后，應(yīng)進(jìn)行水密性試驗(yàn)，若有缺陷應(yīng)及時(shí)處理。

2.2 圍堰施工常見問題及處理措施

2.2.1 平面偏位超限

造成圍堰平面偏位超限的原因主要是鋼套箱注水下沉?xí)r，沒有做到對稱加水，偏載現(xiàn)象嚴(yán)重。可采取的措施有：（1）掌握河水的情況，選在非汛時(shí)期下放鋼圍堰，首節(jié)定位要準(zhǔn)確;（2）注水下沉?xí)r，應(yīng)對稱注水，保持圍堰內(nèi)注水高度一致;（3）下沉鋼套箱時(shí)設(shè)專人進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。

2.2.2 鋼套箱漏水

造成圍堰漏水的原因一般是：（1）沒有按要求設(shè)置止水帶;（2）鋼套箱內(nèi)支撐安裝不準(zhǔn)確，使得鋼套箱變形過大，部分焊縫發(fā)生漏水;（3）鋼套箱制作質(zhì)量差，焊縫處漏水?？刹扇〉拇胧海?）嚴(yán)格按要求設(shè)置止水帶;（2）嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行內(nèi)支撐的安裝，確保安裝準(zhǔn)確，防止圍堰出現(xiàn)過大的變形;（3）對焊縫質(zhì)量進(jìn)行檢測，確保其達(dá)到規(guī)范要求。

2.2.3 封底混凝土厚度不足

造成封底混凝土厚度不足的原因：（1）澆筑時(shí)混凝土面上升不均勻，出現(xiàn)混凝土厚度不一、局部厚度不足的情況;（2）封底混凝土表面的平整度太差?？刹扇〉拇胧海?）控制好混凝土的性能，使其有良好的和易性和坍落度，以及合理的初凝時(shí)間;（2）灌注時(shí)要時(shí)刻掌握混凝土面的上升情況，保證其均勻上升。

3 結(jié)語

鋼套箱圍堰的施工工藝總的來說分為圍堰制作和圍堰下放兩大步，其中又可細(xì)分為一系列具體步驟。圍堰的施工質(zhì)量控制應(yīng)從每道工序入手，相應(yīng)工序完成后，應(yīng)進(jìn)行相關(guān)的檢測，符合規(guī)范要求后，方可進(jìn)行下一道工序的施工，對每道工序進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，若某道工序控制不當(dāng)，將意味著整個(gè)工程的失敗。對圍堰施工的常見問題，應(yīng)提前做出應(yīng)對之策，預(yù)防為主，治理為輔。

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收稿日期：2020-06-10