耒水二桥主桥双壁钢围堰施工处理措施探讨

2016-03-20陈式湘湖南省核工业地质局303大队湖南长沙410007

低碳世界 2016年24期

关键词：双壁钢护筒壁板

陈式湘（湖南省核工业地质局303大队，湖南长沙410007）

耒水二桥主桥双壁钢围堰施工处理措施探讨

陈式湘（湖南省核工业地质局303大队，湖南长沙410007）

在桥梁工程的水下施工中，双壁钢围堰施工技术应用于桥墩基础施工中，能够发挥良好的刚性支撑效果，以保证桥梁桥墩建设的稳固性。本文结合耒水二桥主桥工程中，双壁钢围堰工程的施工设计、组装与具体施工，以供相关工程参考。

耒水二桥；双壁钢围堰；施工处理

1 引言

双壁钢围堰施工技术，属于深水桥梁工程施工技术之一，是一种带有单斜面韧脚的全焊水密结构圆形筒体（或矩形、异形）；筒体上下不设盖板和底板，下口封闭，上口敞开，可往里灌注混凝土或水。围堰内外壁之间通过刚性支撑联结的方式，设置竖向隔舱板，将围堰的壳体划分为若干个互不相通的隔舱，从而确保钢围堰悬浮于水中，在壳内进行注水下沉时，围堰稳定与着床均能够分舱或灌注混凝土进行，从而适应河床面高差，便于调整围堰倾斜度。该工艺施工进度快、成本低，可广泛应用到深水基础工程中。

2 施工工艺流程及施工方法

2.1 钢围堰施工流程

施工工序为：双壁钢围堰拼装→浮运→起吊下沉→接高→灌水→浇筑承台及墩身→拆除上部钢围堰。按照成桩先后顺序，施工方案为先下钢围堰后成桩、先成桩后下钢围堰两种。

2.2 双壁钢围堰施工要点分析

2.2.1 底节钢围堰拼装

①将钻孔平台及钢管桩拆除，在钢围堰下沉过程中，可用双槽钢连接钢护筒，增加钢围堰下沉时导向系统的刚度及稳定性；②在钢护筒上焊接拼装悬臂梁，以此作为钢围堰组拼平台；③临时平台搭造完毕后，利用浮吊将钢围堰分块吊装，同时做好安全防护工作，在拼装悬梁臂上组拼底节钢围堰；④将组装的首节钢围堰进行分块焊接，焊接后进行质量检测及水密检测。

2.2.2 钢围堰下沉

在拼装完成后，运用承重架、千斤顶、精轧螺纹钢等，组成起吊系统，用来提升围堰，然后割除牛腿并同步操作千斤顶、精轧螺纹钢螺帽，控制围堰的均匀下沉，使之能够入水自浮。处于该状态下的承重架、下垫梁，可以分别按照悬臂梁、简支梁作为其受力模型，从而对其抗弯强度等进行验算。在计算荷载时，需要考虑不均匀系数问题，通常建议取值为1.25～1.5。

2.2.3 接高施工

接高时，将双壁钢围堰顶部外壁上焊接四个索耳，利用缆索将其固定，防止在接高过程中转动。对接高部分焊接缝进行水密性试验后，开始准备下沉。按照双壁钢围堰的着床位置用精密仪器测试墩中心线，再利用定位船锚碇设备对双壁钢围堰的位置进行准确定位；复测河床面标高，刃脚高度、定位桩长度、位置，确保无误后，立即进行注水压重下沉。

2.2.4 封底-安装内支撑

当围堰下沉到位时，在其内部开挖、整平，然后进行封底混凝土的浇注施工，等到混凝土强度超过强度等级约80%之后，即可开始抽水，并逐层安装上、下内支撑。由于围堰内部此时是密封的，为了克服浮力问题，应当在抽水前，将隔舱中注满水，以增加围堰的自重，同时利用护筒与封底混凝土之间存在的摩擦阻力，抵消部分的浮力。针对内支撑按轴向受压构件采取压应力验算，因为其长度较大，还需要计算构件的长细比，从而验算其稳定性。

3 耒水二桥主桥双壁钢围堰工程实例分析

3.1 工程简介

耒水二桥位于衡阳市船山东路，是船山东路工程中跨越耒水的一座大型桥梁。其主桥跨径组合为（45+2×80+45）m。7、8、9号墩为主墩，主墩及6号过渡墩位于河道中，6～9号墩墩位处河床面标高41～43m不等，施工期间按58.0m考虑。双壁钢围堰的主要作用是围水施工，使承台施工变为干处施工。该桥梁6～9号墩由于河床面较低，设计采用的低桩承台，承台顶面需埋入河床面以下，四个墩承台均需采用双壁钢围堰进行承台施工。

3.2 双壁钢围堰施工方案综述

（1）6、7号墩采用“先桩后堰”的施工方法，流程如下：在河道中搭设钢管桩纵向与横向栈桥及钻孔平台→在钻孔平台上完成桩基施工→拆除钻孔平台→利用钻孔平台钢管桩及钢护筒拼装钢围堰底节→利用钢管桩、钢护筒采用千斤顶下放钢围堰底节→在墩位处利用浮吊拼装钢围堰块件→注水逐节下沉钢围堰至河床→利用空压机对河床覆盖层进行吹砂→围堰刃角处覆盖层被逐层清除后，在围堰隔仓内注水使围堰在自重作用下逐步下沉到设计标高→浇筑隔仓混凝土→浇筑封底混凝土→桩基施工→围堰内抽水，进行承台施工。

（2）8、9号墩需进行水下清渣爆破作业施工，使围堰外河床面形成向内的斜坡面，所以在一定范围内不能进行钢管桩施工，采用“先堰后桩”法施工，流程如下：利用长臂挖机或吹砂清除覆盖层→水下爆破、清渣使河床面降至围堰底面标高→在墩位处用抛锚定位两台驳船→在船上拼装浮龙门→利用浮龙门在水上拼装钢围堰底节→利用浮龙门对底节进行整体下放→在墩位处利用浮龙门分块拼装钢围堰其余节段→逐节注水下沉至设计标高→浇筑隔仓混凝土→打钢管桩搭设纵向与横向便桥及钻孔平台→下放钢护筒→浇筑封底混凝土→钻孔桩施工→围堰内抽水，进行承台施工。

3.3 具体施工

3.3.1 钢围堰设计及受力验算

（1）耒水二桥6号墩

①钢围堰外壁尺寸长11.6m，宽6.6m，内外壁之间宽度为1.2m。封底混凝土厚度为2.43m。

钢围堰的主要材料如下：围堰壁板：内外壁板均为δ10mm钢板。水平环板10×150mm钢板。竖杆L70×70×5；水平斜撑及水平杆L70×70×5，局部应力较大位置采用L80×80×6；支撑端部竖向和横向均布置2I36工字钢，作为分配梁，顶住围堰内壁。围堰下沉就位后，即浇注井壁混凝土。

②计算结果及分析：围堰计算采用通用有限元软件ansys进行计算，计算中整体仿真建模。其中，壁板采用shell63模拟，桁架采用beam4模拟模拟。整个模型共计板壳单元20000个，梁单元90000个。水、土压力采用梯度荷载的形式施加，约束封底混凝土以上围堰的平动，计算采用1/4模型（计算单位N、mm、MPa）。

（2）7、8、9号墩

①主动水土压力计算：因本计算为初步计算，同时考虑到双壁钢围堰下沉过程中，两侧必被掏空，所以计算中只考虑水压力，即水压力自围堰顶至封底混凝土顶。

②围堰结构的简要介绍

钢围堰外壁尺寸长32.2m，宽12.2m，内外壁之间宽度为1.5m。封底混凝土厚度为3.88m。钢围堰的主要材料如下：围堰壁板：内外壁板均为δ10mm钢板。水平环板10×150mm钢板。竖杆L70×70×5；水平斜撑及水平杆L70×70×5，局部应力较大位置采用L80×80×6；支撑端部竖向和横向均布置2I36工字钢，作为分配梁，顶住围堰内壁。围堰下沉就位后，即浇注井壁混凝土。

③计算结果及分析：围堰计算采用通用有限元软件ansys进行计算，计算中整体仿真建模。其中，壁板采用shell63模拟，桁架采用beam4模拟模拟。整个模型共计板壳单元40000个，梁单元180000个。水、土压力采用梯度荷载的形式施加，约束封底混凝土以上围堰的平动，计算采用1/4模型（计算单位N、mm、MPa）。

3.3.2 钢围堰分块加工制作方案

钢围堰采用在工厂分块加工制造，采用螺栓连接橡胶板密封，防止漏水。运至现场后在平台上拼装，同时检查接缝密封情况，采用多点起吊使钢围堰沿钢护筒作为导向下沉到设计高程。

6号墩钢围堰平面尺寸为 11.6m×6.6m，围堰高度为18.5m，内外壁板之间宽度为1.2m。各墩围堰竖向均分为4节加工，分节高度为（6.0+4.5×2+3.5）m。围堰平面分块宽度最大为5.8m，最小为4.2m。

7、8、9号主墩钢围堰平面尺寸为32.2m×12.2m，7、8、9号墩围堰高分别为23.5m、24.5m、23.5m，内外壁板之间宽度为1.5m。各墩围堰竖向均分为5节加工，8号墩从下至上的分节高度为（6.0+4.5×3+5.0）m，7、9号墩仅顶节高度不一样。围堰平面分块宽度最大为9.9m，最小为5.79m。

3.3.3 围堰底节浮龙门下放方案

（1）底节围堰拼装及下水

根据钢套箱施工设计图纸，要求在岸边的码头上加工单元，运用浮吊，将各单元吊装至拼装平台上，进行拼组作业。底节拼组完成后，即锁定焊接，验收合格之后使用机动舟将浮龙门推至墩位处锚定，使用安装于浮龙门上的6组走12道滑车组，将第一节的套箱吊起，并拆除拼装平台，将底节钢套箱缓慢下沉。

（2）围堰下沉着床清基方案

6、7号墩围堰底面在覆盖层中，在围堰着床后利用空压机吹砂方法对河床面进行清理；8、9号墩由于围堰底面在强风化或弱风化中，需进行水下爆破，所以8、9号墩需在围堰下放前先用长臂挖机清除覆盖层后再对岩层实施水下爆破，并对爆渣进行清除。

钢套箱每接高一节立即均匀灌水下沉，预留一定的干弦高度，以便接高下一节时的对接施焊作业。当套箱焊接完毕后，对套箱隔舱内灌水同步下沉并纠偏，当距河床标高50cm左右即停止灌水下沉，用全站仪观测套箱顶上顺桥向的两个点，调整围堰的倾斜和偏位，直到两点的坐标与设计坐标基本相符为止，然后立即启抽水机向隔仓同时注水，使围堰迅速下沉。

刃脚下到标高后，下潜水员用2cm的钢板焊成楔形盒子支垫钢围堰刃脚，以确保钢围堰的稳定，为保证封底混凝土的可靠性，用袋装水泥封堵围堰内刃脚。

（3）钢护筒定位安装及封底方案

6、7号墩钢护筒定位：6、7号墩采用“先桩后堰”方案，钢护筒在钻孔平台搭设好后，利用平台上工字钢对钢护筒顶口进行定位，利用全站仪监测钢护筒安装的垂直度，确保钢护筒的垂直度满足规范要求。

8、9号墩采用“先堰后桩”方案，钢护筒在钢围堰定位着床，浇筑隔仓混凝土后，可利用在钢围堰上的钢平台工字钢对钢护筒顶口进行定位。

水下混凝土封底施工：混凝土灌注采用垂直导管水下灌注，封底混凝土浇注面积大，且水位较深，为保证质量，采用多管两点同时灌注混凝土。混凝土的坍落度控制在20～22cm，掺加粉煤灰和高效缓凝剂，以提高混凝土的流动性，延长混凝土的初凝时间。为排出围堰内封底混凝土置换出的水量，采用在围堰侧板上部安装连通器排水的方式。