穆 颖

中铁建工集团有限公司北京路桥分公司 北京 100070

目前，在深水基础施工中，双壁钢围堰因为加工制作便捷、抗水压等优点而应用较为广泛，是桥梁下部施工中的阻水结构，其作用是通过四周仓壁、刃脚和封底混凝土围水来承受较大的水压，从而为深水基础提供安全、无水的施工环境。但围堰施工对河床面的平整度有着很大的要求。不等刃脚双壁钢围堰与传统的双壁钢围堰相比，着床前水下爆破、清渣工作量小，施工安全简便，可有效缩短施工工期。因不等刃脚双壁钢围堰根据河床坡面进行设计，减少了围堰自身钢材用量和封底混凝土的数量，降低了施工成本，同时也免去了大量爆破对相邻墩台基础及两岸居民造成的不利影响[1-9]。

1 工程概况

州河铁路特大桥全长842.46 m，孔跨布置为4×32 m＋（72＋128＋72） m连续刚构＋13×32 m预应力混凝土梁桥。全桥墩台共计21个，最高墩47 m。主要施工内容：桥梁下部基础、墩台身、连续刚构悬灌梁。本桥位于河谷区，桥址处州河两岸地势陡峭，河水流量大。沟床为软土，局部为粉质黏土地覆盖，沟床纵坡较大。根据对现场环境条件的充分了解，在此基础上制定了不等刃脚双壁钢围堰的施工方法。不等刃脚双壁钢围堰在特定的工程环境下，能够有效应对河床坡度的变化，同时具有水下爆破量小、结构用料省等其他围堰无法比拟的优势。

2 工程重难点

不等刃脚双壁钢围堰适用于水深＞10 m且河床坡度较大或河床面高低不平的深水基础施工。河床覆盖层较厚或是不允许水下爆破及有特定环保要求的深水基础也可采用不等刃脚双壁钢围堰进行施工。不等刃脚双壁钢围堰根据实际探测的河床面高程数据进行少量爆破，通过围堰四周不等刃脚和河床面相契合，有效地应对河床坡度的变化，再利用封底混凝土在水中创造一个无水的施工作业面。

3 施工工艺流程

3.1 不等刃脚双壁钢围堰施工工艺流程

首先对钢围堰着床基础位置进行摸底探测，并结合水文及地质资料设计钢围堰，设计、验算完成后进行施工。也可安排有经验的潜水员水下勘察、测量。具体施工工艺流程如下：实际探测→根据探测结果设计不等刃脚双壁钢围堰→加工、制作双壁钢围堰→少量爆破河床并进行清底→运输不等刃脚双壁围堰至施工现场→放样、定位围堰位置→按照设计图纸逐步拼接、下放钢围堰→围堰封底混凝土施工→抽水后开始深水基础施工。

3.2 不等刃脚双壁钢围堰总体设计方案

州河铁路特大桥8#墩所处地形为1∶1.5陡坡，地质为钙质泥岩，覆盖层较薄。设计不等刃脚双壁钢围堰前、后壁为双壁钢围堰；侧壁后半部分（即河床底高于承台底部分）采用双排φ508 mm×10 mm锁扣钢管桩，钢管桩侧壁通过堵头板与后壁双壁钢围堰之间采用螺栓连接；侧壁前半部分（即河床底低于承台底部分）双壁钢板围堰与后侧壁之间采用锁扣相连。

围堰平面形状为矩形，内长23 m（承台长22.6 m），内宽16.2 m（承台宽14.8 m）。双壁钢板围堰采用厚6 mm钢板做内、外壁面板，厚16 mm钢板做横梁桁架内、外弦，[10型钢做竖肋杆和支撑杆，刃脚开放并用厚10 mm钢板加强。设计刃脚穿过全风化钙质泥岩，与中风化岩层接触。围堰水平内支撑采用φ508 mm×10 mm钢管，设置3层，上层和中层间距均为6.0 m，中层和下层间距为4.0 m，下层支撑在承台顶标高以上50 cm。3层水平内支撑间设置竖向φ508 mm×10 mm钢管桩（图1）。

图1 不等刃脚施工方案

3.3 不等刃脚双壁钢围堰施工方法

3.3.1 不等刃脚双壁钢围堰加工

1）材料要求：钢料、焊剂、焊条等主要材料均应符合主墩承台双壁钢围堰设计图和现行标准的要求并附有出厂合格证。所用钢材表面应平整光洁，没有疤痕、分层、夹渣压入的氧化皮及其他影响强度的缺陷；工厂手工焊和工地手工焊所用焊条主要用J422酸性焊条。有些钢材由于工期紧，短时间内难以在市场采购到，可以向总工程师及设计部门申请，改变钢材的型号尺寸，总工程师及设计部门全部同意后，才可以使用。

2）加工场地及起重设备要求：为了满足从加工厂到桥墩位处的要求，需将围堰分块加工运输，除底节外，其余各节均为5 m标准节。钢结构加工厂场内应设置胎具焊接内桁架以防扭曲变形，胎具外径即为围堰外壁半径。场地内还应有单台8 t起吊能力的吊机，以满足焊接拼装需要。

3）下料要求：钢材下料精度按钢结构加工规范的有关要求执行，钢板下料用自动切割机，钢板切割后，实际切割线与预定切割线（号料线）的偏差不得超过1 mm，切割后的边缘不得有裂纹及超过1 mm的缺棱。考虑电焊收缩，双壁钢围堰在弧长方向下料时每单元应加长5 mm。焰割后应清除表面的金属毛刺、溅斑和熔瘤。钢材要用纸板放样配套才能下料，钢板、型钢下料前要求调直、检查、编号。

4）焊接拼装组成单节：双壁钢围堰分块制作，按竖向分节，其中前壁和侧壁钢围堰分节相同，分节均为三大节，底节和中节均为10 m（各由长5 m的两小节构成），顶节为5 m；后壁钢围堰分为两大节，底节为8 m，顶节为5 m。横向以每一个仓为单位分块，宽5 m左右前后壁横向均由5个仓构成。在施工现场分块匹配加工。钢板电焊组拼和肋角定位点焊，所用焊接材料型号不得低于正式焊接所使用的焊接材料。点焊高度一般不宜超过设计焊高的1/2。长度为50 mm，间距400～500 mm。钢板在平台上组拼时，先用手工点焊，再用自动电焊机焊接，焊接顺序应先焊横缝后焊纵缝。焊缝高度和长度满足施工组织设计要求。双壁钢壳每一单元在胎具内施焊完一面之后，经检查认可，然后将其翻身进行另一面焊接，平时不得任意翻身。每一单元双壁钢壳组拼施焊完毕后，量出其轮廓尺寸进行一些必要的修整。对各单元编号并填写检查表格进行出厂前检查验收。加工的围堰块段，其尺寸精度、表面平整度、焊接的密封性通过检验合格后，方可投入使用。

5）焊缝质量检查：所有焊缝除满足设计要求外，还应在焊缝处正面用石灰水刷成白色，背面涂刷煤油，观察其渗透情况。无煤油渗至正面，则为合格。否则铲除焊缝复焊。焊缝尺寸及施焊顺序的要求需按围堰设计图纸所规定的内容进行检验。

3.3.2 不等刃脚双壁钢围堰底节拼装

1）钢围堰安装前，对围堰范围内河床进行标高测量，应在钻孔完毕后加密测点测量，随时掌握河床标高与设计图纸变化情况，根据测量结果对河床进行降低或回填处理，以满足钢围堰刃脚均匀着床。

2）摆放围堰Ⅰ22b#支承梁，净距≤25 cm。

3）围堰拼装平台应满足平整度要求，由测量组放出围堰外轮廓边线。围堰单元在钢结构加工厂按设计图和制造工艺分块制造合格后，经运输栈桥运至墩位处拼装。

4）根据加工厂对每节围堰单元的竣工尺寸进行组合和编码，最终达到拼装后的整体尺寸误差为最小的目的。

5）利用25 t吊机拼装焊接围堰底节，施工过程中，为防止围堰单元拼装过程中倾覆，采用设置型钢临时支撑的方式，型钢焊接在护筒和围堰之间。底节围堰拼装完成后，在围堰刃脚灌注高0.5 m的C25混凝土。

6）使用空气吸泥机将底部泥土吸取干净，从中间位置向两侧分段分层进行，使钢围堰逐步竖直下沉。

7）分仓注水进行水密试验，仓内注水时，应对称进行。灌水高度为9 m，若发现有渗漏处，用颜色笔（或石笔）做好记号，待放水后将焊缝铲除，重新施焊。

8）在底节围堰壁板上焊接双层导向装置，使之与钢护筒保持一定间隙，以便约束围堰的倾斜和位移。

3.3.3 不等刃脚双壁钢围堰底节下沉和接高

1）钢围堰采用千斤顶下沉。先在桩基护筒和栈桥桩上安装刚性门架，在门架的横梁上安装200 t穿心千斤顶，用精轧螺纹钢作吊杆。千斤顶先空载顶出大部分活塞，再上紧螺帽顶起围堰，然后落顶下沉。共安装4台千斤顶，前、后壁各2台。安装好的4台千斤顶顶起围堰底节1 m，其间，将阻挡围堰落下的构件拆除。

2）在同一时间，同一进度中缓慢下放围堰，在自身重力和浮力作用下，围堰下落到水中平衡位置。

3）围堰在接高过程中始终保持对称，对围堰壁板和支撑进行调整、焊接，检查合格即可加水下沉。

4）围堰的中节位置拼装与底节位置拼装过程基本相同，围堰的中节位置对接完成，在检查验收合格后，开始加水下沉。加水要对称进行，并且在下沉过程中要尽量使围堰顶面水平，下沉直至围堰着床。着床前，测量围堰的位置和倾斜度是否满足承台施工要求。调整好位置后，下沉使围堰着床。

5）在钢围堰壁内用风压吸泥机吸取河床表面的松砟，使围堰继续下沉。边下沉边纠偏，直至围堰刃脚接触到中风化层。

6）围堰着床注意事项：围堰着床前，保证围堰内通过水压保证调平，并且通过测量保证着床位置及刃脚在河床面上0.5 m处。着床后，需保证围堰内水位始终略高于外部水位，以免造成翻砂现象。必要时用水泵往围堰内部注水保持水位。使用空气吸泥机将底部泥土吸取干净，从中间位置向两侧分段分层进行，使钢围堰逐步竖直下沉。如果围堰未能整体下沉，则适当扩大吸泥范围。

3.3.4 不等刃脚双壁钢围堰顶节接高和下沉

在中节围堰顶面拼装焊接顶节围堰。焊接顺序及要求与中节对接时相同，拼装焊接完成并检查验收合格后，开始布设灌注隔仓内水封混凝土设备。使用高压射水设备，将围堰的内壁及钢护筒的外壁反复冲洗，完成后使用空气吸泥机清基，达到浇筑封底混凝土条件。水封混凝土采用C25，灌注时各隔仓对称进行。灌注过程中围堰会继续下沉，直到灌注完毕，围堰下沉到位。

3.3.5 不等刃脚双壁钢围堰封底

围堰内河心侧（即河床低于承台底标高的地方），采用C25水下混凝土进行封底。封底混凝土高度到达承台底标高，厚度为2.5 m。封底前用测量绳测河床标高，当低于承台底标高2.5 m以上时，回填石砟至河床距承台底标高2.5 m处。潜水员下水检查未回填石砟部分的钢围堰刃脚，如有局部刃脚悬空处，则由潜水员水工下用砂袋堵塞缝隙。

河床处理满足要求后开始布设水封设备。封底混凝土灌注方法是用垂直导管法，来灌注水下混凝土。

在围堰顶面布置3个下灰点，采用3根（每根长约20 m）水封导管（河心侧呈上、下游均布），另增1根备用，导管的底口高于河底20～30 cm，导管上口安装下料斗（不小于3 m3）。

不等刃脚双壁钢围堰导管全长组拼完成后，用钢尺准确丈量长度，做好标记并编号。每根导管必须作0.6 MPa水密试验，经检查无漏水、破裂、变形才能使用。每根导管顶配备1 m短节不少于1节。

使用混凝土包作为隔水球，在每次“砍球”前先用准备灌注的混凝土制作好隔水球，隔水球比导管内径稍小一点，使其能够塞满整个导管口，用一根铁线将其捆扎牢固，将隔水包塞入导管口，将铁线的另一头吊挂固定在水封料吊边上，待“砍球”时将铁线切断即可。混凝土总槽的吊耳、支腿及起吊扁担千斤等，由于吊重较大，必须检算强度是否符合要求。

封底之前，有关设施如封底平台（利用围堰内支撑和钻孔桩钢护筒搭设）、储料设备、测量设施等，应安装就位完毕，由项目部成立检查组，全面进行检查。封底主电源使用主电路，备用电源采用1套发电机组。备用柴油发电机提前检修试机，主电路等均由项目部检查组在封底前进行全面检查。油料储备充足。

混凝土工厂开盘和停盘、接力泵的开机和停机、导管“砍球”与停灌、施工中履带吊机移位等，均由总指挥发出通知后再进行，队长或现场负责人为总指挥。

3.3.6 不等刃脚双壁钢围堰抽水、支撑

在同条件养护混凝土试件强度到设计强度70%后，开始抽水。抽水共分3次完成。第1次抽水，使水面标高低于围堰上层内支撑。安装上层内支撑。上层内支撑安装好经检查合格后，再进行第2次抽水。

第2次抽水，使水面标高低于围堰中间层内支撑位置，然后安装中间层内支撑，中间层内支撑安装完成后，安装上、中层内支撑之间的竖向支撑，使上、中层内支撑连接成整体。安装完成，经检查合格后可进行下步第3次抽水施工。第3次抽水至围堰底，抽水过程中应随时观察钢围堰内水位变化和围堰结构稳定情况，如发生漏水现象，则采用撒砂等方法堵漏。如围堰结构稳定异常则应立即停止抽水作业，并对围堰进行临时加固支撑。

不等刃脚双壁钢围堰加固支撑完成后，即可进入下道工序施工。

3.4 效益分析

本工程使用的不等刃脚双壁钢围堰与其他形式围堰相比，材料用量少，加工制作快。同时可适用于坡度较大河床面的深水基础，大大减少水下爆破及清渣的工程量，节约了施工成本，同时也消除了爆破对周围墩台和当地村民带来的不利影响。

在工期紧、汛期急的情况下，有力地保证了施工进度、生产安全，避免了大量机械设备和材料的投入，抢在河流汛期前完成了深水基础施工，也为项目消除了不可预见的风险。

4 结语

州河铁路特大桥项目8#墩深水基础采用不等刃脚围堰施工，在业主工期紧、河水深、河床地形复杂的情况下，充分发挥了钢围堰因地制宜、制造方便、施工迅速、安全可靠等优势，保质保量地按时完成了施工任务，取得了良好效果。可见，高、低刃脚双壁钢围堰施工在深水桥梁建设中优势明显，且在特定的工程环境下，能够有效应对河床坡度的变化，有着水下爆破量小、结构用料省等其他围堰无法比拟的优越性。