關(guān)于廣雅大橋雙壁鋼圍堰方案與鋼吊箱圍堰方案比選論證

熊戈原

（柳州市城市投資建設(shè)發(fā)展有限公司，廣西 柳州 545001）

近年來(lái)，隨著我國(guó)公路建設(shè)的迅速發(fā)展，橋梁建設(shè)也取得了巨大成就。深水基礎(chǔ)是大跨度橋梁施工的關(guān)鍵，施工技術(shù)復(fù)雜，投入的船舶機(jī)具設(shè)備很多，對(duì)整個(gè)橋梁工程造價(jià)影響甚大。目前大跨度橋梁深水基礎(chǔ)多采用鉆孔灌注群樁基礎(chǔ)，由于基礎(chǔ)施工是在水下進(jìn)行，受水位影響較大，且制約著承臺(tái)及上部結(jié)構(gòu)的施工，因此選擇合適的施工方案非常重要。

因?yàn)槊孔鶚蛄核幍乃?、地質(zhì)、氣象、航道等條件的不同，不可能有一種適合于所有橋梁基礎(chǔ)修建的圍堰結(jié)構(gòu)形式和施工方法。文章對(duì)鋼吊箱圍堰和雙壁鋼圍堰予以簡(jiǎn)單介紹，并闡述了廣雅大橋采用雙壁鋼圍堰施工的依據(jù)。

1 鋼吊箱圍堰

吊箱圍堰就是懸吊在水中的有底套箱，目前廣泛應(yīng)用于深水高樁承臺(tái)施工，當(dāng)承臺(tái)底面距河床面較高，或承臺(tái)以下較厚的軟弱土層、且水深流急，修建橋梁深水樁基及其承臺(tái)時(shí)可采用吊箱圍堰。

其結(jié)構(gòu)主要由側(cè)板、底板、內(nèi)支撐和支吊系統(tǒng)4部分組成，支吊系統(tǒng)又可分為上承系統(tǒng)、下承系統(tǒng)和吊桿。其工作原理是：在深水樁基完成后，用吊裝設(shè)備將鋼吊箱整體或逐步拼裝成整體后，安裝下放，然后通過(guò)力的轉(zhuǎn)換，將整個(gè)套箱重量（及以后封底混凝土重量）懸吊在樁基主護(hù)筒頂部，然后灌注水下混凝土封底；待水下混凝土形成強(qiáng)度后，鋼吊箱即和封底混凝土結(jié)合在一起，并通過(guò)封底混凝土錨固在樁基主護(hù)筒上，抽干水后，撤去原來(lái)的鋼吊箱支吊系統(tǒng)，然后進(jìn)行一系列承臺(tái)施工。

2 雙壁鋼圍堰

雙壁鋼圍堰施工工藝原理，在加工場(chǎng)進(jìn)行單元塊加工，制作完成后，將單元塊運(yùn)至拼裝場(chǎng)地進(jìn)行拼裝；拼好、水密性檢查合格后，下水，用拖輪將圍堰拖至橋位處，經(jīng)測(cè)量精確定位后，注水下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

3 廣雅大橋雙壁鋼圍堰與鋼吊箱圍堰比選

3.1 廣雅大橋工程概況

廣雅大橋及兩端道路東接廣雅路與市中心相連，西接河西路、磨灘路與西環(huán)路相連，全長(zhǎng)約1 410.487 m（含引道），橋型布置為兩部分，即主橋與引橋。其中，主橋采用海鷗式雙孔中承鋼箱拱橋，孔跨布置為63＋2×210＋63 m，全長(zhǎng)546 m。引橋部分長(zhǎng)512 m，道路部分長(zhǎng)352.487 m。

根據(jù)廣雅大橋的特點(diǎn)、柳江該區(qū)段內(nèi)地質(zhì)情況、柳州當(dāng)?shù)貧夂驐l件，水中主墩13#、14#、15#墩基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案采用了雙壁鋼圍堰施工，鋼圍堰形式為尖端矩形雙壁鋼圍堰，圍堰外徑47.3 m，內(nèi)徑44.2 m，分28塊組拼。

3.2 廣雅大橋選擇雙壁鋼圍堰依據(jù)

對(duì)于廣雅大橋，鋼吊箱圍堰和雙壁鋼圍堰優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表1：

表1 雙壁鋼圍堰與鋼吊箱圍堰優(yōu)缺點(diǎn)比較

3.2.1 地質(zhì)情況

柳江在廣雅大橋橋址處覆蓋層很薄，13#和 15#墩河床底最淺的覆蓋層厚度80 cm，14#墩只有30 cm，搭設(shè)平臺(tái)時(shí)插打的鋼管樁埋深很淺，不滿足施工平臺(tái)的穩(wěn)定性要求，因此平臺(tái)需要與鋼圍堰連成一體。雙壁鋼圍堰和吊箱圍堰相比，由于雙壁鋼圍堰落在河床底，澆筑完封底混凝土后，其穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于懸浮在水中的鋼吊箱圍堰，大大增強(qiáng)了平臺(tái)的穩(wěn)定性，保證了施工的安全。

3.2.2 水文情況

根據(jù)對(duì)柳江近幾年水文情況的分析，在5～8月份的汛期，洪水來(lái)勢(shì)迅猛，水位變化很大，尤其在2009年7月4日水位上升至89.64 m，為20年一遇特大洪水，江面上很多漂浮物，如遇平臺(tái)阻擋，沖擊力會(huì)很大，如果采用鋼吊箱圍堰，整個(gè)吊箱圍堰浮在水中，阻水面積很大，整個(gè)平臺(tái)、圍堰、懸掛吊箱的定位樁都易遭破壞。

3.2.3 施工組織情況

雙壁鋼圍堰頂部的施工平臺(tái)，能承受較大的施工荷載，在圍堰范圍內(nèi)平臺(tái)下設(shè)有支撐，適宜于使用大型鉆機(jī)。為加快施工進(jìn)度，完成明年汛期來(lái)臨之前水下基礎(chǔ)施工計(jì)劃，每個(gè)平臺(tái)計(jì)劃上8臺(tái)鉆機(jī)施工，對(duì)平臺(tái)的沖擊力很大，雙壁鋼圍堰恰好能滿足這個(gè)要求。

因基礎(chǔ)工程大，柳江一到汛期水位便猛漲，流速較大，一個(gè)枯水期如不能完成，一般只能在洪水期停工，待水位下降后繼續(xù)施工。在此期間還必須保證已經(jīng)施工的工程的安全，考慮到2010年汛期來(lái)臨時(shí)平臺(tái)和圍堰的穩(wěn)定性，保證非洪水時(shí)期能正常施工，決定選用雙壁鋼圍堰方案。和鋼吊箱圍堰相比，雙壁鋼圍堰結(jié)構(gòu)剛性大，可接高，汛期時(shí)高度可由15 m加高至18 m。另外，雙壁鋼圍堰能承受向內(nèi)或向外的壓力，能承受較大水壓，能盡可能的提高抽水水位。所以，不怕洪水淹沒(méi)圍堰，也不怕下沉?xí)r翻砂，施工十分安全可靠，只要及時(shí)在圍堰內(nèi)封底，就能安全渡洪。

3.2.4 圍堰制作情況

雙壁鋼圍堰工序單一，制造方便，施工簡(jiǎn)便，圍堰在水中是以灌水下沉，主要工作就是拼裝圍堰鋼殼。同時(shí)，圍堰內(nèi)支撐很少，吸泥下沉和清基都比較方便。這樣，能及時(shí)封底，使圍堰盡早達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。按照事先劃分好的板單元制造，運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組拼，合理的塊段劃分要使塊段重量在工廠及組拼場(chǎng)起重機(jī)的起重能力范圍內(nèi)，并盡量減少拼接的焊接工作量。圍堰的制造要滿足《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》的要求，著重控制結(jié)構(gòu)的尺寸和焊縫質(zhì)量，并保證圍堰側(cè)板有良好的水密性。

鋼圍堰在水平方向分為14塊進(jìn)行制造，上下節(jié)共28個(gè)單元，各節(jié)塊圍堰組拼時(shí)應(yīng)按編號(hào)順序進(jìn)行。各節(jié)圍堰先點(diǎn)焊組拼成整體然后對(duì)圍堰直徑、傾斜度及圍堰結(jié)構(gòu)等進(jìn)行測(cè)量檢查合格后方能全面施焊。

圍堰焊接完畢，應(yīng)對(duì)焊縫認(rèn)真檢查，對(duì)壁板和隔艙板焊縫進(jìn)行煤油滲透檢查，不合格的應(yīng)予以補(bǔ)焊。

鋼圍堰主要工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 鋼圍堰主要工藝流程

鋼圍堰制作拼裝完成后，對(duì)圍堰滑移范圍內(nèi)的場(chǎng)地進(jìn)行清理，保證無(wú)雜物尤其是可能戳破氣囊的尖銳物，掛好地錨鋼絲繩后，開(kāi)始圍堰下水，由于柳江水位較低，需與下游紅花電站聯(lián)系進(jìn)行柳江蓄水。

3.2.5 雙壁鋼圍堰定位流程

（1）用拖船把雙壁鋼圍堰拖運(yùn)至墩位處，在圍堰上設(shè)有4個(gè)2 T卷?yè)P(yáng)機(jī)。由于柳江水流速為0.3 m/s，故不設(shè)牽引錨。在圍堰上下游分別拋2個(gè)錨，每個(gè)錨對(duì)應(yīng)圍堰一個(gè)2 T的卷?yè)P(yáng)機(jī)和5 T的滑輪組，為圍堰的定位起調(diào)節(jié)作用，具體見(jiàn)圖2。

圖2

定位錨的尺寸（1.5 m×1.5 m×1.6 m）具體見(jiàn)圖3。

圖3 圍堰定位錨

（2）用測(cè)量?jī)x器進(jìn)行測(cè)量，定出圍堰的大體位置；

（3）圍堰注水開(kāi)始于上游端，在圍堰兩側(cè)對(duì)稱注水；注水用2臺(tái)流量在100 m3/h以上的抽水泵。

（4）精確定位：①按事先標(biāo)好的圍堰高度線，在圍堰刃角離河床底1～2 m處，下潛水員摸清河床底的具體情況；②離河床底1～2 m處開(kāi)始精確定位時(shí)，注水使圍堰下降20～30 cm后用全站儀測(cè)出圍堰四個(gè)角點(diǎn)的位置是否在正確位置，同時(shí)再次注水；定位以后誤差要保證在5 cm內(nèi)。

（5）刃腳支墊及封堵。采用多導(dǎo)管分期分批開(kāi)灌，整體一次澆筑完成的方法。封底原則為先低處后高處，先周?chē)笾胁康霓k法。待圍堰刃腳接觸河床時(shí)，對(duì)河床進(jìn)行處理，使圍堰刃腳沒(méi)入河床覆蓋層。由于河床高低不平，在刃腳未接觸河床的部分，由麻袋填筑，內(nèi)裝事先拌好的水泥和沙（配比1∶3－1∶4）。填筑方法：由10人一組工作，兩個(gè)潛水員在水下堵刃腳，使其成錐形，一人負(fù)責(zé)潛水員的換氣工作，7人負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運(yùn)麻袋。由于圍堰頂?shù)胶哟驳赘卟钣?2 m，麻袋下水時(shí)會(huì)由于浮力而浮到離刃腳2 m開(kāi)外的地方（當(dāng)麻袋入水時(shí)會(huì)使水變的渾濁），使?jié)撍畣T難以找到麻袋進(jìn)行填筑，故在圍堰做一個(gè)擋麻袋的裝置，用鋼管相連，上口為3～4 m。見(jiàn)圖4。

圖4

麻袋數(shù)量約為30 000只，水泥和沙多備。

3.2.6 設(shè)計(jì)方面

根據(jù)柳州市廣雅大橋兩階段初步設(shè)計(jì)文件：圖號(hào) 39《海鷗式拱橋方案 主墩鋼圍堰一般構(gòu)造圖》，見(jiàn)圖5，雙壁鋼圍堰為圓形圍堰，外徑45.5 m，內(nèi)徑42.5 m，堰壁厚1.5 m，單個(gè)封底混凝土量達(dá)到6 537.3方。

圖5 原設(shè)計(jì)雙壁鋼圍堰半平面圖

初步設(shè)計(jì)中鋼材用量和砼量都很大，為此，召開(kāi)了專(zhuān)家組會(huì)議，經(jīng)設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理和業(yè)主溝通后，決定改為矩形（設(shè)尖端）雙壁鋼圍堰，見(jiàn)圖6，圍堰尺寸根據(jù)承臺(tái)尺寸設(shè)計(jì)，后期兼做承臺(tái)模板，長(zhǎng)度為47.3 m，寬16.9 m，優(yōu)化后的圍堰單個(gè)封底混凝土方量為3 600方，大大節(jié)省了封底混凝土用量，鋼材用量也大幅減少。

圖6 優(yōu)化后雙壁鋼圍堰平面圖

4 結(jié)束語(yǔ)

深水基礎(chǔ)施工封水方案主要取決于當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件、水文情況、工程概況等，廣雅大橋橋址處河床底覆蓋層很薄，平臺(tái)鋼管樁的埋深很淺，在洪水期不能滿足穩(wěn)定性要求，因此采用雙壁鋼圍堰增強(qiáng)整個(gè)施工平臺(tái)的穩(wěn)定性；水位方面，柳江在汛期水位暴漲暴落，洪水和漂浮物的沖擊力很大，鋼吊箱圍堰不能滿足渡洪要求；施組方面，雙壁鋼圍堰只要封完底，汛期仍可進(jìn)行承臺(tái)和孔樁的施工，對(duì)工程進(jìn)度影響不大，更能保證工期目標(biāo)；從加工制作工藝方面，雙壁鋼圍堰利用水中鉆孔樁施工時(shí)間，可在岸上加工制作拼裝單元塊，減少了水上作業(yè)時(shí)間，縮短工期的同時(shí)，降低了水上機(jī)械使用成本和水上作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)性。

綜上所述，廣雅大橋基礎(chǔ)施工的封水方案采用雙壁鋼圍堰是科學(xué)的、正確的。