南疆港區(qū)特大橋雙壁鋼圍堰施工技術(shù)

趙方剛

中鐵十四局集團(tuán)第五工程公司，山東 兗州 272017

南疆港區(qū)特大橋雙壁鋼圍堰施工技術(shù)

趙方剛

中鐵十四局集團(tuán)第五工程公司，山東 兗州 272017

天津港南疆港區(qū)神華煤炭碼頭進(jìn)港鐵路二標(biāo)段南疆特大橋部分樁基礎(chǔ)位于水中，承臺(tái)采用了雙壁鋼圍堰施工。結(jié)合工程實(shí)際情況，對雙壁鋼圍堰設(shè)計(jì)進(jìn)行了檢算，對施工工藝和方法進(jìn)行了總結(jié)，并制定了切實(shí)可行的技術(shù)措施，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效果。

橋梁；樁基礎(chǔ)；雙壁鋼圍堰；承臺(tái)；施工

1 工程概況

天津港南疆港區(qū)神華煤炭碼頭進(jìn)港鐵路二標(biāo)段南疆特大橋長1702.17m，橋跨布置為:2孔32m預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路簡支梁+（48+3×64+48）m連續(xù)鋼桁梁+41孔32m預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路簡支梁。橋梁墩臺(tái)結(jié)構(gòu)形式為φ1.25m鉆孔樁基礎(chǔ)，低樁承臺(tái)，圓端型橋墩，T型橋臺(tái)。65#和66#墩承臺(tái)采用雙壁鋼圍堰施工。

2 雙壁鋼圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)檢算

2.1 雙壁鋼圍堰設(shè)計(jì)概述

承臺(tái)底高程11.12m，按封底混凝土厚2.0m、水面高程2.5m、圍堰頂超過施工水位1m考慮，鋼圍堰高度應(yīng)達(dá)到16.62m，取17m。河槽主墩采用雙壁鋼圍堰施工承臺(tái)是安全的。

圍堰擬采取圓形截面結(jié)構(gòu)形式，承臺(tái)平面設(shè)計(jì)尺寸為16.3m×12.5m，經(jīng)計(jì)算，其外接圓直徑為20.54m，考慮每邊20cm施工余量，其圍堰內(nèi)徑初步設(shè)計(jì)取為21.0m，外徑取23.0m，雙壁間距取1.2m，雙壁間用角鋼、斜撐組成桁架聯(lián)結(jié)。內(nèi)外壁板厚取8mm；水平加勁肋為150×10mm+50×10mm不等邊角鋼，間距1.2m，豎向肋為75×75×8mm角鋼，間距0.4m，斜桿為56×56×8mm角鋼，間距1m。分4節(jié)制造，徑向分為8個(gè)單元，隔艙板厚4mm，艙間、節(jié)間采用角鋼橡膠止水帶螺栓連接。為便于鋼圍堰下沉?xí)r切入覆蓋層，在其底部設(shè)1m高的三角形刃腳。其結(jié)構(gòu)構(gòu)造見圖1。

2.2 雙壁鋼圍堰設(shè)計(jì)檢算

2.1.1 圍堰下水階段

鋼圍堰壁內(nèi)為空，圍堰下水后，利用其自身浮力懸浮在水面上，壁內(nèi)外水面差h為1.78m。

計(jì)算時(shí)將豎向肋看作簡支梁結(jié)構(gòu)，計(jì)算得簡支梁最大彎矩Mmax＝1.23KN·m，跨中處應(yīng)力σ=M/WX=179MPa＜[σ]=215 MPa。滿足要求。龍骨應(yīng)力水平基本上在10 MPa左右，遠(yuǎn)小于鋼材的容許應(yīng)力。

2.2.2 承臺(tái)施工階段

⑴封底砼厚度檢算

封底砼與鋼圍堰一起，共同抵抗水的抗浮作用，參與抵抗水浮力因素有:鋼圍堰、鋼圍堰壁中砼、素砼及封底砼的總重力；護(hù)筒上豎向焊接的鋼板對混凝土的反力；黏土與鋼圍堰的摩阻力。將上以因素共同考慮，驗(yàn)算圍堰抗浮穩(wěn)定性如下:

式中:F鋼板—護(hù)筒上豎向焊接的鋼板對混凝土的反力；

G—鋼圍堰G1、鋼圍堰壁中砼G2、封底砼G3的總重力（kN）；

F—總的上浮力，即地下水位以下的鋼圍堰、封底的總排水量；

f摩阻力—粘土與鋼圍堰的摩阻力。

通過計(jì)算得K=1.39>1.25（安全）。

圖1 雙壁鋼圍堰結(jié)構(gòu)構(gòu)造圖

（2） 封底混凝土強(qiáng)度驗(yàn)算

封底砼在水浮力作用下，承受向上的均布荷載，進(jìn)行驗(yàn)算如下:

式中:l—基坑底小邊尺寸，根據(jù)實(shí)際情況，本例取最大樁中心距（m）；

q—封底底面靜水壓力（kPa）；

W—封底混凝土每1m寬截面的抗彎模量（m3）；

h—封底層頂面處高頭（m）；

d—假定的封底混凝土最小厚度（m）；

γw—水的重度（kN/m3）；

γc—混凝土的重度（kN/m3）；

[f]—封底混凝土容許抗彎曲強(qiáng)度，采用C20混凝土，考慮荷載作用時(shí)間較短，可分別取1200 kPa～1500kPa。

通過計(jì)算得:f=983.1 k P a＜[f]=1200kPa。安全。

在其它工況下，圍堰本身及混凝土都處于較低的應(yīng)力水平，不再贅述。

3 雙壁鋼圍堰施工

雙壁鋼圍堰施工工藝流程為:鋼圍堰加工→鋼圍堰運(yùn)輸→鋼圍堰拼裝→雙組龍門吊起吊→鋼圍堰下沉→封底混凝土施工→抽水堵漏→割除鋼護(hù)筒→承臺(tái)、墩臺(tái)施工。

3.1 雙壁鋼圍堰的分節(jié)拼裝

將加工好的基本構(gòu)件在加工廠先進(jìn)行試拼，符合設(shè)計(jì)要求后，按拼裝順序?qū)⒏鞣N構(gòu)件編號標(biāo)識(shí)，在現(xiàn)場分節(jié)拼裝。在纜索吊下平整場地，在地面上先放樣畫線，然后從一側(cè)開始，先拼好刃腳，再由兩側(cè)組拼，最后合龍，見圖2。刃腳拼好后，依次往上接拼。并注意刃腳內(nèi)側(cè)要設(shè)置牢固的支撐架，以保持刃腳頂面水平。第一層圍堰拼完后進(jìn)行校正，以確保結(jié)構(gòu)幾何尺寸和水平面正確。壁板間用螺栓連接好，連接縫均用10mm的橡膠止水帶嵌縫。拼完后再加支撐。

圖2 雙壁鋼圍堰的分節(jié)拼裝

圖3 雙壁鋼圍堰成型

圖4 水下混凝土封底

3.2 雙壁鋼圍堰的吊裝與下沉就位

按雙組龍門吊的起重能力50t考慮，雙壁鋼圍堰按6m、6m、5m分節(jié)整節(jié)吊裝，見圖2、圖3。第一節(jié)圍堰落河床后，繼續(xù)接高并在圍堰內(nèi)灌水，增加圍堰重量，圍堰內(nèi)以吸泥為主，使圍堰迅速下沉，直至圍堰刃腳到達(dá)設(shè)計(jì)高程。吸泥管采用φ250mm無縫鋼管制作而成，每套吸泥機(jī)配置1套空壓站，每套空壓站配置2臺(tái)20m3內(nèi)燃空壓機(jī)及一只儲(chǔ)氣罐，以保證達(dá)到吸泥所需的最小風(fēng)壓及風(fēng)量。在吸泥下沉過程中，配合高壓射水下沉。

在吸泥下沉過程中，定時(shí)測量水位、流速、水下地形及墩位處沖淤變化和圍堰的移動(dòng)，作好原始記錄，以便精確定位及提供下沉著床的有關(guān)技術(shù)參數(shù)。圍堰吸泥下沉?xí)r根據(jù)圍堰位移和傾斜情況調(diào)整吸泥位置，以保證圍堰在允許范圍內(nèi)下沉。要經(jīng)常觀察圍堰內(nèi)、外水頭差，注意隨時(shí)補(bǔ)水，避免大的翻砂。

為加強(qiáng)圍堰鋼殼強(qiáng)度、增加圍堰自重，圍堰內(nèi)按設(shè)計(jì)要求填充一定數(shù)量的混凝土，混凝土灌注應(yīng)按預(yù)先編制的程序和時(shí)間進(jìn)行。

為保證圍堰的準(zhǔn)確均勻下沉，吸泥的第一步工作就是將圍堰頂面找平，從鋼圍堰中心開始吸泥，逐漸向四周擴(kuò)散，使中間形成鍋底形狀，直至刃腳。及時(shí)調(diào)整吸泥機(jī)的吸泥部位，每個(gè)部位的吸泥量不能過大，使鋼圍堰均勻下沉。

開始吸泥后測量隊(duì)定時(shí)檢查鋼圍堰位置，以便及時(shí)調(diào)整圍堰偏位。當(dāng)鋼圍堰已全部著床且頂面水平、中心位置偏差符合要求，但鋼圍堰停止下沉?xí)r，可在鋼圍堰頂面壓重以克服圍堰下沉摩阻力。在下沉過程中，發(fā)現(xiàn)障礙物時(shí)，立即停止吸泥下沉，潛水進(jìn)行詳細(xì)勘察，摸清情況，分析原因，采取措施及時(shí)處理。

在吸泥下沉過程中，定時(shí)測量水位、流速、水下地形及墩位處沖淤變化和圍堰的移動(dòng)，作好原始記錄，以便精確定位及提供下沉著床的有關(guān)技術(shù)參數(shù)。

3.3 雙壁鋼圍堰質(zhì)量控制

制造鋼圍堰的鋼料、焊條、焊絲、焊劑等主要材料應(yīng)符合設(shè)計(jì)和現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求并附有出廠合格證，必要時(shí)應(yīng)作力學(xué)、化學(xué)及可焊性試驗(yàn)。

對焊縫的檢查應(yīng)滿足規(guī)范的要求，焊縫尺寸除滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求外，還應(yīng)在焊縫處涂煤油作水密檢查，若煤油滲到反面，則應(yīng)將該處焊縫鏟除，重新按規(guī)定施焊，焊后仍需作水密試驗(yàn)，合格后方可使用。

拼裝好的鋼圍堰外形尺寸應(yīng)與設(shè)計(jì)相符，每節(jié)直徑允許誤差:頂面±20mm，底面－20mm，壁箱寬度允許誤差:±1mm。

圍堰下沉至設(shè)計(jì)高程后其位置的允許偏差:傾斜度不大于1%，底面和頂面中心在橋墩縱、橫向的偏差不得大于H/100+0.25m（式中H為圍堰高度）。

3.4 水下混凝土封底

封底混凝土澆筑面積凈340.2平方米，且水較深，為保證質(zhì)量，采用在圍堰頂部設(shè)混凝土總槽，儲(chǔ)存一定量的首批混凝土，并設(shè)多方向的溜槽，多點(diǎn)均勻布設(shè)水封導(dǎo)管，泵送混凝土連續(xù)、多點(diǎn)、由下游向上游快速澆注，見圖4。首次混凝土的坍落度控制為18cm～20cm，以后坍落度控制為20cm～22cm，拌合站集中供料，產(chǎn)量為60m3/h，確保了混凝土的質(zhì)量和供應(yīng)。強(qiáng)度按設(shè)計(jì)提高2個(gè)等級配置，并摻加粉煤灰和高效緩凝劑，以提高混凝土的流動(dòng)性、延長混凝土的初凝時(shí)間。為保證封底混凝土與鋼護(hù)筒壁間的粘結(jié)力，在水封前，用特制的鋼絲刷將封底混凝土范圍的鋼護(hù)筒外壁表面附著物清除干凈。

經(jīng)試驗(yàn)證明，澆注水下混凝土?xí)r，導(dǎo)管口離底板20cm～30cm，混凝土的擴(kuò)散半徑約為3.5m，圓錐體率約為1/5～1/10，確保了封底混凝土的連續(xù)均勻上頂。

3.5 割鋼護(hù)筒、鑿樁頭

封底完畢，混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度后，先抽干堰內(nèi)積水，并注意邊抽水邊加內(nèi)支撐，后即可割除鋼護(hù)筒，鑿除樁頭。樁頭鑿除是一項(xiàng)耗時(shí)多的工序，為盡量減少這一工序時(shí)間，擬采取措施為:控制混凝土灌注標(biāo)高，按規(guī)范規(guī)定樁頂標(biāo)高超高0.8m，當(dāng)樁灌注完畢后，及時(shí)將超高0.8m位置以上的多余部分混凝土清除；優(yōu)化鑿除工藝。按常規(guī)的采用風(fēng)鎬人工鑿除，勞動(dòng)強(qiáng)度大、工效低，采用靜態(tài)松動(dòng)爆破法，人工打眼工作量增加，工效也不高，本次采用了公路路面混凝土破除機(jī)鑿除樁頭新工藝等措施，施工進(jìn)度大大加快。

3.6 承臺(tái)施工

承臺(tái)平面尺寸大，鋼筋較粗，數(shù)量大，帶肋主筋接頭的連接，當(dāng)直徑小于25mm時(shí)，采用電弧焊接；直徑大于25mm時(shí)，采用冷擠壓套筒連接，且接頭位置按設(shè)計(jì)要求錯(cuò)開。鋼筋在岸上加工車間制作，嚴(yán)格按照施工規(guī)范和圖紙要求檢驗(yàn)材質(zhì)及加工，現(xiàn)場綁扎，嚴(yán)禁漏綁。特別注意預(yù)埋鋼筋的位置及加固，防止?jié)沧⒒炷習(xí)r跑位。底部設(shè)置的鋼筋網(wǎng)，在越過樁頂處不得截?cái)?。在鋼筋與模板之間設(shè)置混凝土墊塊，墊塊與鋼筋扎緊，并相互錯(cuò)開，并根據(jù)圖紙預(yù)埋橋墩鋼筋等。

混凝土嚴(yán)格按照試驗(yàn)并經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)的配合比準(zhǔn)確計(jì)量，集中拌合，用輸送泵輸送，用串筒送混凝土至灌部位。為確保施工質(zhì)量，采用斜向水平推進(jìn)法施工?；炷磷杂上侣涓叨炔怀^2m，保持水平分層，且分層厚度不超過30cm。采用插入式振搗棒振搗，插入下層混凝土8cm左右，插入間隔小于其1.5倍作用半徑，不得漏搗和重?fù)v。每一層邊振動(dòng)邊逐漸提高振動(dòng)棒，避免碰撞模板。澆注過程中，設(shè)專人負(fù)責(zé)檢查圍堰、鋼筋和墩柱預(yù)埋鋼筋的穩(wěn)定情況，發(fā)現(xiàn)問題，立即處理。

4 結(jié)語

采用雙壁鋼圍堰進(jìn)行水中承臺(tái)施工，能夠有效提高施工的速度，保證了施工的安全順利進(jìn)行。在水中承臺(tái)施工中，由于采取的施工技術(shù)措施得力，施工中未出現(xiàn)意外情況，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]陳偉.鐵路橋涵工程雙壁鋼圍堰施工技術(shù)應(yīng)用[J].福建建材,2008,(04)

[2]陳光福.雙壁鋼圍堰的施工技術(shù)[J].中國港灣建設(shè),2002,(06)

[3]劉鳳蘭,岳紅波.東江大橋雙壁鋼圍堰設(shè)計(jì)與施工[J].橋梁建設(shè),2007,(S1)

[4]公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范(JTG TF50-2011).人民交通出版社,2011

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.14.034