關(guān)于雙壁鋼圍堰施工技術(shù)的研究

王軍

(中鐵十五局集團(tuán)有限公司,河南洛陽(yáng) 471013)

關(guān)于雙壁鋼圍堰施工技術(shù)的研究

王軍

(中鐵十五局集團(tuán)有限公司,河南洛陽(yáng) 471013)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,目前處于深水大跨徑橋梁建設(shè)的高速時(shí)期,在深水施工中設(shè)計(jì)了一種雙壁鋼圍堰結(jié)構(gòu),在橋梁基礎(chǔ)施工中起到防水作用,不參與主體結(jié)構(gòu)的受力,且水流阻力小,利于通航,安全、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用。

橋梁基礎(chǔ) 施工 雙壁鋼圍堰結(jié)構(gòu)

1 工程概況

芒稻河特大橋起訖里程為K8+285.460～K9+558.860,全長(zhǎng)1273.40m,芒稻河特大橋橋位處河口寬514m,常水位2.04m,300年一遇洪水流量為2296立方米/s,行洪時(shí)橋前最大壅水高度為0.0126～0.0199m。根據(jù)所了解的水文資料,芒稻河最大潮差約6.28m,潮水為不規(guī)則半日潮,每日兩次漲落。每月初三與十八前后為最大漲潮期,多年平均高潮位為4.93,多年平均低潮位0.20。芒稻河處地質(zhì)層以淤泥與細(xì)砂層為主。在主橋18#、19#墩深水施工中采用方形雙壁鋼圍堰施工技術(shù)保證了工程的圓滿完成,下文藉此進(jìn)行相關(guān)技術(shù)分析、研究。

2 方形雙壁鋼圍堰施工技術(shù)特點(diǎn)

雙壁鋼圍堰平面為方形,占用空間小,施工方便,不影響防撞墩的施工,適合對(duì)設(shè)有防撞墩的深水基礎(chǔ)施工使用;由于方形雙壁鋼圍堰占用空間小,泄洪阻水面積較小,為泄洪要求高的河道所采用。鋼圍堰既可作為承臺(tái)施工的隔水措施,同時(shí)又作為承臺(tái)施工的外模;鋼圍堰加工焊縫質(zhì)量要求高,須經(jīng)水密試驗(yàn)確保不漏水;雙頂起落架法起頂下放鋼圍堰,便于操作,確保定位精度,保證圍堰內(nèi)壁滿足承臺(tái)內(nèi)模要求。單導(dǎo)管埋管式水下封底工藝投入少,工序少,便于施工銜接,且進(jìn)度快、質(zhì)量、安全效果好。

3 適用范圍

鋼圍堰適用于公路、鐵路深水基礎(chǔ)的施工,特別是采用鋼護(hù)筒定位的鉆孔灌注樁基礎(chǔ),可在鋼鋼圍堰下沉過(guò)程中利用鋼護(hù)筒作為鋼圍堰的定位、導(dǎo)向和固定設(shè)施適用。

4 工藝原理

鋼圍堰在岸上加工場(chǎng)地加工分節(jié)分塊制作、水上舟運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng),同時(shí)利用50T千斤頂和Φ36精軋螺紋鋼起頂?shù)坠?jié)圍堰的方法進(jìn)行圍堰拼裝,然后利用水上浮吊進(jìn)行接高拼裝;開挖下沉根據(jù)河床地質(zhì)情況,砂礫層采用渣漿泵、空壓機(jī)抽吸,粘土層采用抓斗抓等方法施工。下沉到位后及時(shí)灌注封底混凝土。抽干圍堰水后,然后進(jìn)行一系列的后續(xù)施工。承臺(tái)施工時(shí),封底混凝土作為承臺(tái)底模,鋼鋼圍堰的內(nèi)壁板可作為承臺(tái)的側(cè)模。

5 工藝流程及操作要點(diǎn)

5.1 工藝流程

鋼圍堰在岸上分節(jié)分塊制作→焊縫檢查驗(yàn)收→拆除外側(cè)鉆孔平臺(tái)→搭設(shè)底節(jié)鋼圍堰拼裝平臺(tái)→雙頂起落架裝置安裝→底節(jié)鋼圍堰運(yùn)輸、拼裝→焊縫檢查驗(yàn)收→鋼圍堰底節(jié)利用自重下沉→糾偏、定位控制→鋼圍堰邊接高、邊灌水、灌注隔倉(cāng)混凝土、吸泥下沉,直到全部接完2-4節(jié),下沉到位→水下清渣至設(shè)計(jì)標(biāo)高→澆筑封底混凝土→鋼圍堰內(nèi)抽水→割除鉆孔樁鋼護(hù)筒→破除樁頭→封底混凝土找平→承臺(tái)施工。

5.2 操作要點(diǎn)

(1)鉆孔樁平臺(tái)的拆除;鉆孔灌注樁施工完畢、鋼圍堰安裝之前,拆除鋼圍堰下沉位置處的鉆孔樁平臺(tái)及外圍的鋼管樁、剪刀撐。鋼鋼圍堰外側(cè)的兩排鋼管樁予以保留和補(bǔ)充,可做雙頂起落架平臺(tái)管樁。

(2)鋼圍堰加工;根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地的情況,選擇鋼圍堰的合適加工地點(diǎn)(工廠或現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)加工廠),為了方便運(yùn)輸,加工時(shí)鋼圍堰的分塊不宜過(guò)大,一般寬度在5米以下,長(zhǎng)度在6.0米以下,重量在15噸以下(現(xiàn)場(chǎng)加工時(shí)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸條件調(diào)整)。施工順序遵循先內(nèi)、外側(cè)單獨(dú)焊好,再連接起來(lái),以提高作業(yè)面,提供工作效率。

(3)拼裝平臺(tái)搭設(shè);打設(shè)17根Φ630mm鋼管樁(中間插打一根管樁并在上面鋪設(shè)一塊鋼板作為測(cè)量平臺(tái),兼作圍堰纜繩調(diào)整固定支墩),然后利用對(duì)應(yīng)的鋼護(hù)筒搭設(shè)吊裝平臺(tái),在鋼管樁上設(shè)置I36a牛腿,牛腿比現(xiàn)場(chǎng)施工水位高50cm處設(shè)置。在牛腿上搭設(shè)I36a橫墊梁,為了方便拼裝和焊接鋼圍堰,在拼裝工作平臺(tái)承重梁上可鋪放木板搭設(shè)焊接作業(yè)平臺(tái),可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。

(4)底節(jié)圍堰拼裝及下水;為了防止圍堰側(cè)翻,可用倒鏈內(nèi)外固定在鋼管樁上。在拼裝好后,需全面仔細(xì)檢查各焊縫水密試驗(yàn)。底節(jié)鋼圍堰預(yù)拼裝完成后鎖定焊接時(shí),同時(shí)可進(jìn)行雙頂起落架平臺(tái)的施工。起落架平臺(tái)包括下橫梁和底托梁,利用鋼管樁作為承重柱,在鋼管樁上設(shè)置單層2I40a作為承重梁,在下橫梁上設(shè)置2個(gè)50噸千斤頂。在千斤頂上設(shè)置2I50底托梁。精軋螺紋鋼下部和鋼圍堰連接,上部和底托梁固定。利用千斤頂對(duì)底托梁的頂升和下落調(diào)整鋼圍堰的高度。底節(jié)鋼圍堰拼裝完成后用提升系統(tǒng)吊住底節(jié)鋼圍堰吊點(diǎn),提升鋼圍堰,觀察一段時(shí)間,待穩(wěn)定后拆除橫墊梁和牛腿,緩慢下沉底節(jié)鋼圍堰。

(5)鋼圍堰定位;鋼圍堰對(duì)下沉的位置要求精度高,圍堰拼接下沉完成后,測(cè)量配合在水中正確定位,臨時(shí)把鋼圍堰與護(hù)筒固定,沿鋼圍堰內(nèi)四角靠打4根定位樁,4根樁打設(shè)垂直,定位樁與鋼圍堰壁距離5～10cm(鋼圍堰壁距離承臺(tái)25cm),利用護(hù)筒制作導(dǎo)向,來(lái)保證樁的垂直度,管樁打35～40m,以避免內(nèi)部抽沙而影響管樁的穩(wěn)定性,并把定位樁與護(hù)筒相連。其中內(nèi)部管支撐隨抽水拔出定位樁后安裝。4根定位樁在圍堰全部吸泥下沉就位后,澆筑封底混凝土前全部拔出。

(6)鋼圍堰接高;在底節(jié)頂面定出一個(gè)測(cè)量基準(zhǔn)面并確定中心點(diǎn),以保證接鋼圍堰的順直,并以此基準(zhǔn)面和中心線為準(zhǔn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸的測(cè)量控制,然后由平臺(tái)上汽車吊和浮吊吊裝上節(jié)鋼圍堰單元體拼裝接高。吊裝接高時(shí),要隨拼裝,隨調(diào)整,待全部點(diǎn)焊成型后,方可全面焊接。拼接施焊中,先焊水平弦板,后焊內(nèi)壁,再焊外壁,并按對(duì)稱施焊要求進(jìn)行。

(7)鋼圍堰著床;鋼圍堰接高第一節(jié)立即開始均勻灌水下沉,預(yù)留一定的干弦高度(1.5m左右),以便接高下一節(jié)時(shí)的對(duì)接施焊作業(yè)。然后依次接高第二、三節(jié),當(dāng)圍堰刃腳尖距河床面50cm左右即停止灌水下沉,通過(guò)鋼管樁上設(shè)置的限位裝置和倒鏈系統(tǒng)調(diào)整,實(shí)現(xiàn)圍堰的精確定位,然后開始接高第四節(jié),并開始邊吸泥邊下沉,時(shí)刻注意圍堰位置,防治傾斜偏位。圍堰著床前,用全站儀觀測(cè)圍堰頂上順橋向的兩個(gè)點(diǎn),調(diào)整圍堰的傾斜和偏位,直到兩點(diǎn)的坐標(biāo)與設(shè)計(jì)坐標(biāo)基本相符為止,然后立即啟動(dòng)8臺(tái)抽水機(jī)向8個(gè)隔倉(cāng)同時(shí)注水,使圍堰迅速下沉。

(8)吸泥下沉;鋼圍堰在覆蓋層中采用向隔倉(cāng)注水、澆混凝土、圍堰內(nèi)吸泥的方法使之下沉,用兩臺(tái)Φ250mm的吸泥泵或渣漿泵布置在圍堰的中心附近同時(shí)對(duì)稱吸泥(根據(jù)實(shí)際吸泥效果情況進(jìn)行調(diào)整,適當(dāng)時(shí)候潛水員配合水下射水沖泥),使鋼圍堰下沉速度的增加逐漸向刃腳方向轉(zhuǎn)移,吸泥過(guò)程中由于吸泥機(jī)排水量大,要用4臺(tái)水泵向圍堰內(nèi)補(bǔ)水,并在圍堰內(nèi)外壁之間連通裝置,以保持圍堰內(nèi)外水位差,防止內(nèi)外水頭差過(guò)大而引起刃腳翻砂,圍堰下沉過(guò)程中隨時(shí)用全站儀監(jiān)控圍堰頂面的4個(gè)觀測(cè)點(diǎn),發(fā)現(xiàn)偏位,立即采用調(diào)整隔倉(cāng)水、用吸泥機(jī)在鋼圍堰的刃腳處不均勻吸泥、隔倉(cāng)混凝土進(jìn)行調(diào)平等方法糾正。

(9)水下混凝土封底;封底混凝土澆注面積大,且水位較深,為保證質(zhì)量,采用單導(dǎo)管埋管式水下封底工藝灌注混凝土?；炷恋奶涠瓤刂圃?0～22cm,摻加粉煤灰和高效緩凝劑,以提高混凝土的流動(dòng)性,延長(zhǎng)混凝土的初凝時(shí)間。為排出圍堰內(nèi)封底混凝土置換出的水量,采用在圍堰側(cè)板上部開口或用水泵抽水的方式。方形鋼圍堰封底混凝土按平面尺寸13m×13m和封底混凝土厚度(根據(jù)設(shè)計(jì)施工,封底厚度3m)考慮,只用一根導(dǎo)管多點(diǎn)順序逐點(diǎn)灌注封底,做到投入少,工序簡(jiǎn)單,便于銜接,并且確保封底質(zhì)量,封底后基本不滲漏。單導(dǎo)管法的基本原理是各主要灌點(diǎn)首灌混凝土必須確保入水后瞬間將導(dǎo)管下口周圍埋入混凝土,然后再繼續(xù)灌注逐步擴(kuò)張。由于封底的面積較大,在圍堰內(nèi)設(shè)置有14個(gè)測(cè)點(diǎn),灌注過(guò)程中隨時(shí)用測(cè)繩進(jìn)行測(cè)量,以此來(lái)掌握混凝土的流動(dòng)情況,控制導(dǎo)管的埋深,封底砼的頂面標(biāo)高。灌注后期適當(dāng)增加混凝土的塌落度,使砼形成比較平坦的頂面,抽水后用沙漿找平至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

(10)雙壁鋼圍堰的拆除;承臺(tái)、墩身完工后,向圍堰內(nèi)注水,使圍堰內(nèi)外水位相平,潛水員采用水下切割設(shè)備對(duì)雙壁鋼圍堰側(cè)倉(cāng)混凝土及河床以上部分進(jìn)行分解切割,然后汽車吊和浮吊將割除部分吊起,用運(yùn)輸車運(yùn)出。

6 結(jié)論與建議

雙壁鋼圍堰不僅可作為鉆孔樁基礎(chǔ)的施工輔助手段,也可作為大面積承載的直接基礎(chǔ),主要對(duì)基底落在覆蓋層內(nèi)的情況,有利于設(shè)備的利用、降低成本,便于施工。雙壁鋼圍堰施工是結(jié)合橋梁基礎(chǔ)鉆孔樁施工的一種新的深水橋基礎(chǔ)施工方法,為今后的同技術(shù)施工具有重要參考作用,產(chǎn)生了很好的社會(huì)效益。

王軍(1979—),男,本科,畢業(yè)于蘭州交通大學(xué),工程管理專業(yè),現(xiàn)任工程師職稱,主要從事工程管理工作。