工具式圍堰在橋梁墩柱維修中的應(yīng)用

劉 昂 吳中鑫 朱慈祥

（武漢二航路橋特種工程有限責(zé)任公司 武漢 430063）

由于人為、環(huán)境等諸多不可控因素，在役橋梁結(jié)構(gòu)尤其是墩柱和承臺(tái)承受著巨大的沖擊和遭受著一定的損壞。對(duì)此，需進(jìn)行橋梁墩臺(tái)的維修。橋梁墩臺(tái)大部分位于水下，需進(jìn)行隔水施工。隔水施工較多采用圍堰作為圍擋。其中以鋼圍堰應(yīng)用最為廣泛。

在役橋梁環(huán)境因素決定水下加固施工作業(yè)無法采用傳統(tǒng)鋼圍堰的分塊及安裝方式進(jìn)行施工，需對(duì)原有鋼圍堰施工方法進(jìn)行改進(jìn)，開發(fā)出一種符合加固施工作業(yè)工程小、分布廣等特點(diǎn)，并可以作為一種工具周轉(zhuǎn)使用的鋼圍堰［1］。

研究工具式可循環(huán)拼裝式雙壁鋼圍堰在大潮差水中墩柱加固工程中的使用方法，可為以后需使用鋼圍堰加固施工的工程起到指導(dǎo)作用。結(jié)合某大橋橋墩維修加固工程中采用的可循環(huán)拼裝式雙壁鋼圍堰施工方法，總結(jié)本次成果的經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)理論和技術(shù)，為其他類似工程提供參考。

1 應(yīng)用工程背景

某橋?qū)偕钏罂鐦颍L1 265m。全橋分為5聯(lián)，15～18號(hào)墩為水中墩，見圖1。下部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土雙柱橋墩，承臺(tái)平面尺寸為6.4m×5.2m，高2m，每個(gè)承臺(tái)下設(shè)4根直徑為1.5 m的鉆孔樁。

圖1 14～18號(hào)橋墩位置分布圖

由于橋址地處沿海并受潮汐影響，原橋受船只撞擊及采砂影響較大，需對(duì)墩柱進(jìn)行加厚混凝土施工。另外，橋墩處水深8～1m，需采用干作業(yè)施工平臺(tái)。根據(jù)施工需要，在15～18號(hào)墩設(shè)置雙壁鋼圍堰作為干施工作業(yè)平臺(tái)。

2 工具式雙壁鋼圍堰選擇及驗(yàn)算

根據(jù)水文地質(zhì)資料分析，結(jié)合新建橋梁鋼圍堰的設(shè)計(jì)原則，考慮高潮差低凈空等環(huán)境因素，并為滿足承臺(tái)加固施工需求，要求鋼圍堰內(nèi)部尺寸不小于8.0m×9.0m［2］。高度依據(jù)每處墩臺(tái)水深9.4～13.0m不等。具體每墩高度見表1。

表1 14～15號(hào)橋墩鋼圍堰參數(shù)表

根據(jù)工程現(xiàn)狀，如果重新制作特定的鋼圍堰，在經(jīng)濟(jì)性及工效性上處于劣勢(shì)。經(jīng)分析決定，可選擇我單位研制的工具式可循環(huán)利用雙壁鋼圍堰。

目前我單位的工具式雙壁鋼圍堰平面尺寸主要有2種類型，分別是L型鋼圍堰和I型鋼圍堰，見圖2和圖3，其高度尺寸滿足各種規(guī)格需要。通過這2種不同分塊相互組合及合理的內(nèi)撐布置，以滿足不同水深及不同施工條件下的需求［3］。

圖2 L型鋼圍堰（單位：mm）

圖3 I型鋼圍堰（單位：mm）

根據(jù)需求擬定鋼圍堰在平面方向分為6塊，分別是四角的L塊和2個(gè)長邊的I塊。高度方向分為4.6，3.6，2.4和3.0m（其中，4.6m 節(jié)段為入泥段，為一次性使用）。最長的塊長度為6.4 m，最重塊的重量為6.0t。塊與塊、節(jié)與節(jié)之間采用螺栓連接。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況鋼圍堰擬定組合見表1，平面組合圖見圖4，立面組合圖見圖5。

圖4 鋼圍堰平面布置圖（單位：mm）

圖5 15號(hào)承臺(tái)處鋼圍堰立面布置圖（單位：高程，m；尺寸，mm）

利用有限元軟件根據(jù)既有鋼圍堰規(guī)格尺寸進(jìn)行驗(yàn)算［4］，合理選擇內(nèi)撐桿及布置位置確保鋼圍堰使用過程中的安全性，有限元分析結(jié)果見圖6。

圖6 鋼圍堰應(yīng)力云圖

3 工具式鋼圍堰的使用

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)邊界條件，選擇相應(yīng)安裝使用流程。工藝流程為：工具式鋼圍堰選擇→前期準(zhǔn)備→吊裝設(shè)備安裝→哈弗套下節(jié)安裝→導(dǎo)向架安裝→第一節(jié)拼裝下沉→其余節(jié)段拼裝下沉→封底→哈弗套上節(jié)段安裝→抽水施工→鋼圍堰拆除循環(huán)利用。

3.1 鋼圍堰安裝的準(zhǔn)備工作

鋼圍堰安裝的前期準(zhǔn)備工作主要包括：水文及地質(zhì)狀況測(cè)量、運(yùn)輸船運(yùn)輸定位等。

工具式鋼圍堰到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)前，檢驗(yàn)各構(gòu)件并進(jìn)行水密性試驗(yàn)［5］。

3.2 鋼圍堰吊裝及拆卸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝

鋼圍堰的吊裝通過手拉葫蘆及卷揚(yáng)機(jī)配合使用而實(shí)現(xiàn)，吊裝點(diǎn)通過在鋼圍堰正上方箱梁板底處鉆孔植筋實(shí)現(xiàn)。

3.3 哈弗套的設(shè)計(jì)及加工

在封底混凝土與鋼圍堰之間設(shè)置Φ158的哈弗套，防止封底混凝土和入泥段鋼圍堰以及其他因素對(duì)原橋恒載的影響。

3.4 哈弗套下節(jié)段的安裝

利用駁船安裝哈弗套下節(jié)段。

3.5 鋼圍堰導(dǎo)向架設(shè)計(jì)安裝

采用圍堰導(dǎo)向架進(jìn)行鋼圍堰安裝定位。

導(dǎo)向架按照組件拼接方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，并考慮到當(dāng)?shù)?.5m／s的水流力帶來的影響。導(dǎo)向架錨固于承臺(tái)上，塊與塊之間采用螺栓連接。圍堰導(dǎo)向架完成后拆除并進(jìn)行循環(huán)作業(yè)。圍堰導(dǎo)向架見圖7。

圖7 鋼圍堰導(dǎo)向架平面布置圖（單位：mm）

3.6 鋼圍堰安裝

3.6.1 第一節(jié)鋼圍堰吊運(yùn)、定位、拼裝

采用圍堰吊裝及拆卸系統(tǒng)進(jìn)行鋼圍堰拼裝。

首節(jié)段圍堰通過駁船運(yùn)至橋墩兩側(cè)，駁船拋錨定位，使用圍堰吊裝及拆卸系統(tǒng)進(jìn)行依次逐塊起吊拼裝。塊與塊、節(jié)與節(jié)之間采用螺栓連接并用橡膠護(hù)墊進(jìn)行止水處理。

3.6.2 其他節(jié)段鋼圍堰吊運(yùn)、定位、拼裝

依據(jù)第一節(jié)吊裝、拼裝同樣的方式拼裝其他節(jié)段鋼圍堰。

3.6.4 鋼圍堰著泥

鋼圍堰接高完成后，在小潮、低潮、平潮時(shí)均勻灌水下沉。

雙壁鋼圍堰著床后，用2臺(tái)吸泥機(jī)由圍堰中心逐步向刃角處對(duì)稱分層吸泥。

圍堰壁內(nèi)灌注艙內(nèi)混凝土或沙石壓重，并結(jié)合圍堰導(dǎo)向架使圍堰平、穩(wěn)、正、直地下沉。圍堰一邊下沉一邊調(diào)整，確保其始終在準(zhǔn)確位置下沉。

3.7 鋼圍堰混凝土封底

封底混凝土施工前，利用袋裝卵石或石塊將圍堰外側(cè)開挖坑填平，以防封底混凝土澆注時(shí)將圍堰擠壓偏位。

采用垂直導(dǎo)管法灌注水下混凝土，導(dǎo)管布置見圖8。

圖8 鋼圍堰封底混凝土灌注孔分布圖

3.8 哈弗套上節(jié)段的安裝

哈弗套上節(jié)段的安裝與下節(jié)段安裝類似。

3.9 抽水施工

哈弗套上節(jié)段安裝完畢后，對(duì)鋼圍堰內(nèi)部抽水，便可進(jìn)行相關(guān)作業(yè)。

3.10 鋼圍堰拆除循環(huán)利用

工具式可循環(huán)利用雙壁鋼圍堰使用完成后，進(jìn)行拆卸回收循環(huán)利用。

根據(jù)鋼圍堰的安裝順序逆向進(jìn)行拆除。拆除原則為從上到下分節(jié)拆除吊裝。

拆卸所剩余高強(qiáng)螺栓以及橡膠護(hù)墊，選擇完好或還可循環(huán)利用的留下進(jìn)行再次利用，其余予以廢除。

循環(huán)使用前需對(duì)鋼圍堰壁體進(jìn)行外觀檢查。對(duì)破損狀況進(jìn)行焊接修補(bǔ)。鋼圍堰下水前需進(jìn)行水密試驗(yàn)。對(duì)于變形較大的情況進(jìn)行糾正，如果無法恢復(fù)原來狀況，必要時(shí)需返廠修補(bǔ)。如無法使用，則進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拆解。

4 結(jié)論

利用創(chuàng)新性的工具式可拼裝循環(huán)利用式鋼圍堰對(duì)某橋橋墩加固工程進(jìn)行施工，在國內(nèi)較為罕見。其先進(jìn)性及創(chuàng)新性主要有：

（1）研究可循環(huán)利用雙壁鋼圍堰在大潮差水中墩加固工程中的使用方法，可以大大減少施工工期，提高工作效率，降低施工成本。

（2）可循環(huán)利用雙壁鋼圍堰符合建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的國情，具有經(jīng)濟(jì)性、持久性、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)。

（3）可循環(huán)利用雙壁鋼圍堰作為一種新型的施工工具，不僅可為在大潮差特定環(huán)境中的加固工程提供服務(wù)，亦可為所有水中加固工程提供指導(dǎo)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

［1］ 盛海軍，吳中鑫，李士兵，等.雙壁鋼圍堰在大潮差水中墩加固工程中的應(yīng)用研究［J］.公路，2012（9）：120－126.

［2］ 陳治國.九龍江特大橋深水基礎(chǔ)鋼套箱圍堰施工技術(shù)［J］.山西建筑，2012（3）：176－178.

［3］ GB 50017－2003［S］.北京：中國計(jì)劃出版社.2003.

［4］ 喻志良.深水基礎(chǔ)鋼圍堰設(shè)計(jì)［J］.鐵道建筑技術(shù)，2011（S）：

［5］ JTJ TF50－2011公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2011.