重載鐵路深水超大雙壁鋼圍堰施工關(guān)鍵技術(shù)研究

王海彬

【摘 要】文章結(jié)合重載鐵路深水超大雙壁鋼圍堰施工實(shí)例進(jìn)行研究，該圍堰在工廠車間內(nèi)制造完成后，運(yùn)輸至下河碼頭進(jìn)行第一節(jié)拼裝，拼裝完成后采用氣囊法實(shí)施下河，在下河區(qū)域進(jìn)行臨時(shí)錨固，通過(guò)前后定位船拉纜將圍堰定位后進(jìn)行后兩次接高，圍堰下沉后搭設(shè)封底平臺(tái)完成圍堰封底施工。文章重點(diǎn)對(duì)雙壁鋼圍堰制造、拼裝、下河、定位、封底等一系列施工的關(guān)鍵施工技術(shù)進(jìn)行研究。

【關(guān)鍵詞】雙壁鋼套箱圍堰制造；拼裝；圍堰下河；浮運(yùn)；圍堰定位；封底

【中圖分類號(hào)】U445.566 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2016）11-0067-04

1 工程簡(jiǎn)介

重載鐵路深水超大雙壁鋼圍堰基礎(chǔ)施工采用先圍堰后平臺(tái)施工，圍堰采用雙壁套箱圍堰。圍堰為外徑50.5 m、內(nèi)徑46.5 m的圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，高31 m，圍堰壁寬2 m，圍堰內(nèi)設(shè)置了2道底隔艙，高5.726 m，寬2 m。圍堰共分為3節(jié)，圍堰內(nèi)封底厚度為3.5 m，共需混凝土6 204 m3。

2 總體施工方案

圍堰在工廠車間內(nèi)制造完成后，運(yùn)輸至下河碼頭進(jìn)行拼裝19.7 m，圍堰采用19.7 m整體下河，由下河專業(yè)公司采用氣囊法實(shí)施，圍堰下河后，在下河區(qū)域進(jìn)行臨時(shí)錨固，脫除底托板、底托架。圍堰利用拖輪浮運(yùn)至墩位，通過(guò)前后定位船拉纜將圍堰定位后進(jìn)行4.3 m+7 m兩次接高，圍堰下沉后搭設(shè)封底平臺(tái)完成圍堰封底施工。

3 圍堰制造

（1）鋼圍堰為圓形鋼結(jié)構(gòu)，為方便制作、運(yùn)輸、拼裝及下河，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，結(jié)合制作和拼裝場(chǎng)地的施工條件，圍堰分成32個(gè)單元塊，每塊質(zhì)量不超過(guò)12.5 t，圍堰壁板單元件由內(nèi)、外壁板，隔倉(cāng)板、水平桁架及豎肋等部件組焊成型。

（2）單元件組裝順序如下：胎架平臺(tái)制作→拼板及框架制作→鋪設(shè)外圍壁板→安裝外圍壁縱骨→安裝水平結(jié)構(gòu)→安裝內(nèi)隔艙板→安裝內(nèi)圍壁縱骨及結(jié)構(gòu)→焊接內(nèi)部構(gòu)件。

（3）單元件焊接順序如下：內(nèi)外圍壁正反面焊縫焊接→內(nèi)結(jié)構(gòu)焊接→內(nèi)結(jié)構(gòu)與外圍壁焊接→內(nèi)結(jié)構(gòu)與內(nèi)壁焊接。

4 圍堰底節(jié)拼裝

4.1 圍堰底節(jié)拼裝順序

圍堰底節(jié)拼裝順序如下：測(cè)量放點(diǎn)安裝鋼凳→安裝鋼凳上鋪設(shè)托板（δ=20 mm鋼板）→托板上放置底托架→底托架上拼焊底隔艙→底隔艙與連接系的焊接→底隔艙與圍堰單元塊焊接→32塊單元節(jié)拼裝→圍堰合龍施工。

4.2 鋼凳擺放

鋼凳為圍堰制造時(shí)的臨時(shí)性結(jié)構(gòu)，利用型鋼焊接而成，鋼凳布置時(shí)上頂面必須在同一平面內(nèi)，所有鋼凳的底部均墊平、墊實(shí)。現(xiàn)場(chǎng)施工鋼凳時(shí)頂面標(biāo)高誤差小于5 mm。

4.3 托板安裝

由于隔艙底部是刃角結(jié)構(gòu)，在鋼凳的頂面鋪設(shè)一層20 mm厚的鋼板作為托板，托板在鋼圍堰下滑過(guò)程中的作用是保證氣囊的平穩(wěn)工作和傳力。在托板外側(cè)邊緣焊接鋼管保護(hù)，對(duì)鋼管與鋼板之間焊縫進(jìn)行了磨平和焊渣清除，避免了托板邊緣割傷氣囊。

4.4 底隔艙托架安裝

將做好的隔艙托架按照?qǐng)D紙上的尺寸放置在托板上，利用水平儀測(cè)量每個(gè)托架的標(biāo)高，保證了托架安放水平。

4.5 底隔艙、連接系安裝

（1）底隔艙在底托架上采取分段定位安裝（如圖1所示）。首先拼裝與底隔艙桁架相連的單元塊，固定好后，再依次拼裝其他單元塊。拼裝首塊時(shí)，底隔艙內(nèi)的豎向加勁板與桁架的中心對(duì)齊。由于底部為尖角，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置了臨時(shí)支撐和纜風(fēng)，避免了拼裝時(shí)底隔艙發(fā)生傾斜。

（2）利用鋼凳將底隔艙連接系按設(shè)計(jì)圖要求的位置抄墊，支撐點(diǎn)布置4個(gè)，支撐點(diǎn)頂面高度保證水平。焊接連接系與底隔艙的連接板，使連接系與底隔艙結(jié)構(gòu)形成一個(gè)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

4.6 單元塊安裝

（1）利用50 t履帶吊機(jī)整體吊裝單元塊，先安裝與底隔艙連接的側(cè)板單元塊，單個(gè)單元塊下設(shè)置2塊鋼凳抄墊，支撐點(diǎn)頂面高度保證水平。

（2）2臺(tái)50 t吊機(jī)同步對(duì)稱拼裝，拼裝最后一片單元塊時(shí)，先實(shí)測(cè)已拼裝的第一片和最后一片之間的距離，然后根據(jù)實(shí)測(cè)尺寸換算至設(shè)計(jì)基準(zhǔn)高度對(duì)最后一片單元塊進(jìn)行調(diào)整、配切，達(dá)到拼裝合龍的要求。

4.7 底托板吊掛系統(tǒng)

為保證底托架系統(tǒng)與圍堰在滑移過(guò)程中是一個(gè)整體，以方便圍堰下河后拆除底板，需在底隔艙上設(shè)置吊掛系統(tǒng)。

5 圍堰下水

5.1 下河坡道要求

（1）坡度和坡長(zhǎng)要求。圍堰拼裝場(chǎng)地前端到水口的距離為55 m，高差為6.9 m，為保證圍堰下水的需要，將圍堰坡道按如下方式進(jìn)行處理：從圍堰后端往江邊80 m，坡道按1∶40處理，再往江邊30 m，坡道按1∶11處理，這2段主要利用拉纜控制圍堰下水前姿態(tài)和速度，再往江邊10 m，坡道按1∶8處理，此坡道用于圍堰斷纜下河加速區(qū)。

（2）坡道換填處理要求。圍堰外徑為50.5 m，清理坡道范圍內(nèi)70 m×70 m超高的地表層的種植土和腐殖土先清理掉，保證圍堰順利下滑；為保證坡道穩(wěn)定，承載力大于170 kPa的要求，在圍堰氣囊的滾動(dòng)的2條坡道范圍B=11 m內(nèi)進(jìn)行換填碾壓，上鋪80 cm片石，面層為20 cm泥結(jié)碎石，進(jìn)行縱向水平分層填筑，頂寬9 m，底寬11 m，按照1∶1坡度在坡道兩側(cè)放坡坡腳凈距不小于3 m。

5.2 河床情況

（1）根據(jù)計(jì)算結(jié)果，要求距河岸邊10 m處水深不得小于4 m，距岸邊38 m處水深不得小于6.5 m，并且必須保證圍堰下水滑道外的上、下游各10 m范圍內(nèi)，水深滿足要求。圍堰下河后平穩(wěn)漂浮時(shí)，理論入水深度為3.9 m。

（2）利用4臺(tái)長(zhǎng)臂挖機(jī)站位于汽渡船上對(duì)圍堰下水區(qū)域及上、下游各25 m處進(jìn)行清理淤處理，清淤過(guò)程中利用測(cè)深儀器進(jìn)行測(cè)量水深。

5.3 后拉纜設(shè)置

（1）拉纜系統(tǒng)。氣囊充氣過(guò)程中，為防止圍堰下滑和保證圍堰下滑過(guò)程中方向正確，并能控制鋼套箱下滑的速度，在圍堰后方30 m的位置設(shè)置地錨和后拉纜。地錨上設(shè)置15 t卷?yè)P(yáng)機(jī)提供拉力，通過(guò)鋼絲繩連接2臺(tái)滑車組（六門走十二滑車組）與圍堰底隔艙位置相連，底隔艙位置設(shè)置2處拉纜耳板，并在鋼絲繩中間位置設(shè)置斷纜器。后纜系統(tǒng)如圖2所示。

（2）地錨設(shè)置。地錨主要為鋼圍堰開始下滑階段提供后拉力，控制圍堰下滑速度。地錨采用4根1 m直徑的鋼管，以深度15 m、樁間距2.5 m布置。

5.4 圍堰起滑

先對(duì)圍堰氣囊充氣，當(dāng)氣囊完全托起圍堰，慢慢放松后拉纜，利用圍堰的重力分力使圍堰下滑。圍堰滑動(dòng)過(guò)程中要及時(shí)做好前端氣囊的擺放、倒用充氣工作。

5.5 圍堰斷纜、入水

當(dāng)圍堰下滑離入水邊線10 m處時(shí)，再次檢查后拉纜及圍堰結(jié)構(gòu)，圍堰斷纜時(shí)，工人打掉斷纜器銷軸，讓圍堰自由加速下滑入水。

由于慣性和水流作用，圍堰入水后繼續(xù)滑行。在圍堰下滑前，在圍堰下水的上游設(shè)置定位船1艘，從定位船上設(shè)置2根（200 m長(zhǎng)/根）φ36 mm保險(xiǎn)繩與圍堰相連接，將圍堰臨時(shí)錨固。

5.6 底托板、底托架回收

圍堰下水后，對(duì)稱切斷吊掛系統(tǒng)，圍堰脫離現(xiàn)場(chǎng)后，利用400 t鐵駁和30 t浮吊配合進(jìn)行底拖板和底托架的打撈工作，打撈范圍設(shè)置了警示區(qū)，打撈期間禁止船舶在打撈區(qū)域范圍內(nèi)通行。

6 圍堰浮運(yùn)

船隊(duì)編隊(duì)采用長(zhǎng)江22033輪和長(zhǎng)江22032輪為主拖船，在圍堰正后部采取硬頂形式編隊(duì)，其船首分別向左、右設(shè)置操縱纜、連接纜、交叉纜。需協(xié)助掉頭時(shí)，城港拖503輪在圍堰前右舷，采取旁拖形式編隊(duì)，設(shè)置拖纜、“八”字纜、尾纜。編隊(duì)均用φ28 mm的鋼絲繩。

7 圍堰定位、水中接高

7.1 圍堰定位前清淤

采用1臺(tái)抓斗式挖泥船按照順河流方向，自上而下，由水中向岸邊分層分壟溝進(jìn)行開挖，所挖泥渣裝入泥漿運(yùn)輸船中，用拖輪拖運(yùn)輸船至拋泥區(qū)拋泥。

7.2 圍堰定位

（1）錨碇系統(tǒng)的總體布置。錨碇系統(tǒng)采用無(wú)導(dǎo)向船+霍爾錨定位系統(tǒng)，前后各設(shè)1艘400 t鐵駁作為前、后定位船。前、后定位船與圍堰間設(shè)置前、后拉纜，邊錨通過(guò)圍堰馬口轉(zhuǎn)向收錨于定位船。

（2）定位船上布置12套5門50 t滑車組，2臺(tái)5墩卷?yè)P(yáng)機(jī)，與主錨、邊錨、拉纜通過(guò)轉(zhuǎn)向馬口與滑車組一端相連接，滑車組另一端與定位船上底座相連接。

（3）圍堰上布置12個(gè)轉(zhuǎn)向馬口，分為3層，上層用于上拉纜圍堰與定位船相連接；中層布設(shè)4個(gè)，邊錨通過(guò)馬口固定于定位船；底層布設(shè)4個(gè)，下拉纜通過(guò)馬口固定于定位船。

7.3 拋錨步驟

（1）步驟一：前定位船錨位處水深測(cè)量，拋錨船拋設(shè)1#主錨，并臨時(shí)停泊于前定位船附近位置；用拖輪把前定位船拖帶至設(shè)計(jì)位置，在前定位船艉下游約50 m處拋下1個(gè)1 t鐵錨，穩(wěn)定前定位船；利用拋錨船拋設(shè)2#主錨，過(guò)錨繩至前定位船與相應(yīng)滑車組系結(jié)。

（2）步驟二：拋設(shè)5#、7#定位船邊錨，過(guò)錨繩并系結(jié)，對(duì)稱收緊；拖輪拖帶后定位船至前定位船尾部臨時(shí)系結(jié)，將L1#、L2#拉纜過(guò)至后定位船臨時(shí)系結(jié)，將1 t臨時(shí)錨過(guò)至后定位船上系結(jié)；利用拖輪輔助溜放后定位船至3#墩墩位偏下游12 m處，拋設(shè)17#、18#尾錨，與后定位船滑車組系結(jié)并收緊。

（3）步驟三：拋設(shè)3#、4#主錨及6#、8#前定位船邊錨，并過(guò)至相應(yīng)滑車組系結(jié)收緊；拋設(shè)9#～12#圍堰邊錨，并將接長(zhǎng)段錨繩臨時(shí)過(guò)至后定位船，拉纜及尾錨滑車組臨時(shí)系結(jié)并收緊。

（4）步驟四：底節(jié)圍堰浮運(yùn)至墩位，臨時(shí)靠綁于后定位船處。將拉纜L1#、L2#錨繩接頭與圍堰上相應(yīng)錨繩接頭相連；將9#、11#邊錨由后定位船過(guò)至圍堰，繩端經(jīng)圍堰馬口，過(guò)至前定位船將錨繩接頭相連，并初步收緊；將10#、12#邊錨由后定位船過(guò)至圍堰，繩端經(jīng)圍堰馬口，過(guò)至后定位船上臨時(shí)系結(jié)。

（5）步驟五：將L5#、L6#拉纜錨繩接頭連接至后定位船相應(yīng)滑車組；利用拖輪溜放后定位船至設(shè)計(jì)位置。

（6）步驟六：拋設(shè)13#～16#后定位船邊錨，并系結(jié)收緊；將10#、12#邊錨繩端過(guò)至后定位船相應(yīng)滑車組系結(jié)并收緊；將L3#、L4#、L7#、L8#拉纜錨繩接頭接至前定位船相應(yīng)滑車組，對(duì)稱收緊。

（7）步驟七：進(jìn)行圍堰分塊接高作業(yè)。

7.4 圍堰接高

圍堰初定位完成后，開始圍堰接高施工。圍堰單元塊拼裝利用150 t、200 t浮吊進(jìn)行。

圍堰4.3 m節(jié)段對(duì)稱拼裝，及時(shí)測(cè)量、調(diào)整圍堰平面高差，保證圍堰拼裝的精度。圍堰在接高過(guò)程中，觀測(cè)前后定位船拉纜的受力，保證邊錨、主錨、尾錨受力均勻。

7.5 圍堰精度定位

（1）圍堰精度定位分兩個(gè)步驟。第一步：圍堰刃角混凝土澆筑后利用隔艙內(nèi)水頭差將圍堰下沉至離基底的30 cm處，通過(guò)調(diào)整各錨繩、拉纜，精確定位圍堰軸線小于10 cm，潛水工觸摸圍堰刃角與基底距離。第二步：加水下沉到位，對(duì)主錨、尾錨、圍堰邊錨逐級(jí)施加預(yù)應(yīng)力，精確定位圍堰，測(cè)量圍堰的平面，通過(guò)向圍堰壁艙抽、排水反復(fù)調(diào)整圍堰的平面位置。

（2）水下澆筑圍堰壁艙混凝土至設(shè)計(jì)位置后，接高圍堰頂節(jié)7 m，經(jīng)設(shè)計(jì)單位同意后拆除前、后定位船。

8 圍堰封底

8.1 封底前清底、堵漏

（1）利用移動(dòng)吸泥機(jī)對(duì)圍堰范圍內(nèi)進(jìn)行吸泥，圍堰內(nèi)浮泥或巖面殘留物清除，基底與封底混凝土之間不能存在有害夾層。

（2）圍堰清底過(guò)程中潛水員對(duì)圍堰的刃角、底隔艙刃角進(jìn)行觸摸，采用水泥腸袋和水泥砂袋進(jìn)行封堵，水泥與砂的比例為1∶1。

8.2 封底平臺(tái)的搭設(shè)

封底平臺(tái)通過(guò)設(shè)置立柱支撐與圍堰的底隔艙上，立柱支架上設(shè)置2道雙拼H900型鋼作為貝雷片的搭設(shè)分配梁。

8.3 鋼護(hù)筒下放、連接系安裝

（1）圍堰內(nèi)30個(gè)鋼護(hù)筒利用150 t、200 t浮吊下放到位，精確定位。為保證鋼護(hù)筒與基底更好地接觸，圍堰封底前對(duì)鋼護(hù)筒進(jìn)行了靜壓處理，為防止封底混凝土進(jìn)入鋼護(hù)筒內(nèi)，在鋼護(hù)筒內(nèi)進(jìn)行填砂處理，圍堰混凝土完成后及時(shí)清理。

（2）鋼護(hù)筒與圍堰之間、鋼護(hù)筒之間均采用φ600 mm的管樁兩層連接系焊接固定，保證封底混凝土的流動(dòng)時(shí)護(hù)筒的位置不發(fā)生變化。

8.4 導(dǎo)管、布料機(jī)布置

（1）一、三封底區(qū)域共設(shè)置12根導(dǎo)管，二封底區(qū)設(shè)置14根，導(dǎo)管現(xiàn)場(chǎng)安裝位置根據(jù)貝雷片、連接系、鋼護(hù)筒的位置及混凝土坍落度的擴(kuò)散直徑（500～600 mm），在導(dǎo)管附近布置測(cè)量點(diǎn)。

（2）導(dǎo)管使用前組裝編號(hào)后進(jìn)行水密承壓、接頭抗拉試驗(yàn)，保證不漏水，并編號(hào)，自下而上地標(biāo)示尺度。

（3）布料機(jī)固定于合適位置，確保任意區(qū)域澆筑水下混凝土?xí)r均可以全部覆蓋。

8.5 封底混凝土澆筑

（1）封底設(shè)計(jì)強(qiáng)度為水下C30；坍落度為180～220 mm；流動(dòng)度保持在2 h內(nèi)，坍落度不低于180 mm。

（2）混凝土通過(guò)棧橋上2臺(tái)HBT-90型地泵通過(guò)泵管流動(dòng)至布料機(jī)布料，采用2臺(tái)BLJ18型手動(dòng)布料桿布料機(jī)。

（3）分區(qū)一、二封底混凝土導(dǎo)管拔球原則按由低到高、從四周到中間的順序進(jìn)行。分區(qū)三封底混凝土導(dǎo)管拔球原則按由兩端到中間的順序進(jìn)行。

（4）灌注連續(xù)進(jìn)行，及時(shí)測(cè)量混凝土面；灌注過(guò)程中導(dǎo)管埋深控制在0.5～1.0 m，每次布料機(jī)轉(zhuǎn)點(diǎn)或者拆導(dǎo)管應(yīng)迅速，保證每套導(dǎo)管轉(zhuǎn)點(diǎn)時(shí)間不能超過(guò)30 min。

9 主要技術(shù)研究結(jié)論

（1）圍堰加工利用工廠化胎具整體加工，環(huán)板等弧形構(gòu)件采用數(shù)控車床下料，確保下料加工的精度，圍堰工廠一體化制作降低了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境影響，加快了施工進(jìn)度。

（2）圍堰下水的場(chǎng)地選擇應(yīng)結(jié)合既有運(yùn)輸通道、碼頭的地形、坡道，減少后期場(chǎng)地因水位、地基處理影響圍堰拼裝、下河等方面的費(fèi)用，節(jié)約施工工期。

（3）砼密實(shí)性是保證水封成功的前提條件，水封過(guò)程中對(duì)測(cè)量監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及時(shí)匯總分析，與理論分析不一致時(shí)，采用多人多點(diǎn)多測(cè)，根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整導(dǎo)管的下料位置。

10 結(jié)語(yǔ)

本文深入研究了重載鐵路深水超大雙壁鋼圍堰施工技術(shù)，為今后在其他橋梁施工時(shí)能夠合理選擇圍堰類型、入水方式及定位方法等的最佳組合方案提供參考依據(jù)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]〔2000〕0101號(hào)，中華人民共和國(guó)水上水下施工作業(yè)通航安全管理規(guī)定[S].

[2]GB 50205—2001，鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

[3]TB 10424—2010，鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4]TZ 210—2005，鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南[S].

[責(zé)任編輯：陳澤琦]