惠新大道跨東江大橋16#主墩雙壁鋼圍堰關(guān)鍵施工技術(shù)

葉洪兵，劉成鋼，李洪松

(中建三局基礎(chǔ)設(shè)施工程有限公司,湖北 武漢　430065)

1　工程概況

惠新大道跨東江大橋是廣東省惠州市東江水系的一座大型連續(xù)剛構(gòu)橋，全長約957.6 m，寬42 m。該橋上部結(jié)構(gòu)采用預應力混凝土連續(xù)箱梁，共5聯(lián)24跨，其中主跨采用(76+2×128+76)m(第4聯(lián))預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)、多邊形箱形墩。該橋11#～21#墩位于東江中，基礎(chǔ)采用承臺接鉆孔灌注樁。15#～17#墩為主墩(如圖1所示)，采用左右幅分離式承臺，每個墩設(shè)置2個承臺，單個承臺尺寸為9 m×14 m×4 m。每個承臺下各設(shè)6根φ200 cm的鉆孔灌注樁。16#墩承臺頂面標高-1.585 m，對應東江河床面標高-1.489 m，屬于深水低樁承臺。

圖1　惠新大道跨東江大橋主橋立面(單位：cm)

橋址范圍內(nèi)的主要水系為珠江水系，東江流量較大，水流速度較快，水深最大可達13.5 m，水位10.5～15.2 m。河流上中游處于丘陵地區(qū)，保持有天然殘次林，下游多微丘，水土保持良好，河深坡緩，自然災害較少。橋梁樁基礎(chǔ)主要地層自上而下分別是砂層、卵石、強風化礫巖、中風化礫巖。

2　工程特點及施工方案

2.1　工程特點

東江大橋16#主墩承臺位于橋址處東江河水中部位置，工程特點如下：

1)承臺為深水區(qū)埋入式低樁長方形承臺結(jié)構(gòu)，鋼圍堰內(nèi)外最大水位差可達17.5 m。

2)最高洪水位與最低枯水位之差為6.56 m，江面水位落差較大，洪水期流量達到700 m3/s。

3)圍堰埋入河床覆蓋層主要為砂卵石層，局部為強風化巖，從河床至設(shè)計標高下沉深度達8.6 m，圍堰尺寸大(40.54 m×15.04 m×26.69 m)，質(zhì)量大(1 768 t)，要確保鋼圍堰整體平穩(wěn)下沉，難度很大。

2.2　施工方案

16#主墩承臺選用“無底矩形雙壁鋼圍堰”和“先樁后圍堰[1]”的施工方案，即先搭設(shè)鋼棧橋和鉆孔平臺進行鉆孔樁施工，并同步進行雙壁鋼圍堰的加工；然后待樁基施工完成后，憑借原樁基鋼護筒作為導向和支撐進行鋼圍堰的施工。主要施工工藝流程為：

在鋼護筒上焊接牛腿→搭建組拼平臺→鋼圍堰分塊制作(分80塊)→原位拼裝首節(jié)雙壁鋼圍堰→安裝限位系統(tǒng)→安裝提升系統(tǒng)→吊起雙壁鋼圍堰→使用千斤頂下放首節(jié)鋼圍堰，使之下沉自浮水面上→接高第2節(jié)雙壁鋼圍堰→澆注刃腳混凝土，下沉至河床→焊接圍堰內(nèi)支撐→抽砂輔助下沉→精準就位→清理圍堰內(nèi)封底厚度部分的泥渣→灌注水下封底混凝土→抽水，施做承臺。

3　雙壁鋼圍堰結(jié)構(gòu)

16#主墩承臺圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計為矩形雙壁鋼圍堰，承臺為2個分離式承臺,間距6 m，平面尺寸均為14 m×9 m，圍堰平面尺寸為40.54 m×15.04 m，夾壁厚度為2.0 m，圍堰內(nèi)側(cè)距承臺外邊1.0 m。

雙壁鋼圍堰內(nèi)外壁板均采用8 mm厚鋼板，鋼箱采用12 mm厚鋼板焊接而成，豎肋選用120×80×12不等肢角鋼，將其釘焊在內(nèi)外壁體上，角鋼長肢釘入壁體深度為3 mm，豎肋與壁體之間焊接為滿焊。環(huán)向鋼板選用16 mm厚鋼板，通過環(huán)向鋼板與壁體以及鋼箱的焊接，將圍堰分成多個隔箱形式，環(huán)向鋼板的豎向分布間距根據(jù)圍堰在不同深度而有所不同，從上至下由1.3 m逐漸減小為0.6 m，夾壁壓艙混凝土澆筑部分環(huán)向鋼板分布間距為1.5 m。斜向支撐選用100×80×10不等肢角鋼，斜向支撐焊接于環(huán)向鋼板上，其與環(huán)向鋼板接觸部分的焊接均為滿焊；內(nèi)支撐選用φ630×10圓鋼管。雙壁鋼圍堰平面、立面分別見圖2和圖3。

圖2　16#主墩雙壁鋼圍堰平面(單位：cm)

圖3　16#主墩雙壁鋼圍堰立面(單位：cm)

4　雙壁鋼圍堰主要施工工藝

4.1　鋼圍堰加工及原位拼裝

根據(jù)現(xiàn)場加工運輸條件及現(xiàn)場拼裝的起吊能力，鋼圍堰在岸邊加工場內(nèi)分節(jié)分塊制作，再運至施工現(xiàn)場原位拼裝[2]。16#主墩雙壁鋼圍堰按設(shè)計分為5節(jié)，每節(jié)16塊，制作完成后進行檢查、校正、圍焊。在底板刃腳上沿雙壁鋼圍堰外側(cè)對每個隔艙的中部焊一個閥門，在注水試驗后放水；放水后，將閥門割除進行補焊。

鉆孔樁施工結(jié)束后，利用鋼護筒和鋼管樁做支撐，焊接牛腿，并搭設(shè) I28b 工字鋼作為分配梁構(gòu)成拼裝平臺頂面[3]。為了保證首節(jié)鋼圍堰拼裝時標高持平，先在鋼護筒與鋼管樁指定位置畫線，根據(jù)線位焊接牛腿。然后通過牛腿上安裝工字鋼墊梁精細調(diào)平，以保證拼裝平臺頂面水平。平臺做好后，由動力舟將每塊鋼圍堰運至現(xiàn)場，用130 t履帶吊從圍堰短邊向兩側(cè)長邊對稱拼裝。

首節(jié)拼裝時，由于圍堰底部為刃腳段，需在支架處焊臨時牛腿作為圍堰支承點，同時在圍堰內(nèi)加焊臨時支撐。采用在鋼護筒外側(cè)焊接導向架固定刃腳段上口，導向架既對鋼圍堰壁體拼裝起到臨時支撐作用，也對鋼圍堰垂直度進行控制。下口通過定位碼子限位后與定位碼子臨時焊接加以固定(見圖4)。通過測量儀器校檢平面位置和垂直度，達到要求后，鋼圍堰壁板與平臺底板臨時焊接固定，鋼圍堰壁板間進行剛性連接。

圖4　首節(jié)鋼圍堰拼裝示意

4.2　鋼圍堰首節(jié)下放

1個主墩圍堰設(shè)置6個下放點，分別位于左右幅的鋼護筒上。圍堰下放采用液壓提升系統(tǒng)，在每個吊點設(shè)置額定提升力為200 t的千斤頂2臺，每臺千斤頂配置19根φ15.24強度為 1 860 MPa 級的鋼絞線。

在鋼圍堰下放前對提升系統(tǒng)進行調(diào)試，以確定每臺千斤頂都處于良好工作狀態(tài)，并檢測各臺千斤頂伸縮行程是否一致，待檢查無誤后割去圍堰的焊接牛腿正式開始下放。

當鋼圍堰下放時，先由千斤頂?shù)南聤A持器夾緊鋼絞線，主頂活塞向上前進，活塞到位后夾緊上夾持器，主頂活塞繼續(xù)向上前進3 cm，打開下夾持器，主頂活塞向下回縮，鋼圍堰下放。主頂活塞回縮到位后，下夾持器再次夾緊鋼絞線，完成1次下放循環(huán)。通過液壓系統(tǒng)使鋼圍堰下放到預定的位置。此外，在圍堰的壁體上設(shè)置若干個水準儀，隨時觀察圍堰下放的同步性，當發(fā)現(xiàn)某點的標高超過最大允許偏差時即對系統(tǒng)進行調(diào)整以保證圍堰的平衡下放[4]。

4.3　鋼圍堰自浮拼裝

首節(jié)鋼圍堰入水自浮后，澆筑壓艙混凝土，下放到指定位置后，進行第2節(jié)圍堰接高[5]。為了保證鋼圍堰下放精度，采用“導向架+導向鋼管”組合導向定位系統(tǒng)。即第2節(jié)圍堰通過焊接在鋼護筒外側(cè)的導向架固定之外，還對稱布置φ630 mm長度為1 m的鋼管進行水平方向限位，允許其在豎直方向均勻下沉(見圖5)。首節(jié)雙壁鋼圍堰內(nèi)壁外加牛腿，與鋼管焊接固定，且與鋼護筒間存在30 mm的空隙。當圍堰垂直下放不發(fā)生左右偏移時，鋼管不受力；當圍堰發(fā)生偏移時，鋼管會緊靠在鋼護筒上產(chǎn)生受力，防止圍堰繼續(xù)偏移。為了使鋼管受力不發(fā)生變形，在其內(nèi)壁等間距焊接4塊等直徑圓形鋼板作為支撐。這種方法既有效地防止了鋼圍堰在強涌潮下發(fā)生偏移，對控制下放精度起到了關(guān)鍵性作用，又避免了施打定位樁的工序。接高圍堰第3,4,5節(jié)時均采用組合導向系統(tǒng)。

圖5　第2節(jié)圍堰接高示意

4.4　雙壁鋼圍堰著床和輔助下沉就位

當圍堰整體下沉到承臺頂標高時，圍堰底部刃腳會觸碰河床，在著床后由于河床起伏變化，會影響鋼圍堰的平衡。因此，首先采用探測儀器提前對河床表面情況進行摸查，發(fā)現(xiàn)障礙物及時清理，使圍堰內(nèi)外的河床面大致水平[6]。施工過程中發(fā)現(xiàn)16#主墩雙壁鋼圍堰下面存在較大石塊(達70 m3左右)以及施工不慎掉落的工字鋼，無法利用抓斗等設(shè)備直接去除。對于體積較小的石塊，利用繩鋸對障礙物進行水下切割，效果很好。對于體積較大、較硬的石塊，將沖擊鉆改裝為扁平鉆頭，利用扁平鉆頭對石塊的沖擊力切割石塊，再利用抓斗成功將碎石清理出去。工字鋼的取出方法則是先抽砂然后派遣專業(yè)潛水員采用水下切割技術(shù)，將工字鋼切割成多截再打撈上來。

鋼圍堰著床穩(wěn)定后，繼續(xù)向圍堰內(nèi)注水或混凝土壓艙下沉，并開動空壓機吸泥抽沙輔助下沉。另外，啟動泥漿套系統(tǒng)將事先配置的優(yōu)質(zhì)泥漿均勻注入圍堰外壁四周，在圍堰與覆蓋層間形成一層泥漿隔層，以減小圍堰在覆蓋層內(nèi)下沉的側(cè)摩阻系數(shù)。如下沉困難，可派專業(yè)潛水員裝備水槍下水，在刃腳處高壓射水以破土下沉。鋼圍堰下沉就位后，用型鋼將圍堰與鋼護筒焊接固定[7]。

4.5　鋼圍堰水下混凝土封底施工

在雙壁鋼圍堰頂利用工字鋼搭設(shè)水下混凝土澆筑平臺，布置水下混凝土封底用導管，導管布置7個固定點進行封底，1根流動。在雙壁鋼圍堰內(nèi)上、下游位置先布置2個導管點，澆筑時首先批料封底，接著連續(xù)不斷地進行混凝土澆筑。封底混凝土大部分通過前7根導管來完成，第8根導管作為流動導管使用。其灌注順序從低處至高處逐個進行，同時從周邊至中間，避免基底浮漿集中在基礎(chǔ)邊緣，以穩(wěn)固雙壁鋼圍堰，預防雙壁鋼圍堰向河中心滑移[8-11]。

5　主要創(chuàng)新點

1)組合導向定位系統(tǒng):①在首節(jié)鋼圍堰拼裝時，保證臨時拼裝平臺水平的情況下，采用“導向架+定位碼子”組合定位系統(tǒng)，即首節(jié)鋼圍堰上口通過導向架焊接在鋼護筒上，下口通過焊接在平臺橫梁上的定位碼子限位。因此導向架既對鋼圍堰壁體拼裝起到臨時支撐作用，也對鋼圍堰垂直度進行控制，保證其精準水平。②在首節(jié)鋼圍堰下水自浮并接高第2節(jié)時，采用“導向架+導向鋼管”組合導向定位系統(tǒng)。即第2節(jié)圍堰通過焊接在鋼護筒外側(cè)的導向架固定，自浮于水中的首節(jié)鋼圍堰內(nèi)壁布置φ630 mm長度為1 m的鋼管進行限位。其原理是，鋼管與鋼護筒外壁間存在 30 mm的空隙，在接高過程中，下部圍堰不發(fā)生偏移時，鋼管不受力；當圍堰發(fā)生偏移時，鋼管會緊靠在鋼護筒上產(chǎn)生受力，防止圍堰繼續(xù)偏移。既有效地防止了鋼圍堰在強涌潮下發(fā)生偏移，保證其自由、精準下放；又避免了施打定位樁的工序，簡單可靠，節(jié)約了施工成本。

2)江底大體積障礙物水下破除。圍堰下放前，通過探測儀器發(fā)現(xiàn)圍堰著床部位存在體積較大的石塊、工字鋼等障礙物，阻礙圍堰下沉至設(shè)計標高，必須進行清除。實踐證明：①對于體積較小的石塊，利用繩鋸對障礙物進行水下切割，效果很好。②對于體積較大、較硬的石塊，必須先破碎，利用扁平鉆頭對石塊的沖擊力切割石塊，破碎效果很好。③特殊情況下，當鋼圍堰著床后才發(fā)現(xiàn)有埋入砂卵石地層中的工字鋼等型鋼，此時已壓在鋼圍堰下，應先在型鋼對應位置處抽砂使其松動，然后派遣專業(yè)潛水員水下打撈。型鋼過長時，可采用水下切割技術(shù)，將工字鋼切割成多截再打撈上來。

6　結(jié)語

本文所述惠州大道跨東江大橋16#主墩雙壁鋼圍堰施工，通過先搭設(shè)鋼棧橋和鉆孔平臺進行鉆孔樁施工，并同步進行雙壁鋼圍堰的設(shè)計與加工，合理利用了工期。鋼圍堰施工期間，利用樁基鋼護筒作為支撐，采用組合導向定位系統(tǒng)限位，在拼裝平臺進行對稱拼裝，采用千斤頂起吊系統(tǒng)下放，充分控制了鋼圍堰下放精度。設(shè)備簡單，受力明確，操作方便，下放順利，安全性高。著床前先清理河床表面障礙物，啟動泥漿套系統(tǒng)將事先配置的優(yōu)質(zhì)泥漿均勻注入圍堰外壁四周，在圍堰與覆蓋層間形成一層泥漿隔層，再結(jié)合空壓機抽砂及水槍破土，使圍堰順利下沉、精準就位。實踐證明，該橋16#主墩雙壁鋼圍堰施工工藝可行，安全可靠，操作方便，易于周轉(zhuǎn)，經(jīng)濟效益高，對類似橋梁深水區(qū)低樁承臺雙壁鋼圍堰施工有借鑒意義。

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