《鋼圍堰技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》DBJ50/T-300-2018解讀

戴利，劉安雙，楊壽忠

（1重慶建工第一市政工程有限責(zé)任公司，重慶 400020；2林同棪國(guó)際工程咨詢(中國(guó))有限公司，重慶 401121；3重慶城建控股（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，重慶 400013）

0 引言

鋼圍堰是橋梁深水基礎(chǔ)施工中一種重要大型臨時(shí)設(shè)施，作為橋梁基礎(chǔ)、承臺(tái)和墩柱施工時(shí)的擋水結(jié)構(gòu)，供施工人員在圍堰內(nèi)無(wú)水環(huán)境進(jìn)行水位以下橋梁結(jié)構(gòu)的施工。

鋼圍堰一般受力非常大，在20～30m水深時(shí)，鋼圍堰底節(jié)最大水壓力達(dá)到20～30t/m2，水浮力可能超過(guò)萬(wàn)噸，加上水流、風(fēng)浪作用，其荷載作用遠(yuǎn)超過(guò)一般的施工臨時(shí)設(shè)施。

鋼圍堰整體坍塌或上浮事故時(shí)有發(fā)生，重慶2013、2014均發(fā)生過(guò)鋼圍堰坍塌和傾覆事故，造成巨大的生命、財(cái)產(chǎn)損失和不良的社會(huì)影響。

從事故原因分析，暴露出鋼圍堰在設(shè)計(jì)和施工以及管理方面缺乏標(biāo)準(zhǔn)，為此，重慶市城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì)（現(xiàn)重慶市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì)）2014年制定了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)編制計(jì)劃，并由重慶城建控股（集團(tuán)）有限責(zé)任公司組織設(shè)計(jì)、施工，科研院校等多家單位進(jìn)行研究并編制，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)于2017年完成征求意見(jiàn)稿，于2018年正式批準(zhǔn)發(fā)布，為鋼圍堰設(shè)計(jì)和施工提供指導(dǎo)，將為防止鋼圍堰安全事故作出貢獻(xiàn)。

1 鋼圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)解讀

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中第3、4、5章主要對(duì)鋼圍堰設(shè)計(jì)進(jìn)行規(guī)定，是本標(biāo)準(zhǔn)核心內(nèi)容。鋼圍堰設(shè)計(jì)計(jì)算方法不同，圍堰的安全度也不一定，鋼圍堰設(shè)計(jì)上的缺陷可能導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。

1.1 設(shè)計(jì)荷載

鋼圍堰設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的荷載，在沒(méi)有規(guī)定之前很多設(shè)計(jì)考慮不全，本規(guī)范3.1.3條規(guī)定了鋼圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載應(yīng)包括：結(jié)構(gòu)自重、風(fēng)荷載、靜水壓力、動(dòng)水壓力、土壓力、施工荷載以及壅水所產(chǎn)生的壓力等。

結(jié)構(gòu)自重主要用在計(jì)算鋼圍堰抗浮和地基 （或鋼圍堰支撐平臺(tái)）承載力。

風(fēng)荷載、土壓力、施工荷載以及壅水所產(chǎn)生的壓力對(duì)多數(shù)鋼圍堰影響相對(duì)較小。

鋼圍堰的主要荷載是靜水壓力和動(dòng)水壓力。浮力是圍堰承受向上水壓力的表現(xiàn)，屬于靜水壓力。

雙壁鋼圍堰隔倉(cāng)內(nèi)靜水壓力也是一個(gè)重要荷載。隔倉(cāng)水位較高時(shí)，外壁板水壓部分可以通過(guò)隔倉(cāng)水傳遞至內(nèi)壁板，內(nèi)外壁之間的桁架受力則較小，當(dāng)鋼圍堰下沉，某個(gè)隔倉(cāng)內(nèi)水位未及時(shí)補(bǔ)充提高，則可能導(dǎo)致外壁板和桁架受力過(guò)大，甚至產(chǎn)生外壁板壓潰或桁架桿件受壓失穩(wěn)。

隔倉(cāng)水位一般是由施工單位現(xiàn)場(chǎng)控制，可以隨外部水位變化相應(yīng)進(jìn)行控制，設(shè)計(jì)時(shí)，可進(jìn)行最不利隔倉(cāng)控制水位分析，以指導(dǎo)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行相對(duì)有利的隔倉(cāng)水位控制。

根據(jù)鋼圍堰荷載的影響敏感性，多數(shù)鋼圍堰主要考慮水壓力荷載和結(jié)構(gòu)自重，而其他荷載相對(duì)次要一些。

1.2 計(jì)算內(nèi)容

規(guī)范3.1.4條，鋼圍堰的結(jié)構(gòu)計(jì)算內(nèi)容包括強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性以及抗浮、抗傾覆、抗滑移和抗下沉穩(wěn)定系數(shù)及封底混凝土驗(yàn)算。

在實(shí)踐中，圍堰鋼結(jié)構(gòu)部分可以依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]進(jìn)行設(shè)計(jì)，其強(qiáng)度、穩(wěn)定性是鋼圍堰設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)，鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、穩(wěn)定性不滿足要求是鋼圍堰結(jié)構(gòu)破壞的主要形式。

鋼圍堰抗浮、抗傾覆、抗滑移是鋼圍堰整體穩(wěn)定的主要指標(biāo)，應(yīng)充分分析，保證具有足夠的安全度。

下沉穩(wěn)定系數(shù)是驗(yàn)算下沉過(guò)程中圍堰下方河床巖土的承載能力的，屬相對(duì)次要指標(biāo)，一般根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)河床基礎(chǔ)情況，巖層或密實(shí)砂卵石地層可不作下沉穩(wěn)定性計(jì)算。

鋼圍堰內(nèi)土體隆起在重慶地區(qū)很少見(jiàn)，只在對(duì)圍堰下方土體為不透水土層時(shí)，采干封底時(shí)可進(jìn)行鋼圍堰內(nèi)土體隆起計(jì)算，采用混凝土封底時(shí)，可不計(jì)算。

1.3 抗浮計(jì)算

鋼圍堰抗浮考慮因素較多，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有一一列舉，這里進(jìn)行一個(gè)解釋。

總體而言，抵抗浮力的荷載主要有鋼圍堰自重，包括鋼結(jié)構(gòu)、封底混凝土、隔倉(cāng)混凝土（或填料）、隔倉(cāng)水等，當(dāng)考慮樁與鋼圍堰整體上浮時(shí)，還要計(jì)入樁基自重，一般樁底透水的摩擦樁需要考慮樁基自重?？紤]樁基自重時(shí)，鋼圍堰封底混凝土上浮，帶動(dòng)樁基上浮，則必須是封底混凝土與樁基鋼護(hù)筒、鋼護(hù)筒與樁身之間的粘接力或樁身抗拉力大于樁基自重加上土層反向摩阻力，否則樁可能會(huì)在圍堰底部出現(xiàn)樁基斷裂、樁基與鋼護(hù)筒之間或鋼護(hù)筒與封底混凝土之間的粘接破壞。

當(dāng)樁基基底為不透水巖層時(shí)，不需要考慮樁底浮力，即鋼圍堰浮力受力面積應(yīng)扣出樁基面積，同時(shí)樁基自重、巖土對(duì)樁的反向摩擦力，通過(guò)樁身對(duì)鋼護(hù)筒、鋼護(hù)筒對(duì)封底混凝土起錨固作用，抵抗上浮力。樁基自重+巖土反向摩擦力、樁身對(duì)鋼護(hù)筒粘接力、鋼護(hù)筒對(duì)封底混凝土的粘連力三者應(yīng)取小值，作為抵抗浮力的錨固力。

鋼圍堰外側(cè)巖土對(duì)鋼圍堰外壁板也存在反向摩阻力，由于下浮過(guò)程中土體存在擾動(dòng)，鋼圍堰外壁與巖土接觸不緊密，其反向摩阻力也不準(zhǔn)確，故一般不計(jì)算該反向摩阻力的抗浮作用。

另外計(jì)算巖土對(duì)樁的反向摩阻力時(shí)，如果是群樁，還要考慮群樁效應(yīng)，即較密較長(zhǎng)樁基，有可能將樁基范圍內(nèi)巖土整體拔出，群樁抗拔力小于單樁抗拔力的代數(shù)和，這時(shí)應(yīng)取較小值作為抗浮效應(yīng)，某鐵路鋼圍堰就是未考慮群樁效應(yīng)，導(dǎo)致樁基、鋼圍堰整體上浮[3]。

一般情況下，封底混凝土驗(yàn)算也可以歸入抗浮計(jì)算中，作為抗浮驗(yàn)算的一部分，即使上浮力過(guò)大，而樁基已對(duì)封底混凝土進(jìn)行了錨固；但封底混凝土本身出現(xiàn)破壞，將直接導(dǎo)致封水失敗。

1.4 鋼圍堰壁板和加勁肋的計(jì)算

目前鋼圍堰壁板計(jì)算方法也是多種多樣，不同的方法計(jì)算結(jié)果相差很大，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的吻合度也不盡相同，有的計(jì)算方法可能導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與實(shí)際嚴(yán)重不符，致使鋼圍堰結(jié)構(gòu)處于危險(xiǎn)狀態(tài)。

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)壁板計(jì)算進(jìn)行了規(guī)定。

鋼圍堰壁板由鋼板、環(huán)向加勁肋、豎向加勁肋組焊而成，加勁肋一般采用扁鋼、角鋼、槽鋼、工鋼等構(gòu)件，與壁板之間現(xiàn)場(chǎng)采用間斷焊接或滿焊。

對(duì)于壁板和加勁肋計(jì)算，有的計(jì)算采用將加勁肋等效為一定厚度的壁板，這種計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)單，但計(jì)算結(jié)果不能反應(yīng)出加勁肋應(yīng)力，僅對(duì)壁板整體進(jìn)行分析，存在一定的缺陷。

本標(biāo)準(zhǔn)推薦簡(jiǎn)化計(jì)算時(shí)，采用梁板法，梁板法是將壁板作為板單元，水平加勁肋和豎向加勁肋均作為梁?jiǎn)卧?，加勁肋（梁）與壁板單元共用節(jié)點(diǎn) （有的將水平加勁肋也作為板單元）。

這種計(jì)算結(jié)果相對(duì)而言，加勁肋應(yīng)力偏大，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)偏于安全，對(duì)采用槽鋼、工鋼作為加勁肋，且采用間斷焊接是較適合的，對(duì)于角鋼作為加勁肋，局部計(jì)算應(yīng)力相比實(shí)際應(yīng)力偏大。

本規(guī)范推薦采用有效寬度法計(jì)算加勁肋應(yīng)力。根據(jù)《水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范》，面板兼做主（次）梁翼緣時(shí)，考慮壁板的有效作用寬度取50～60δ和主（次）梁間距的較小值[4]。本標(biāo)準(zhǔn)略嚴(yán)，要求按不大于40δ取值。

1.5 關(guān)于鋼圍堰設(shè)防水位

鋼圍堰作為一種臨時(shí)結(jié)構(gòu)，一般使用周期為1～4年，其設(shè)防水位一般為10～20年一遇的洪水位，但多數(shù)鋼圍堰一旦完成了承臺(tái)以及洪水位以下墩身施工，就完成了使命，即使被水淹也不會(huì)對(duì)工程造成重大影響。有的橋墩施工不屬于關(guān)鍵工期，可以讓洪水淹沒(méi)，退水后再施工，甚至可以等到下一個(gè)枯水期再施工，所以鋼圍堰的設(shè)防水位可以根據(jù)施工進(jìn)度安排和成本控制確定，故本標(biāo)準(zhǔn)未對(duì)設(shè)防水位提出具體要求。

一般來(lái)說(shuō)，鋼圍堰在部分永久結(jié)構(gòu)樁基完成施工并完成澆筑封底混凝土后，就具備了較強(qiáng)大的防洪水沖擊能力，所以在汛期來(lái)臨前必須完成封底混凝土澆筑，并完成一半以上永久結(jié)構(gòu)樁。

2 鋼圍堰施工解讀

《公路橋梁施工技術(shù)規(guī)范》中沒(méi)有專門的鋼圍堰章節(jié)，在“13.3承臺(tái)”中對(duì)各類圍堰進(jìn)行了簡(jiǎn)單的規(guī)定，可以作為鋼圍堰施工參考[5]，但鋼圍堰因施工環(huán)境、地質(zhì)水文不同，施工差異也非常大。

鋼圍堰施工安排與水位變化關(guān)系非常大，經(jīng)常是與洪水賽跑。周密的安排、詳細(xì)的氣象水文資料、最大程度利用枯水期施工，對(duì)鋼圍堰是非常重要的。鋼圍堰封底混凝土完成，抽干圍堰內(nèi)的水，開(kāi)始承臺(tái)施工時(shí)，鋼圍堰安全風(fēng)險(xiǎn)最大，但此時(shí)如還在枯水期，圍堰內(nèi)外水位差不大，圍堰相對(duì)高水位是安全的，承臺(tái)完成后，鋼圍堰基本上就不再有大的風(fēng)險(xiǎn)。

在枯水期如果能形成干封底，對(duì)抗浮是非常有利的，封底混凝土根據(jù)水浮力情況還可以大大減薄。

鋼圍堰加工主要注意對(duì)焊縫的要求，特別是采用角鋼加勁肋，角鋼翼緣與壁板焊接時(shí)，當(dāng)計(jì)算考慮利用壁板作為角鋼加勁肋的一部分時(shí)，不宜采用間斷焊接。

鋼圍堰基礎(chǔ)應(yīng)具有一定的承載力，不得位于淤泥上，可以是巖層或其它覆蓋層。位于巖層上時(shí)基巖應(yīng)盡量整平，這有利于鋼圍堰就位的精度控制。

鋼圍堰的安裝有多種，原位安裝時(shí)，對(duì)首節(jié)鋼圍堰要通過(guò)吊裝系統(tǒng)整體下放入水，當(dāng)采用大型吊裝設(shè)備吊裝時(shí)，對(duì)設(shè)備要求較高，當(dāng)采用多臺(tái)千斤頂下放時(shí)，對(duì)千斤頂支承結(jié)構(gòu)以及下放同步性要求較高。鋼圍堰入水后，可以采用注水下沉，此時(shí)應(yīng)注意如有的隔倉(cāng)忘記了注水，可能會(huì)導(dǎo)致隔倉(cāng)內(nèi)外水頭差過(guò)大，隔倉(cāng)壁板或水平桁架破壞。

封底混凝土澆筑采用水下施工時(shí)，應(yīng)按水下混凝土施工工藝嚴(yán)格控制，防止出現(xiàn)混凝土不連續(xù)、夾渣等情況。為加強(qiáng)鋼護(hù)筒與封底混凝土的摩阻力，施工現(xiàn)場(chǎng)采取在鋼護(hù)筒表面焊接鋼筋、鋼板等剪力鍵結(jié)構(gòu)，這是一種非常有效的措施。

在施工過(guò)程中，應(yīng)準(zhǔn)確收集水文情況信息，當(dāng)出現(xiàn)超出設(shè)防水位的洪水時(shí)，應(yīng)立即撤離鋼圍堰內(nèi)的人員與設(shè)備，打開(kāi)注水閥，向圍堰內(nèi)注水，保證圍堰安全。如洪水來(lái)臨時(shí)，部分穩(wěn)定圍堰的樁基和封底混凝土應(yīng)盡可能完成，還未完成時(shí)，可能存在鋼圍堰沖擊移位或傾覆風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)采取必要的固定措施，包括已有永久結(jié)構(gòu)、臨時(shí)結(jié)構(gòu)的固定，回填混凝土或土石對(duì)鋼圍堰進(jìn)行穩(wěn)定。

3 結(jié)語(yǔ)

重慶市地標(biāo)《鋼圍堰技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》已正式發(fā)布，結(jié)束了國(guó)內(nèi)沒(méi)有專門針對(duì)鋼圍堰設(shè)計(jì)、施工及管理標(biāo)準(zhǔn)的歷史，但施工現(xiàn)場(chǎng)千變?nèi)f化，如何加強(qiáng)鋼圍堰設(shè)計(jì)和施工管理，防止安全事故發(fā)生，還任重道遠(yuǎn)，需要相關(guān)技術(shù)管理人員共同努力。借此《鋼圍堰技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》發(fā)布之際，就標(biāo)準(zhǔn)編制內(nèi)容作一些解讀，僅供參考。

責(zé)任編輯：劉艷萍

施工經(jīng)驗(yàn)

怎樣理解鋼筋預(yù)算和鋼筋下料

鋼筋下料翻樣是鋼筋工程施工中一項(xiàng)非常重要的工作，在鋼筋施工工序上，鋼筋配料(鋼筋的切斷、工藝加工等)、綁扎安裝、交付驗(yàn)收等都需要有書(shū)面的依據(jù)，這個(gè)依據(jù)就是翻樣工所出具的《鋼筋配料單》。

預(yù)算長(zhǎng)度和下料長(zhǎng)度都說(shuō)的是同一構(gòu)件的同一鋼筋實(shí)體，下料長(zhǎng)度可由預(yù)算長(zhǎng)度調(diào)整計(jì)算而來(lái)。

預(yù)算長(zhǎng)度按設(shè)計(jì)圖示尺寸計(jì)算，它包括設(shè)計(jì)已規(guī)定的搭接長(zhǎng)度，對(duì)設(shè)計(jì)未規(guī)定的搭接長(zhǎng)度不計(jì)算(設(shè)計(jì)未規(guī)定的搭接長(zhǎng)度考慮在定額損耗量里，清單計(jì)價(jià)則考慮在價(jià)格組成里)，不過(guò)實(shí)際操作時(shí)都按定尺長(zhǎng)度加搭接長(zhǎng)度。

下料長(zhǎng)度則是根據(jù)施工進(jìn)料的定尺情況、實(shí)際采用的鋼筋連接方式并按照施工規(guī)范對(duì)鋼筋接頭數(shù)量、位置等具體規(guī)定要求考慮全部搭接在內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度，有時(shí)還要考慮施工工藝和施工流程，如果是分段施工還需要考慮兩個(gè)流水段之間的鋼筋連接。

一根鋼筋中間需要多少搭接接頭，清單工程量里不計(jì)算，施工下料卻要根據(jù)構(gòu)件鋼筋受力情況統(tǒng)統(tǒng)考慮。比如一個(gè)矩形箍筋，預(yù)算長(zhǎng)度只考慮構(gòu)件截寬、截高，鋼筋保護(hù)層厚度及兩個(gè)35O彎鉤，不考慮那3個(gè)90O直彎。