裸露基巖橋梁深水承臺(tái)圍堰施工技術(shù)研究

廖福勇 鄧輝 陳琳

摘要：水下承臺(tái)是不少大型橋梁主體結(jié)構(gòu)的重要組成部分，而對(duì)于深水中的承臺(tái)施工，目前大多是采用雙壁鋼套箱圍堰工藝，圍堰的設(shè)計(jì)、加工及安裝和封底混凝土的澆筑是重要環(huán)節(jié)，裸露基巖更加大了施工的難度。文章結(jié)合裸露基巖深水承臺(tái)項(xiàng)目施工案例，介紹了無(wú)底鋼套箱施工工藝，分析了方案比選、設(shè)計(jì)及施工安裝控制措施，取得了較好的效果，實(shí)現(xiàn)了深水承臺(tái)在無(wú)水環(huán)境下的順利施工。

關(guān)鍵詞：橋梁;裸露基巖;深水承臺(tái);圍堰施工

0 引言

當(dāng)前，我國(guó)高速公路建設(shè)蓬勃發(fā)展，跨越大江、大河、水庫(kù)的情況愈發(fā)常見(jiàn)，水中承臺(tái)施工也面臨更多的挑戰(zhàn)，而裸露基巖則使圍堰的就位、固定、封堵更加復(fù)雜。高質(zhì)量、高效、安全地完成水中承臺(tái)施工是橋梁施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)工程整體質(zhì)量、進(jìn)度及成本控制有著重大影響。本文結(jié)合崇左至水口高速公路崇左西左江大橋施工工程，系統(tǒng)地闡述裸露基巖深水承臺(tái)圍堰施工技術(shù)。

1 工程概況

崇左西左江大橋全長(zhǎng)389 m，主橋?yàn)椋?7+145+77）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，主墩為鋼筋混凝土薄壁墩，基礎(chǔ)為9根鉆孔灌注樁群樁，4 m高承臺(tái)位于深水江底河床上，下游1.25 km為左江電站水壩，水庫(kù)正常蓄水位為108.0 m，平均水深約20 m。主墩墩位處河床主要為裸露基巖，巖質(zhì)為石灰?guī)r，無(wú)覆蓋層。

2 方案分析及比選

在通常情況下，水下承臺(tái)施工一般可采取鋼板樁圍堰、無(wú)底鋼套箱圍堰、有底鋼套箱圍堰三種方案。

鋼板樁圍堰：適用于陸地承臺(tái)或淺水域施工。優(yōu)點(diǎn)是材料采用成品，周轉(zhuǎn)次數(shù)多，運(yùn)輸方便快捷，施工成本低;缺點(diǎn)是工藝較復(fù)雜，整體穩(wěn)定性較差，不宜用于深水區(qū)作業(yè)。

有底鋼套箱圍堰：適用于承臺(tái)底與河床底高差較大的情況。優(yōu)點(diǎn)是整體拼裝、安裝及拆除方便，材料用量少;缺點(diǎn)是施工周期長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)大。

無(wú)底鋼套箱圍堰：適用于承臺(tái)底與河床底高差不大、河床覆蓋層地質(zhì)較好的情況。優(yōu)點(diǎn)是加工制作工藝簡(jiǎn)單，對(duì)安裝設(shè)備要求不高;缺點(diǎn)是河床覆蓋層不足會(huì)導(dǎo)致封底不密實(shí)，鋼套箱下放易偏位。

本橋4#、5#主墩承臺(tái)位于深水中，水深最深達(dá)21 m，承臺(tái)底與河床底高差不大，決定采用無(wú)底雙壁鋼套箱圍堰，利用樁基鋼護(hù)筒作為下放支撐及導(dǎo)向體系，減少使用大型機(jī)械設(shè)備，降低成本和安全風(fēng)險(xiǎn)。

3 圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)合橋位處水位布置情況，選擇+109 m作為圍堰頂標(biāo)高，鋼套箱長(zhǎng)寬尺寸為30.13 m×15.2 m，壁厚為1.504 m，側(cè)板最大高度為23 m。鋼套箱由側(cè)壁板、側(cè)板豎向加勁肋、水平環(huán)、水平斜桿、隔倉(cāng)板、內(nèi)支撐、導(dǎo)向架等組成。圍堰下放系統(tǒng)由鋼護(hù)筒接高、下放系統(tǒng)與圍堰吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)等組成。鋼套箱側(cè)壁板通過(guò)豎向鋼主梁與內(nèi)支撐焊接形成整體以抵抗圍堰抽水后的水頭側(cè)壓力。圍堰側(cè)板從高度上分為三節(jié)，沿周長(zhǎng)分塊，每節(jié)12塊，共計(jì)36塊，最大塊尺寸為高8.5 m、寬7.2 m。側(cè)板各單元塊之間采用焊縫連接，分節(jié)安裝到位（見(jiàn)圖1）。

圍堰內(nèi)共設(shè)置有三層水平內(nèi)支撐，頂層水平內(nèi)支撐標(biāo)高為+106.78 m，中層水平內(nèi)支撐標(biāo)高為+100.78 m，底層水平內(nèi)支撐標(biāo)高為+95.68 m，施工過(guò)程中需進(jìn)行內(nèi)支撐轉(zhuǎn)換（見(jiàn)圖2、圖3）。

4 圍堰結(jié)構(gòu)受力計(jì)算

4.1 計(jì)算參數(shù)

[JP5]為與施工階段結(jié)合使用，采用允許應(yīng)力法進(jìn)行計(jì)算。

（1）Q235B鋼參數(shù)：容許彎曲應(yīng)力Symbol[A@SymbolsA@Symbol]A@=145 MPa，容許剪應(yīng)力Symbol[A@SymboltA@Symbol]A@=85 MPa。

（2）鋼彈性模量：Es=2.1×105 MPa。

（3）封底混凝土：采用C30水下混凝土，SymbolgA@c=24 kN/m3，Symbol[A@fkSymbol]A@=150 kPa，Symbol[A@ftSymbol]A@=1 MPa。

4.2 計(jì)算工況

圍堰需根據(jù)不同的施工步驟對(duì)各構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算，結(jié)合各工序的施工時(shí)間安排情況，計(jì)算內(nèi)容及水位控制如下頁(yè)表1所示。

用Midas Civil 2016軟件建立模型，按照以上施工階段進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力計(jì)算（計(jì)算過(guò)程略），計(jì)算對(duì)象包括側(cè)板、隔倉(cāng)板、水平環(huán)板、水平斜桿、折角加勁板、圍堰整體變形、內(nèi)支撐、鋼護(hù)筒粘結(jié)力、圍堰抗浮能力等。經(jīng)計(jì)算，各階段各受力構(gòu)件變形均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

5 圍堰施工工藝

5.1 圍堰堰體制作

圍堰堰體分塊在后場(chǎng)制作完畢后，再運(yùn)輸?shù)蕉瘴惶幀F(xiàn)場(chǎng)拼裝成型。由于橋位處無(wú)浮吊，且不具備通航條件，只能借助支棧橋進(jìn)行圍堰拼裝。現(xiàn)場(chǎng)計(jì)劃配有75 t履帶吊2臺(tái)，考慮了履帶吊的作業(yè)半徑和起重能力，將單塊重量控制在≤22 t，對(duì)鋼圍堰壁體進(jìn)行了分塊，底、中、頂三節(jié)各分為12塊。

5.2 圍堰堰體拼裝

第一節(jié)圍堰節(jié)段安裝從轉(zhuǎn)角處開(kāi)始，以提高安裝過(guò)程中的抗傾覆能力，節(jié)段吊裝就位要嚴(yán)格控制就位的精度、垂直度。先將圍堰1#塊段吊裝至指定位置，然后再起吊相鄰塊段，要確保兩塊之間的拼接處縫隙滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，然后焊接臨時(shí)支撐固定鋼圍堰2#塊段，使其形成較為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，再將吊車(chē)緩慢松鉤，進(jìn)行下一塊段施工。

5.3 裸露基巖河床處理

裸露基巖河床高低不平，無(wú)覆蓋層通過(guò)堰體重量來(lái)實(shí)現(xiàn)保證水平，因此在圍堰落床前，需進(jìn)行河床測(cè)量。根據(jù)測(cè)量結(jié)果繪制河床地形圖，先采用抓斗和潛水員配合清理并平整河床，然后采用水下爆破，清理至封底混凝土底標(biāo)高，確保圍堰基底位置大致平整，無(wú)大孤石及其他障礙物。

5.4 圍堰堰體著床控制要點(diǎn)

（1）安裝吊掛裝置。利用鋼護(hù)筒作為承載支撐，通過(guò)4臺(tái)100 t千斤頂作為懸吊系統(tǒng)，利用左右側(cè)各兩個(gè)鋼護(hù)筒作為一組，采用雙拼HN500工字鋼作為下放梁，共安裝4個(gè)懸吊點(diǎn)，圍堰滑車(chē)吊點(diǎn)安裝在鋼圍堰內(nèi)壁板位置上。

（2）安裝下放導(dǎo)向架。導(dǎo)向架由45a工字鋼及10 mm鋼板加工而成，接觸面設(shè)置硬橡膠。本橋施工設(shè)置8個(gè)導(dǎo)向架（長(zhǎng)、寬方向各4個(gè)），迎水面導(dǎo)向架的控制是重點(diǎn)。

（3）下沉與著床。在鋼圍堰拼裝前可用抓斗大致調(diào)平河床的標(biāo)高，安裝完畢后緩慢注水，勻速下放鋼圍堰，下放過(guò)程中要注意調(diào)整鋼圍堰的垂直度。

5.5 鋼圍堰就位精確措施

本橋鋼圍堰下放用1臺(tái)油泵控制2臺(tái)千斤頂，保證同步下放，如出現(xiàn)個(gè)別千斤頂油表讀數(shù)相差較大的情況，必須停止下放，查找原因排查故障。千斤頂單個(gè)頂行程按30 cm控制，單個(gè)行程平均按3 min控制。在下沉過(guò)程中要全程觀察圍堰三層導(dǎo)向架與鋼護(hù)筒之間的間隙大小，如間隙偏差較大，要馬上調(diào)整鋼套箱垂直度和平面位置。

6 封底混凝土澆筑

主墩鋼套箱封底采用C30水下混凝土，厚為4.0 m，采用滿(mǎn)布導(dǎo)管推進(jìn)法施工，一次性澆筑完成。封底混凝土的頂面控制在距承臺(tái)底面以下0～10 cm處，澆筑完成前，測(cè)量混凝土頂面高程，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)導(dǎo)管作業(yè)半徑相交處、樁基四周、鋼套箱內(nèi)側(cè)周邊，根據(jù)所測(cè)結(jié)果有針對(duì)性地進(jìn)行補(bǔ)灌，確保混凝土頂面均勻平整。當(dāng)封底混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%以上時(shí)開(kāi)始在鋼圍堰內(nèi)抽水，隨時(shí)觀察鋼圍堰結(jié)構(gòu)的變形情況。抽水后，如無(wú)滲水或滲水不大，則可在無(wú)水環(huán)境下進(jìn)行承臺(tái)施工，如滲水較大，則采取措施進(jìn)行封堵。

7 結(jié)語(yǔ)

崇左西左江大橋4個(gè)主墩承臺(tái)雙壁鋼圍堰抽水后均未出現(xiàn)較大滲水現(xiàn)象，滿(mǎn)足承臺(tái)在干環(huán)境下的施工要求，且圍堰下沉、封底混凝土施工等均一次性完成施工。經(jīng)研究得出以下結(jié)論：

（1）在進(jìn)行深水承臺(tái)施工時(shí)，應(yīng)將無(wú)底鋼套箱作為最佳選擇。施工時(shí)應(yīng)結(jié)合河床地質(zhì)、水深等條件，設(shè)計(jì)合理的堰體結(jié)構(gòu)尺寸，并嚴(yán)格控制加工質(zhì)量，精確下放就位，確保堰體各構(gòu)件受力在各種受力狀態(tài)下均滿(mǎn)足要求。

（2）裸露基巖要采取水下爆破方式將河床大致找平，下放后還要派潛水員查看鋼套箱與河床是否存在較大間隙，如遇突出較高的孤石則要精確爆破，一般的間隙用碎石袋填塞。

（3）泥漿會(huì)在鋼護(hù)筒和鋼圍堰內(nèi)壁板的表面形成泥膜，會(huì)顯著降低封底混凝土與其的握裹力。為防止大量滲水及封底失效，要在混凝土澆筑前對(duì)其進(jìn)行清理。

實(shí)踐證明本設(shè)計(jì)方案可行，施工過(guò)程控制措施到位，可供同類(lèi)工程施工提供借鑒。

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作者簡(jiǎn)介：廖福勇（1976—），高級(jí)工程師，從事高速公路建設(shè)管理工作;

鄧 輝（1972—），高級(jí)工程師，從事高速公路建設(shè)管理工作;

陳 琳（1986—），工程師，主要從事公路橋梁建設(shè)管理工作。