龍山大橋雙壁鋼圍堰施工關(guān)鍵技術(shù)

何千里

(湖北省路橋集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430056)

1 工程概況

龍山大橋位于丹江口水庫漢江干流之上，大橋全長829.0 m，橋面寬24.5 m。主橋?yàn)?跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁-剛構(gòu)組合體系，跨徑組成為(5×30)m+(75+4×130+75)m。

2 雙壁鋼圍堰基本構(gòu)造

雙壁鋼圍堰主要由底板和側(cè)板兩大部分組成。底板鋼吊箱底板分塊在加工廠內(nèi)制作，面板采用10 mm鋼板，縱橫向肋板采用∠100×10的等邊角鋼。由于底板上在樁基鋼護(hù)筒和現(xiàn)狀承臺位置處均設(shè)有開孔，底板的面板須在精確測量鋼護(hù)筒及承臺位置的基礎(chǔ)上，根據(jù)護(hù)筒和承臺的實(shí)際位置情況對設(shè)計(jì)的開孔位置和開孔大小進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以便懸吊、封堵和承擔(dān)封底混凝土的壓力。

側(cè)壁面板采用10 mm鋼板，側(cè)壁豎向加勁肋采用∠100×10的等邊角鋼，布置間距不大于500 mm，側(cè)壁的水平環(huán)板采用板厚20 mm 鋼板，布置間距1.6 m～1.8 m，局部加強(qiáng)處理，側(cè)壁水平支撐桁：斜桿采用∠100×10等邊角鋼，局部采用2根∠100 ×10，局部須加強(qiáng)處理，側(cè)模豎向分為三節(jié)，分別為8 m，8 m，5 m。

3 雙壁鋼圍堰預(yù)制、拼裝工藝

3.1 總體方案

根據(jù)本橋鋼圍堰工程特點(diǎn)，圍堰總體采用板單元制作，分段組裝完成。7號墩～9號墩采用圍堰節(jié)段分兩半整體岸上匹配制作完成后對鋼圍堰做密閉性試驗(yàn)→氣囊下水→水中浮運(yùn)→底節(jié)段兩半套合焊接→底節(jié)段下沉→頂節(jié)段兩半套合→底節(jié)段上浮→頂節(jié)段兩半套合焊接。6號墩與10號墩采用內(nèi)場制作平面立體單元，墩位進(jìn)行現(xiàn)場拼裝[1-2]。

3.2 節(jié)段劃分

內(nèi)場制作的制造板單元件長度為底節(jié)段最長不超過16 m，寬度控制在3.5 m以內(nèi)，板單元制作分：壁板單元制作、水平隔板單元制作、鉛垂隔板單元制作。

分段制造：將壁板單元、水平隔板單元、鉛垂隔板單元組拼成立體分段，分段長度16 m，寬度3.5 m以內(nèi)，最大節(jié)段重量約22 t。節(jié)段劃分示意圖見圖1。

3.3 內(nèi)場制造流程

內(nèi)外壁單元件壁板制造主要工序?yàn)椋合铝稀ゼ苤谱鳌窗濉Ｆ缴咸ゼ芏ㄎ弧鷦澗€裝配球扁鋼加勁→胎架上焊接焊→無損檢測→標(biāo)記標(biāo)識。中隔板單元件制造主要工序?yàn)椋合铝稀鷦澗€裝配→胎架上焊接焊→無損檢測→標(biāo)記標(biāo)識。然后進(jìn)行小節(jié)段拼裝及焊接，為了保證鋼圍堰產(chǎn)品的焊接質(zhì)量，在制造過程中均嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝的要求，在焊接完成后應(yīng)進(jìn)行焊縫檢測，如發(fā)現(xiàn)焊縫缺損，應(yīng)及時(shí)采取修復(fù)措施。

4 雙壁鋼圍堰施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 總體方案

6號墩～10號墩采用雙壁鋼套箱進(jìn)行承臺結(jié)構(gòu)的施工，其中6號墩和10號墩采用先樁基后圍堰的施工順序，先搭設(shè)棧橋和施工平臺進(jìn)行樁基的施工方法，再在現(xiàn)墩位進(jìn)行雙壁鋼套箱拼裝下放澆筑封底混凝土，最后施工承臺。而7號墩～9號墩采用先圍堰后樁基的施工順序，先在拼裝碼頭進(jìn)行拼裝，后采用氣囊進(jìn)行下水，再浮運(yùn)至墩位進(jìn)行拋錨定位，下沉到位后再進(jìn)行樁基施工[3-4]。

7號墩～9號墩雙壁鋼套箱浮運(yùn)到墩位定位完成后，先利用設(shè)置在墩頂?shù)亩ㄎ幌到y(tǒng)對圍堰進(jìn)行初步定位，拼裝前端未封口單元件，使圍堰閉合。利用浮吊配合振動錘插打新增8根護(hù)筒，然后進(jìn)行鉆孔灌注，成樁后轉(zhuǎn)換吊點(diǎn)，下放圍堰至設(shè)計(jì)標(biāo)高，澆筑封底混凝土至已有承臺標(biāo)高，待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆除吊掛系統(tǒng)，割除護(hù)筒，破樁頭，鑿毛，然后植筋加高4 m承臺。

4.2 施工前期準(zhǔn)備

1)根據(jù)拼裝需要，平整一塊約80 m×38 m的場地，并打設(shè)一層20 cm的混凝土硬化層，兩側(cè)及后端為吊車作業(yè)區(qū)，作業(yè)區(qū)寬度按照10 m考慮。

2)根據(jù)坡道平面布置，部分支點(diǎn)設(shè)置在坡道上，另根據(jù)需要再設(shè)置8個混凝土獨(dú)立拼裝支座，基礎(chǔ)尺寸為100 cm×100 cm，厚度120 cm，支座平面與坡道同高，基礎(chǔ)承載力要求150 kPa，若基礎(chǔ)滿足不了要求，則需要進(jìn)行換填處理。

3)坡道根據(jù)現(xiàn)場水位情況對坡道進(jìn)行修整，其中坡道坡比按3%～10%進(jìn)行整治，承載力不小于150 kPa，坡道表面鋪毛石墊層和碎石層，厚度由當(dāng)?shù)赝临|(zhì)情況確定。坡道寬28.5 m(鋼套箱寬度23.5 m+2 m(氣囊外伸)+3 m(車道))。

4.3 施工要點(diǎn)

1)底節(jié)圍堰拼裝。為便于運(yùn)輸，底節(jié)從豎向上也進(jìn)行了分節(jié)加工，通過汽車從廠家運(yùn)輸?shù)桨哆叺钠囱b場地后，逐節(jié)進(jìn)行預(yù)拼裝，第一節(jié)整體預(yù)拼完成后，再鎖定焊接，而后再拼裝底節(jié)的第二節(jié)。為了防止圍堰側(cè)翻，在圍堰內(nèi)外兩側(cè)場地設(shè)置圍堰節(jié)段固定點(diǎn)，用倒鏈進(jìn)行內(nèi)外固定。

2)雙壁鋼套箱圍堰下水、浮運(yùn)。底節(jié)圍堰拼裝完畢后，在鋼套箱底部各設(shè)置50 t的千斤頂，間距 2 m一個，將鋼套箱拼裝平臺后端頂起來，使兩節(jié)滑道形成一個縱坡，尾部通過地錨倒鏈拉住防止失穩(wěn)(地錨設(shè)計(jì)為50 t)，而后通過坡道設(shè)置的氣囊進(jìn)行下水。 圍堰下水后，采用后端用機(jī)動船前端用牽引鋼絲繩的施工方法把雙壁鋼套箱牽引到墩位，由于7號～9號墩離北岸下水處分別為440 m，310 m，190 m。拼裝碼頭及浮運(yùn)路線見圖2。

3)圍堰下水滑倒布置。通過計(jì)算需對現(xiàn)有坡道進(jìn)行重新調(diào)整，圍堰下河坡道共分為三段，圍堰后端根據(jù)地形設(shè)置坡度3%，長度約20 m，中間設(shè)置坡度6%過渡，長度30 m，前端設(shè)置1∶10的坡道(坡度10%)，長度44 m。對于圍堰前端的場地，需對地基進(jìn)行處理，以達(dá)到承載要求，在水口處擬采用在換填片石后上鋪麻料的方式進(jìn)行加強(qiáng),處理完成后的圍堰下河滑道地基承載力要求為18 kPa，滑道距岸邊10 m范圍內(nèi)地基承載力要求不小于250 kPa。

4)圍堰下水地錨。為保證圍堰在滑道能夠控制圍堰下滑的速度和大致方向，需要在圍堰上設(shè)置后拉纜。根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)和圍堰的外形結(jié)構(gòu)，確定圍堰下河時(shí)的牽引采用一點(diǎn)牽引法，牽引點(diǎn)的位置布置在正對隔板的位置，通過一個地錨進(jìn)行固定牽引。

現(xiàn)場下水設(shè)備和地錨布置為：圍堰后端控制圍堰下滑的地錨布置于拼裝圍堰的正端頭34 m距離處，后面控制拉纜下滑速度的拉纜設(shè)計(jì)拉力為100 t，大于圍堰自重的最大下滑分力(不考慮摩擦阻力)T=820÷10=82 t。

地錨為埋置式鋼筋混凝土錨，共設(shè)1個，地錨設(shè)計(jì)水平拉力為160 t，尺寸為：長6 m，寬6 m，深2 m，頂與地面平齊，預(yù)埋鋼板錨環(huán)。拉纜通過1臺120 t滑車組(10 t卷揚(yáng)機(jī)、六門走十二滑車組)與地錨相連。鋼圍堰壁板上設(shè)置牽引耳板，提供地錨牽引索的附著點(diǎn)。

5)氣囊布置及充氣安裝。鋼圍堰制作完成后，報(bào)檢合格并簽證后，在鋼圍堰下的支撐點(diǎn)間布置氣囊，底隔艙下氣囊按2 m～3 m間距布置，共需布置30個氣囊(底托板下24個，圍堰外6個)。對于少量與鋼凳位置有沖突的氣囊，待其余氣囊充氣，鋼凳與圍堰脫離后再進(jìn)行布置。鋼圍堰下方兩側(cè)氣囊對稱布置，如圖3所示。

6)雙壁鋼套箱圍堰定位、下沉。a.鋼套箱定位。利用機(jī)動舟頂推底節(jié)套箱至現(xiàn)有墩位處，然后掛上上游錨繩，并通過上下游的錨錠對浮箱精確定位，而后，焊接套箱內(nèi)部橫撐，使橫撐形成井字架將套箱夾住。封閉套箱，用鋼套箱將墩身包進(jìn)去后，將C字型缺口封住，將套箱形成一個整體。利用輔助倒鏈進(jìn)行套箱精確定位，再下沉到位。下沉過程中利用現(xiàn)有墩身及承臺作為定位受力點(diǎn)。 b.鋼套箱接高。在底節(jié)頂面定出一個測量基準(zhǔn)面并確定中心點(diǎn)，以保證接高圍堰的順直，并以此基準(zhǔn)面和中心線為準(zhǔn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸的測量控制，然后由浮吊吊裝上節(jié)鋼圍堰單元體拼裝接高，接高拼裝由兩臺浮吊對稱拼裝。吊裝接高時(shí)，要隨拼裝，隨調(diào)整，待全部點(diǎn)焊成型后，方可全面焊接。拼接施焊中，先焊環(huán)板，后焊內(nèi)壁，再焊外壁，并按對稱施焊要求進(jìn)行。c.套箱圍堰下沉。鋼套箱每接高一節(jié)立即均勻灌水下沉，預(yù)留一定的高度，以便接高下一節(jié)時(shí)便于對接施焊作業(yè)。圍堰到達(dá)現(xiàn)有承臺底標(biāo)高之前，用全站儀觀測套箱頂上順橋向的兩個點(diǎn)，調(diào)整圍堰的傾斜和偏位，直到兩點(diǎn)的坐標(biāo)與設(shè)計(jì)坐標(biāo)基本相符為止，然后立即啟動抽水機(jī)向隔倉同時(shí)注水，使圍堰迅速下沉。根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)查，7號～9號承臺底標(biāo)高均為144.5 m，鋼圍堰在水中采用自身重力以及向隔倉注水配重的方法使之下沉，圍堰下沉過程中隨時(shí)用全站儀監(jiān)控圍堰頂面的4個觀測點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)偏位，立即糾正。 d.打設(shè)鋼護(hù)筒。為確保護(hù)筒定位準(zhǔn)確，圍堰下沉完畢后，在水面以上1 m位置設(shè)置一層護(hù)筒定位架，而后布置平臺面系并在面系上設(shè)置一層護(hù)筒定位架，定位架施工時(shí)設(shè)置部分輔助樁。 e.水下混凝土封底。圍堰下沉到位、護(hù)筒打設(shè)完畢后，在圍堰平臺面上設(shè)水下封混凝土施工平臺，準(zhǔn)備就緒后進(jìn)行封底混凝土作業(yè)，分倉澆筑，混凝土灌注采用垂直導(dǎo)管水下灌注。 為保證質(zhì)量，在圍堰頂部設(shè)混凝土儲存罐，儲存一定量的首盤混凝土，并設(shè)多方向的溜槽，多點(diǎn)均勻布設(shè)剛性水封導(dǎo)管，泵送混凝土，連續(xù)、多點(diǎn)、快速澆筑。圍堰斷纜下水見圖4。

5 結(jié)語

本文結(jié)合丹江口龍山大橋項(xiàng)目，針對雙壁鋼圍堰的預(yù)制、拼裝及施工工藝進(jìn)行了詳細(xì)探究，鋼圍堰制作、運(yùn)輸及沉放施工組織復(fù)雜，綜合考慮施工條件、材料用量、安全風(fēng)險(xiǎn)、水流條件等各種因素，丹江口龍山大橋主橋橋墩基礎(chǔ)采用雙壁鋼套箱圍堰施工，通過先搭設(shè)鋼棧橋和鉆孔平臺進(jìn)行鉆孔樁施工，并同步進(jìn)行雙壁鋼套箱圍堰的設(shè)計(jì)與加工，合理利用了工期。鋼圍堰施工期間，在臨時(shí)拼裝平臺進(jìn)行鋼圍堰底節(jié)拼裝，采用千斤頂提升下放系統(tǒng)下放，充分控制了鋼圍堰的下放精度。設(shè)備簡單，受力明確，操作方便，下放順利，安全性高。鋼圍堰封底采用分倉澆筑施工，可連續(xù)、多點(diǎn)、快速澆筑，提高了施工效率。實(shí)踐證明，該雙壁鋼套箱圍堰施工工藝可行，安全可靠，操作方便，經(jīng)濟(jì)效益高，對同類工程有一定參考意義。