高速公路橋梁深水鋼圍堰拆除施工論證分析

韋立樺　丁占鋒　陳文政

摘要：水深超過20 m環(huán)境下鋼圍堰拆除施工具有安全風(fēng)險(xiǎn)高、水上水下作業(yè)量大、作業(yè)空間小的特點(diǎn)。文章以廣西崇水高速公路崇左西左江大橋?yàn)槔?，在不通航、工期緊、無大型浮吊的前提下，合理利用周圍環(huán)境和既有資源，對(duì)橋梁深水鋼圍堰拆除進(jìn)行論證分析，以達(dá)到拆除作業(yè)安全、經(jīng)濟(jì)和高效的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：鋼圍堰;深水;拆除;浮箱

中國分類號(hào)：U445.6

0引言

本文以廣西崇水高速公路崇左西左江大橋?yàn)槔瑢?duì)橋梁深水鋼圍堰拆除進(jìn)行論證探討。該橋主墩位于左江中央，橋位距離下游美亞電站約1 km，橋位處水深超20 m。由于該電站不通航，上游無大型浮吊設(shè)備，主墩承臺(tái)采用雙壁鋼圍堰施工，單個(gè)圍堰重734 t，拆除部分重480 t，具有安全風(fēng)險(xiǎn)高、水上水下作業(yè)量大、作業(yè)空間小的特點(diǎn)。結(jié)合新建高速公路通車后，大型材料、機(jī)械無法進(jìn)出施工現(xiàn)場的困境，圍堰拆除工作的工期緊張，此外，傳統(tǒng)水下切割出來的圍堰材料可利用價(jià)值較低。對(duì)比，項(xiàng)目通過利用浮箱自行拼裝浮吊，采用浮箱進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，對(duì)圍堰提前進(jìn)行合理分區(qū)，并對(duì)浮吊穩(wěn)定性及圍堰拆除安全性進(jìn)行驗(yàn)算，消除了工期壓力，提高了圍堰拆除后的完整性，實(shí)現(xiàn)深水鋼圍堰拆除施工作業(yè)安全、經(jīng)濟(jì)和高效的目標(biāo)。

1工程概況

崇左西左江大橋，跨徑為（3×20+77+145+77+20）m，因線路跨越左江，其中3 #過渡墩、4 #和5 #主墩位于左江中，平均水深超過 20 m。其雙壁鋼圍堰側(cè)板厚1.5 m，高度為23.5 m，單個(gè)圍堰重734 t，壁板厚6 mm，壁板加勁為∠75°的角鋼，水平環(huán)板與隔艙板均為12 mm，水平斜桿為∠100°的角鋼。圍堰內(nèi)共設(shè)三層水平內(nèi)支撐，三層內(nèi)支撐在墩柱施工節(jié)段已經(jīng)拆除，拆除圍堰時(shí)，重新安裝頂層水平內(nèi)支撐，內(nèi)支撐一端支撐在墩柱上，另一端與圍檁焊接。鋼圍堰側(cè)板垂直方向上分三節(jié)，沿周長分塊，各單元塊間采用焊縫連接并分節(jié)安裝到位，底節(jié)壁艙內(nèi)澆筑了夾壁混凝土，內(nèi)壁與承臺(tái)澆筑在一起。因此，拆除中節(jié)與頂節(jié)，利用項(xiàng)目自由浮箱，拼裝成（18×9）m的浮式平臺(tái)，利用廢棄船閘的水域?qū)?5 t汽車吊開到浮式平臺(tái)上，利用自行拼裝的浮吊進(jìn)行圍堰起吊，拆除的單塊重量≤6 t，切割的單塊圍堰放置與浮箱上，再利用卷揚(yáng)機(jī)拖拽至岸邊，利用岸上吊車裝卸（見圖1）。

在施工過程中，需要對(duì)圍堰在抽水狀態(tài)下進(jìn)行安全性驗(yàn)算，對(duì)浮吊在作業(yè)情況下的穩(wěn)定性進(jìn)行論證，確保圍堰拆除各環(huán)節(jié)的安全、高效。

2鋼圍堰拆除施工要點(diǎn)

2.1鋼圍堰拆除施工要點(diǎn)

（1）對(duì)參與鋼圍堰拆除的施工人員進(jìn)行專項(xiàng)安全技術(shù)交底。

（2）清理壁艙內(nèi)的建筑垃圾，防止拆除過程中墜落造成人員傷害。

（3）在廢棄船閘利用既有場地拼裝浮箱，安放吊車。

（4）按照拼裝時(shí)設(shè)計(jì)圖紙的重量進(jìn)行分塊，單塊重量≤6 t，同時(shí)避開隔艙板位置。豎向切割縫與豎向拼接縫位置接近平行，避免與加勁肋沖突;水平切割縫應(yīng)設(shè)置在拼裝分節(jié)位置，且不與水平斜桿沖突的位置。

2.2抽水

使用兩個(gè)15 kW的水泵進(jìn)行抽水，先安裝頂節(jié)內(nèi)支撐，抽水至頂節(jié)與中節(jié)的水平拼接焊接位置以下，超過原來的第二道內(nèi)支撐的位置，并保持水位不變。如果發(fā)現(xiàn)大量漏水，安排潛水員采用鋼板、棉布與拉桿的組合形式進(jìn)行堵漏，小規(guī)模漏水則不處理，采用水泵抽水平衡水位。

2.3內(nèi)支撐安裝

內(nèi)支撐采用原來的內(nèi)支撐鋼管，直徑為630 mm，在墩柱施工時(shí)已經(jīng)預(yù)埋錨固鋼板，內(nèi)支撐一端與墩柱焊接，另一端與圍堰的焊接，長邊布置4根，短邊采用斜撐支撐，通過Msteel軟件可精確畫出鋼管相貫線，實(shí)現(xiàn)斜向鋼管對(duì)接嚴(yán)密。

2.4壁艙泄水和清理

圍堰內(nèi)降水至中頂節(jié)交接處后，采用小水泵抽干壁艙，并割通隔艙板的底部，保持壁艙干環(huán)境。根據(jù)壁艙內(nèi)填充的混凝土標(biāo)高線，掌握切割面實(shí)際情況，對(duì)已經(jīng)規(guī)劃好的切割位置進(jìn)行清洗、做標(biāo)記，利用高壓水槍先后沖洗頂節(jié)、中節(jié)圍堰切割面的淤泥和松散沉積物，并用鐵錘敲擊附著的水泥或水生物。先對(duì)中節(jié)圍堰內(nèi)外壁的加勁角鋼與隔艙板進(jìn)行切割，割除加勁角鋼的翼板、隔艙板的中部;后對(duì)頂節(jié)圍堰外壁的加勁角鋼、水平環(huán)板與隔艙板進(jìn)行切割，割除加勁角鋼的翼板、水平環(huán)板的一半以及隔艙板的中部，目的是為水下切割做好標(biāo)記，且不能切穿外壁板，導(dǎo)致滲水，也不能完全切斷隔艙板、水平環(huán)板、水平角鋼，導(dǎo)致骨架失效，造成圍堰結(jié)構(gòu)垮塌變形。

2.5頂節(jié)內(nèi)壁干環(huán)境切割

內(nèi)壁直接割透，按照已經(jīng)清理的位置，采用普通氧氣乙炔進(jìn)行內(nèi)壁干環(huán)境切割。先切割水平縫，將內(nèi)壁割透，再進(jìn)行豎向切割，自下而上進(jìn)行，豎向每切割1 m，并進(jìn)行注水。

2.6水下切割

頂節(jié)外壁和中節(jié)內(nèi)外壁均采用水下切割。

沿標(biāo)記處進(jìn)行水下切割，切割時(shí)壁艙里面與外界無水頭差，沿著已經(jīng)標(biāo)記的位置，割穿隔艙板，切割與內(nèi)外壁板粘連的水平環(huán)板和水平角鋼。

從事水下焊接與切割工作的人員須經(jīng)專門培訓(xùn)并持相應(yīng)工作許可證。下潛前，須對(duì)焊、割設(shè)備以及潛水裝具、通信工具、供氣管和電纜等的絕緣、水密性能進(jìn)行檢查。氧氣膠管壁不得粘附油污。下潛后，需整理好電纜、供氣管以及信號(hào)繩等，確保其安全，以防損壞。

3鋼圍堰抽水狀態(tài)驗(yàn)算

3.1材料參數(shù)

Q235B鋼參數(shù)：容許彎曲應(yīng)力[σ]=145 MPa[1]。

3.2計(jì)算工況匯總

計(jì)算內(nèi)容和水位控制如表1所示。

3.3抽水工況

3.3.1抽水后的側(cè)板計(jì)算

面板計(jì)算結(jié)果如圖2所示。

面板受力σ=62 MPa<[σ]=145 MPa，滿足參數(shù)要求。

3.3.2抽水后的內(nèi)支撐計(jì)算

內(nèi)支撐受力如圖3所示，σ=93 MPa<[σ]=145 MPa，滿足參數(shù)要求。

4浮吊穩(wěn)定性論證

4.1荷載

（1）汽車吊自重為30 t，單個(gè)浮箱尺寸3 m×6 m，一共9個(gè)，總浮箱自重54 t，單片鋼圍堰重6 t，浮箱上的其他荷載重3 t。

（2）本區(qū)域不通航，不考慮船舶撞擊。

（3）采用岸上錨固繩與水中錨碇相結(jié)合的形式，錨繩對(duì)浮箱的下拉力不考慮。

（4）風(fēng)荷載按照臺(tái)風(fēng)期平均最大風(fēng)速39.6 m/s考慮。

4.2水流力和風(fēng)荷載

水流力按流速1.75 m/s考慮，風(fēng)荷載按照臺(tái)風(fēng)期平均最大風(fēng)速39.6 m/s考慮。電站泄洪以及臺(tái)風(fēng)期均不作業(yè)，水流力由岸上錨碇抵抗。風(fēng)荷載連同其他荷載一起考慮，不另外計(jì)算非作業(yè)時(shí)間風(fēng)荷載對(duì)浮箱穩(wěn)定性的影響。

4.3浮箱結(jié)構(gòu)

單個(gè)浮箱尺寸為3 m×6 m，拼好的浮箱尺寸為18 m×9 m。

4.4鋼浮箱結(jié)構(gòu)檢算

結(jié)論：浮箱在偏載以及風(fēng)荷載共同作用下滿足最少干舷高度，能保證平臺(tái)穩(wěn)定性。

5結(jié)語

崇左西左江大橋橋位處水深超20 m，深水鋼圍堰拆除施工安全風(fēng)險(xiǎn)高、工期緊、水下作業(yè)項(xiàng)目多，通過合理規(guī)劃與論證，定量地知曉圍堰、浮吊的關(guān)鍵點(diǎn)，既能實(shí)現(xiàn)拆除的圍堰完整性較好，可利用價(jià)值較高，又能降低水下作業(yè)工作量，同時(shí)解除了施工的限制性條件，實(shí)現(xiàn)了深水鋼圍堰施工安全、高效、經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)，完善了深水結(jié)構(gòu)物施工技術(shù)，填補(bǔ)了高速公路橋梁20 m水深鋼圍堰拆除的技術(shù)空白。鋼圍堰水下切割作業(yè)時(shí)，切割的構(gòu)件不規(guī)則，必然對(duì)圍堰完整性造成影響，水下作業(yè)工作量也較大，如果鋼圍堰拼裝設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮拆除過程的難易程度和可利用價(jià)值，使用螺栓加止水帶連接代替焊縫拼接，既可以極大地降低水下作業(yè)量，又能實(shí)現(xiàn)圍堰周轉(zhuǎn)利用，因此如何降低或完全避免深水圍堰水下切割將是研究的另一個(gè)方向。

參考文獻(xiàn)：

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