三江口特大橋主墩鋼圍堰封底施工關(guān)鍵技術(shù)探討

■謝能輝

（莆田市交通投資集團(tuán)有限公司，莆田 351100）

近年來水下承臺(tái)建設(shè)工程越來越多，而鋼圍堰為其順利建設(shè)提供可行性，因此鋼圍堰施工工藝逐漸被廣泛采用[1-4]。 然而鋼圍堰施工面臨許多復(fù)雜和關(guān)鍵性的施工技術(shù)難點(diǎn)， 尤其圍堰封底技術(shù)復(fù)雜，施工組織困難，施工安全風(fēng)險(xiǎn)控制難度大。 為此本研究以聯(lián)十一線（莆田境）涵江江口至仙游楓亭段工程三江口特大橋主墩鋼圍堰施工為工程背景，詳細(xì)闡述了特大橋主墩鋼圍堰的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及總體施工工藝，系統(tǒng)地研究了鋼圍堰封底關(guān)鍵技術(shù)，以期為類似工程提供參考。

1 工程概況

1.1 主塔墩基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)概況

三江口特大橋全橋共11 聯(lián)：4×（4 m×30 m）+5×（3 m×40.83 m）+（95+220+95）m+（65+120+65） m；橋梁全長(zhǎng)：1 756.5 m。 其中主橋橋型方案為雙塔組合梁斜拉橋，跨徑布置為（95+220+95）m＝410 m，設(shè)置32#、33# 主塔墩， 主塔墩基礎(chǔ)均采用鉆孔灌注樁，啞鈴型承臺(tái)。 承臺(tái)底標(biāo)高-0.61 m，承臺(tái)頂標(biāo)高+5.39 m，高6 m，長(zhǎng)65.3 m，寬19.8 m，其下布置20根主墩樁基，樁長(zhǎng)62（64）m，樁徑2.5 m，以及8 根輔助樁樁基，樁長(zhǎng)30 m，樁徑1.2 m。 主塔墩基礎(chǔ)平、立面布置見圖1。

圖1 主塔墩基礎(chǔ)平、立面布置圖

1.2 工程建設(shè)條件

1.2.1 地形地質(zhì)條件

該場(chǎng)區(qū)屬于沖海積平原地貌，三江口特大橋橫跨木蘭溪，河寬約430 m，河床底標(biāo)高-4.0～-3.0 m，水位受潮水漲落潮影響，平均水深約4.8 m。 木蘭溪橫斷面在三江口特大橋工程區(qū)呈較對(duì)稱“U”型。

1.2.2 航道情況

由于本工程位于興化灣頂部木蘭溪河口水域，該水域目前主要已建的碼頭設(shè)施為三江口作業(yè)點(diǎn)，進(jìn)港航道為天然航道，每月進(jìn)出三江口作業(yè)點(diǎn)的船舶僅4～6 艘次，通航船舶相對(duì)較少，多數(shù)貨船需乘潮通航。 工程周圍分布有養(yǎng)殖設(shè)施，通航的船舶為漁船等小型無序船舶及部分散雜貨船。

綜上所述，本工程航道交通量較輕，具備材料水運(yùn)條件。 且在本工程棧橋施工前已進(jìn)行了通航安全評(píng)估，圍堰施工不會(huì)對(duì)航道交通產(chǎn)生較大影響。

1.2.3 潮汐情況

木蘭溪三江口潮位，為半日潮區(qū)，每日兩次漲、落潮，平均潮差為6.5 m 左右。 潮流為半日潮流，漲潮平均流速0.57 m/s，最大流速為0.94 m/s；落潮平均流速0.65 m/s，最大流速為0.95 m/s。 興化灣口處最大波高為4.1 m，平均周期7.1 s。

2 主墩鋼圍堰結(jié)構(gòu)及總體施工方案

三江口特大橋主墩承臺(tái)底標(biāo)高為-0.61 m，在潮汐環(huán)境下，時(shí)而露出，時(shí)而淹沒，需利用圍堰進(jìn)行承臺(tái)施工。 考慮承臺(tái)底部河床地層存在較厚淤泥層，設(shè)計(jì)采用雙壁鋼吊箱圍堰。

2.1 主墩圍堰結(jié)構(gòu)概述

2.1.1 圍堰整體結(jié)構(gòu)

32#、33#主墩圍堰結(jié)構(gòu)相同， 均采用啞鈴形雙壁鋼吊箱圍堰，圍堰（不含防撞設(shè)施）長(zhǎng)67.78 m，寬22.28 m，高9.708 m。圍堰頂標(biāo)高為+6.49 m，底標(biāo)高為-3.218 m，豎向單節(jié)，橫向分成24 個(gè)節(jié)段，在工廠制造好后水運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)拼裝。 32#、33# 主墩鋼吊箱圍堰立面布置見圖2（a）。

2.1.2 圍堰底龍骨結(jié)構(gòu)

圍堰底龍骨由底龍骨及底板組成。 其中底龍骨采用雙拼HN600×200 型鋼，型鋼材質(zhì)為Q235B；底龍骨上部鋪設(shè)8 mm 厚鋼板作為底板， 底板上設(shè)I10 工字鋼作為加勁；部分位置龍骨采用10 mm 厚貼板進(jìn)行加強(qiáng)。 同時(shí)為保證工人操作方便，在其上再鋪設(shè)1 層10 mm 厚鋼板，材質(zhì)均為Q235B，見圖2（b）。

2.1.3 圍堰壁板結(jié)構(gòu)

圍堰側(cè)板底標(biāo)高為-2.61 m，頂標(biāo)高為+6.49 m，總高9.10 m。 單個(gè)圍堰側(cè)板總重約932.3 t。 圍堰壁板由內(nèi)、外壁板、底板、甲板、隔板、水平桁架及加強(qiáng)肋組成，厚1.2 m。 其中內(nèi)壁板采用δ=12 mm 鋼板，外壁板、底板、甲板、隔板采用δ=10 mm 鋼板，水平桁架及加強(qiáng)肋采用20a 工字鋼，鋼板、角鋼均采用Q235B 材質(zhì)鋼材。 圍堰的支撐體系采用φ820×12 mm 鋼管施作， 共布設(shè)2 道， 布設(shè)位置分別在+2.89 m、+5.89 m 處， 與壁板的環(huán)板焊接， 材質(zhì)為Q235B，見圖2（c）。

2.1.4 圍堰吊掛體系

圍堰下放采用連續(xù)千斤頂和鋼絞線同步下放的方式，每個(gè)樁基鋼護(hù)筒頂（+6.89 m）設(shè)置一套吊掛系統(tǒng)，單套吊掛系統(tǒng)呈“十”字形有4 個(gè)吊點(diǎn)，每個(gè)吊點(diǎn)用4 根φ32 精軋螺紋鋼 （L=12 m）、1 束鋼絞線（每束鋼絞線為12-1×7φ12，L=12 m）及1 個(gè)120 t 穿心拉桿式千斤頂施作。 圍堰下放完成后，將精軋螺紋鋼上部螺帽擰緊，拆除鋼絞線，進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換。

單個(gè)圍堰共計(jì)28 套吊掛系統(tǒng)，112 個(gè)吊點(diǎn)。 吊掛系統(tǒng)由20、16 mm 厚Q235B 鋼板組合焊拼而成，錨具采用OVMM15A-16 錨具，吊索采用ΦS15.2 mm高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fpk=1 860 MPa；精軋螺紋鋼直徑為32 mm，材質(zhì)為PSB930；鋼材材質(zhì)均為Q235B。

2.1.5 圍堰連通孔的布置

在封底混凝土頂1 m 高度處，布置一層連通孔，用于調(diào)節(jié)圍堰內(nèi)外水位平衡。 連通孔直徑為300 mm，壁板上總共布置24 個(gè)連通孔，見圖2（d）。

圖2 主墩鋼吊箱圍堰參數(shù)和結(jié)構(gòu)

2.1.6 封底平臺(tái)布置

在主墩吊掛系統(tǒng)上布設(shè)貝雷梁，在貝雷梁上鋪設(shè)分配梁及鋼面板，并做好防護(hù)欄桿，形成封底操作平臺(tái)。

2.2 總體施工方案

32#、33#墩圍堰均采用鋼吊箱結(jié)構(gòu)。 設(shè)置4 個(gè)鋼護(hù)筒牛腿，在鋼護(hù)筒牛腿上依次安裝底龍骨及底模。 同時(shí)在鋼護(hù)筒上安裝吊掛分配梁，吊索與鋼護(hù)筒底模托架相連，之后安裝圍堰側(cè)板、內(nèi)隔艙及圍堰內(nèi)支撐、抗剪鋼筋等。 然后割除鋼護(hù)筒牛腿，進(jìn)行圍堰下放，下放完成后安裝封底平臺(tái)，澆筑封底混凝土。 圍堰施工流程見圖3。

圖3 圍堰施工流程

3 鋼圍堰封底施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 圍堰封底順序

本工程封底混凝土厚2 m，采用C30 混凝土澆筑，單個(gè)主墩承臺(tái)封底混凝土總方量約2 000 m3。

由于封底混凝土方量較大，考慮分艙澆筑封底混凝土。 在圍堰底龍骨上設(shè)置6 道隔艙板，將其分為7 個(gè)隔艙，封底混凝土澆筑前優(yōu)先將隔艙板內(nèi)混凝土澆筑完成，而后澆筑封底混凝土，封底混凝土由外向內(nèi)對(duì)稱澆筑，澆筑順序圖見4。 封底施工前，導(dǎo)環(huán)與鋼護(hù)筒縫隙應(yīng)采取措施堵漏，防止封底漏漿。

3.2 封底混凝土澆筑時(shí)間分析

底隔艙混凝土澆筑采用干澆，在水位落至隔艙板頂時(shí)，采用水泵將隔艙板中水抽出，而后采用天泵進(jìn)行澆筑。

封底混凝土澆筑方式采用先濕后干進(jìn)行，計(jì)劃在落潮過程中進(jìn)行，當(dāng)潮水落至+1 m 時(shí)開始澆筑，先進(jìn)行濕封；待潮水落至-0.66 m，即隔艙板頂時(shí)，采用水泵將澆筑艙內(nèi)多余水抽出，而后可進(jìn)行干封作業(yè)。 根據(jù)歷年潮汐變化統(tǒng)計(jì)分析，本工區(qū)潮汐為半日潮，每日有2 次漲落潮，根據(jù)查閱此區(qū)域潮差表可知每天約有2×6 h 可以進(jìn)行封底混凝土施工。

3.3 封底混凝土供應(yīng)工效分析

封底混凝土供應(yīng)采用1 個(gè)攪拌站生產(chǎn)、9 輛混凝土罐車運(yùn)輸（其中1 輛備用）、2 臺(tái)天泵澆筑?；炷恋纳a(chǎn)： 混凝土的生產(chǎn)利用二組HZS120 型攪拌站，每小時(shí)實(shí)際生產(chǎn)量約為180 m3。 混凝土的運(yùn)輸：混凝土運(yùn)輸采用8 輛12 m3混凝土罐車，1 輛10 m3混凝土罐車備用，罐車自攪拌站至32# 主墩，約需要10 min，自攪拌站至33# 主墩，約需要40 min，可以保證混凝土連續(xù)不間斷的運(yùn)送。 混凝土的澆筑：混凝土的澆筑采用封底平臺(tái)輔助進(jìn)行混凝土的澆筑作業(yè)，其上布置導(dǎo)管，采用天泵進(jìn)行澆筑，單個(gè)天泵澆筑速度約30 m3/h，2 臺(tái)天泵綜合澆筑速度約60 m3/h。 封底混凝土隔艙進(jìn)行澆筑，單個(gè)艙室最大方量為292 m3，按照2 臺(tái)天泵施工進(jìn)行考慮，需澆筑時(shí)間約5 h。

3.4 圍堰封閉平臺(tái)及導(dǎo)管布設(shè)

在圍堰下放到位后，采用貝雷片在護(hù)筒頂部搭設(shè)封底作業(yè)平臺(tái)。 封底平臺(tái)所需貝雷梁采用場(chǎng)下組拼的方式， 根據(jù)設(shè)計(jì)拼接成所需要的貝雷梁組，在場(chǎng)下拼裝時(shí)，貝雷梁連接處的銷軸插銷需全部安裝到位。采用120 t 履帶吊機(jī)進(jìn)行貝雷梁的逐組安裝，在安裝過程中，應(yīng)加強(qiáng)貝雷梁組的吊裝穩(wěn)定性控制，防止擺動(dòng)造成傷害。 吊裝到位的分配梁組，及時(shí)在吊掛系統(tǒng)對(duì)應(yīng)兩側(cè)設(shè)置限位件，防止梁組發(fā)生傾覆。

封底平臺(tái)澆筑采用濕封+干封進(jìn)行施工， 濕封采用導(dǎo)管進(jìn)行施工，主要澆筑分艙中部區(qū)域，邊部靠近圍堰區(qū)域采用干封， 在水位落至底隔艙頂時(shí)，在靠近圍堰區(qū)域設(shè)置水泵將澆筑艙內(nèi)水抽干，而后端頭采用溜槽澆筑，局部位置輔以天泵補(bǔ)缺。

圖4 堰底隔艙結(jié)構(gòu)圖

為了滿足封底平臺(tái)頂面的作業(yè)需要，在貝雷組頂面鋪設(shè)I16 分配梁，間距25 cm，頂部鋪設(shè)10 mm厚花紋鋼板，同時(shí)在走道板四周設(shè)置1.2 m 高圍護(hù)欄桿，形成有效防護(hù)。 為了滿足水封導(dǎo)管的布置需要， 在沿貝雷梁組間根據(jù)導(dǎo)管位置搭設(shè)2I40 型鋼分配梁，2 根型鋼設(shè)置325 mm 間距縫隙，便于導(dǎo)管的安裝。 在封底平臺(tái)上按上述導(dǎo)管布置位置，并在其上安裝固定水封導(dǎo)管用翻板。 為了確保封底混凝土灌注的整體質(zhì)量，水封導(dǎo)管按照4 m 覆蓋半徑布置，其中1#、2#、3#、4#、7# 倉內(nèi)布置水封導(dǎo)管2 套，5#與6#倉內(nèi)布置導(dǎo)管3 套，見圖5。

圖5 導(dǎo)管布置圖

3.5 圍堰濕封工藝

封底導(dǎo)管上設(shè)置小料斗，利用天泵通過小料斗進(jìn)行混凝土灌注。

首批混凝土方量計(jì)算導(dǎo)管直徑為300 mm，水深取7 m （水位標(biāo)高根據(jù)水封時(shí)間取最高潮水位+4.04 m），導(dǎo)管懸空高度取0.2 m，首批混凝土灌注后導(dǎo)管埋深取0.8 m。 根據(jù)水封混凝土性能，水下混凝土擴(kuò)散角度在15°～30°，擴(kuò)散直徑取8 m，水的容重取1×104N/m3,混凝土容重取2.4×104N/m3,則可以計(jì)算導(dǎo)管內(nèi)外平衡時(shí)導(dǎo)管內(nèi)需要灌注混凝土高度：h1=7×1/2.4=2.92 m。 導(dǎo)管內(nèi)混凝土方量：V1=0.206 m3。導(dǎo)管外混凝土為圓錐形，高度為1.0 m，底面直徑為8 m，則混凝土體積為V2=16.75 m3。首批混凝土最小方量為：V=V1+V2=0.206+16.75=16.96 m3。

為保證導(dǎo)管埋深，確保水封一次成功，首批混凝土采用雙層料斗，料斗底部設(shè)置開關(guān)閥，下層采用2 m3小料斗，上層設(shè)置1 個(gè)10 m3大料斗采用龍門吊吊至下層料斗上方，兩個(gè)料斗儲(chǔ)滿混凝土后同時(shí)打開開關(guān)閥，確保首灌混凝土滿足要求。

在灌注過程中，應(yīng)注意混凝土的堆高和擴(kuò)展情況，正確地調(diào)整坍落度和導(dǎo)管埋深灌注過程中保證導(dǎo)管埋深不小于1 m；在已砍球的導(dǎo)管每隔20 min要下料1 次或用門吊活動(dòng)導(dǎo)管1 次，以防長(zhǎng)時(shí)間不灌注混凝土，混凝土把導(dǎo)管堵管、埋管；封底施工應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)順序進(jìn)行施工，嚴(yán)禁在同一點(diǎn)超量下方混凝土使其自流。 封底混凝土頂面標(biāo)高，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙來控制，防止承臺(tái)施工時(shí)混凝土鑿除數(shù)量過大。

3.6 圍堰干封工藝

封底混凝土邊部靠近圍堰區(qū)域采用干封，在水位落至底隔艙頂時(shí)，在靠近圍堰區(qū)域設(shè)置水泵將澆筑艙內(nèi)水抽干， 同時(shí)避免對(duì)混凝土水泥漿抽吸，而后端頭采用溜槽澆筑， 局部位置輔以天泵補(bǔ)缺，澆筑過程中對(duì)封底混凝土標(biāo)高和平整度進(jìn)行控制，確保封底頂面平整。

4 結(jié)論

本研究以聯(lián)十一線（莆田境）涵江江口至仙游楓亭段工程三江口特大橋主墩鋼圍堰封底施工為工程背景，研究潮汐作用下鋼圍堰大體積混凝土封底施工關(guān)鍵技術(shù)，主要得出如下結(jié)論：（1）潮汐環(huán)境圍堰進(jìn)行承臺(tái)施工，考慮到承臺(tái)底部河床地層存在較厚淤泥層，設(shè)計(jì)采用雙壁鋼吊箱圍堰。 （2）三江口特大橋主墩鋼圍堰封底混凝土厚2 m，采用C30 混凝土澆筑， 單個(gè)主墩承臺(tái)封底混凝土總方量約2 000 m3。由于封底混凝土方量較大，需分艙澆筑封底混凝土，優(yōu)先澆筑隔艙板內(nèi)混凝土，而后由外向內(nèi)對(duì)稱澆筑封底混凝土。 （3）潮汐作用影響下，封底混凝土澆筑方式應(yīng)先濕后干進(jìn)行， 并且在圍堰封底混凝土灌注過程中，按固定間距進(jìn)行測(cè)量觀測(cè)實(shí)時(shí)調(diào)整混凝土灌注的位置和數(shù)量。（4）由于采用以上鋼圍堰大體積混凝土封底施工關(guān)鍵技術(shù)， 最終主墩圍堰封底施工過程安全順利，封底效果可靠。