某橋梁主墩承臺(tái)雙壁鋼圍堰施工技術(shù)分析

李健明

(廣西路橋工程集團(tuán)有限公司, 廣西 南寧 530200)

0 引言

隨著“一帶一路”倡議的逐漸推進(jìn)，大跨橋梁的建設(shè)需求越來(lái)越多。由于雙壁鋼圍堰施工方式簡(jiǎn)單[1]，施工質(zhì)量易于控制，且對(duì)水流湍急的深水基坑施工具有較高的安全性和適用性，被廣泛應(yīng)用于橋梁主墩承臺(tái)施工。因此，對(duì)雙壁鋼圍堰施工關(guān)鍵技術(shù)和控制要點(diǎn)展開(kāi)研究，對(duì)于保證圍堰整體施工質(zhì)量，提升橋梁應(yīng)對(duì)外部環(huán)境復(fù)雜多變情況的施工技術(shù)更新具有重要的意義。

通過(guò)研究分析發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)曾采用多種類型的雙壁鋼圍堰施工技術(shù)方法。其中，覃早等[2]研究了后拉纜與氣囊法下水施工技術(shù)，通過(guò)控制氣囊充氣密實(shí)狀態(tài)完成入水過(guò)程，雖在一定程度上減少投入成本，但單方向后拉纜難以適應(yīng)橫向水流湍急施工情況，且氣囊充放氣入水速度較慢，導(dǎo)致施工受外部水流環(huán)境影響較大；梁新禮等[3]分析應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)拼接并整體下放圍堰的施工技術(shù)，雖在一定程度上減少了水下施工時(shí)間，但由于圍堰整體涉水面積較大，受水流阻力影響較大，導(dǎo)致施工過(guò)程不安全問(wèn)題尤為突出；為了克服上述施工技術(shù)的不足，黃鳳莉[4]提出采用分段懸吊拼接技術(shù)，通過(guò)起重機(jī)械(浮吊)吊裝技術(shù)，將鋼圍堰分節(jié)組裝至定位平臺(tái)，提高了施工過(guò)程抵抗水流沖擊的能力和施工控制精度，但是單純依賴懸吊拼接法這種遠(yuǎn)程施工控制技術(shù)，缺乏近端施工控制，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)吊運(yùn)時(shí)間較長(zhǎng)且對(duì)人工技術(shù)依賴程度較大，難以兼顧精度和效率。因此，有必要建立一種能夠有效兼顧施工精度、效率和安全穩(wěn)定性的雙壁鋼圍堰施工關(guān)鍵技術(shù)。

鑒于此，本文以廣西某大橋主墩承臺(tái)建設(shè)采用的雙壁鋼圍堰施工技術(shù)為工程背景，采用懸吊拼接與導(dǎo)向滑輪組結(jié)合的新型技術(shù)，對(duì)圍堰懸吊分節(jié)拼裝、導(dǎo)向控制裝置、首節(jié)下沉著床及分節(jié)段拼接工藝、內(nèi)支撐設(shè)置和封底混凝土等施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。

1 工程概況

某大橋總長(zhǎng)370 m，上部結(jié)構(gòu)采用(85+160+85) m連續(xù)剛構(gòu)箱梁+(1×30) m T梁，兩側(cè)橋臺(tái)下部結(jié)構(gòu)均采用重力式橋臺(tái)。設(shè)計(jì)公路等級(jí)為二級(jí)公路，設(shè)計(jì)汽車荷載為公路—Ⅱ級(jí)，通航等級(jí)為Ⅳ級(jí)，最高通航水位為10年一遇水位，防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇。其中，主橋的1#、2#的主墩承臺(tái)為整體式。橋位區(qū)屬溶蝕、侵蝕巖溶中山峽谷地貌。擬建橋梁跨越河流，兩岸坡度陡，地形起伏大，地面標(biāo)高約218～372 m，地表為第四系地層覆蓋，植被較發(fā)育，未見(jiàn)崩塌、滑坡或塌陷等不良地質(zhì)作用，自然岸坡穩(wěn)定性較好。

根據(jù)本工程主橋承臺(tái)特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)平面尺寸、水文和地質(zhì)實(shí)際情況，擬避開(kāi)洪水期施工。1#、2#主墩承臺(tái)采用雙壁鋼圍堰施工，設(shè)計(jì)圍堰厚度為1.226 m，1#墩圍堰水深約11 m，2#墩圍堰最大水深約19.8 m。1#墩封底混凝土厚度為2.0 m、2#墩封底混凝土厚度為4 m，倉(cāng)內(nèi)均灌注混凝土5 m。1#墩圍堰分三節(jié)共(6+6+3) m=15 m，2#墩圍堰分四節(jié)共(6+6+6+6) m=24 m。橋墩圍堰總體布置如下頁(yè)圖1所示。

2 雙壁鋼圍堰關(guān)鍵技術(shù)方案及施工步驟

雙壁鋼圍堰的具體施工流程為：工作平臺(tái)建設(shè)→圍堰懸吊分節(jié)拼裝和導(dǎo)向控制裝置設(shè)置→圍堰各節(jié)段下沉技術(shù)要點(diǎn)和內(nèi)支撐設(shè)置→導(dǎo)管封底混凝土澆筑工藝要點(diǎn)→鋼圍堰拆除起吊[5]。

2.1 圍堰工作平臺(tái)拼接及材料要求

工作平臺(tái)由鋼管樁、連接桿件和分配梁等裝置組成。其中，鋼管樁采用φ1 200 mm×12 mm；分配梁采用2HM588 mm×300 mm。按照設(shè)計(jì)圖紙的施工要求，首先拆除樁基作業(yè)平臺(tái)，利用鋼護(hù)筒中線的位置設(shè)置圍堰拼裝平臺(tái)。圍堰拼裝平臺(tái)使用工字鋼和鋼護(hù)筒等基本支撐技術(shù)進(jìn)行連接[6]。

(a)截面 (b)平面圖1 橋墩圍堰總體布置圖(mm)

2.2 圍堰懸吊下沉裝置及導(dǎo)向系統(tǒng)設(shè)置

2.2.1 懸吊下沉裝置技術(shù)要點(diǎn)

下沉裝置由千斤頂、鋼絞線、分配梁和扁擔(dān)梁等裝置組成。其中，千斤頂為穿心式液壓千斤頂；分配梁采用800 mm×25 mm的鋼板。鋼圍堰在吊裝的過(guò)程中，需要依據(jù)其吊點(diǎn)通過(guò)千斤頂進(jìn)行下放。

2.2.2 圍堰下沉拼接技術(shù)要點(diǎn)

鋼圍堰在加工分塊并驗(yàn)收合格后，將其轉(zhuǎn)運(yùn)到拼裝現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝。如果發(fā)現(xiàn)拼接過(guò)程中存在水平或豎直方向誤差較大的問(wèn)題時(shí)，應(yīng)采取切割的方式，保障該段能夠滿足設(shè)計(jì)方面的要求。在圍堰焊接過(guò)程中，焊接縫需要使用滿焊的方式進(jìn)行施工，且在相隔1 m的位置加焊加勁板[7]。

2.2.3 導(dǎo)向裝置技術(shù)要點(diǎn)

圍堰導(dǎo)向裝置使用16#槽鋼和Ⅰ22b工字鋼進(jìn)行組裝施工。在上下游分別設(shè)置4個(gè)和3個(gè)限位器，進(jìn)而在上游護(hù)筒的方向使用滑軌裝置，利用水流的作用，逐漸將圍堰下沉，最終達(dá)到其設(shè)計(jì)的位置。3個(gè)限位器的位置需要在其上設(shè)置滑軌，滑軌預(yù)留2 cm的空隙，以減小在施工中存在的摩擦力，保證工程能夠順利進(jìn)行。

2.3 圍堰下沉與著床的施工關(guān)鍵技術(shù)步驟

下沉與著床是鋼圍堰施工過(guò)程中一項(xiàng)重要的工序，通過(guò)對(duì)各節(jié)段的下放、拼裝以及后期的內(nèi)支撐施工，保證工程的整體安全穩(wěn)定。

2.3.1 首節(jié)圍堰的下沉施工

首節(jié)圍堰拼裝完成后，需要對(duì)懸吊系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的驗(yàn)收。通過(guò)千斤頂將首節(jié)圍堰提升到距拼裝平臺(tái)5 cm的位置，然后觀察螺紋鋼是否存在受力問(wèn)題。當(dāng)首節(jié)鋼圍堰施工能夠達(dá)到與水面的平衡后，需要對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的滲漏檢驗(yàn)。同時(shí)，對(duì)首節(jié)鋼圍堰的位置和實(shí)際尺寸進(jìn)行相應(yīng)的復(fù)核，保證在后續(xù)的施工中能夠有效地對(duì)其尺寸進(jìn)行控制。鋼圍堰在水面應(yīng)露出5 m的高度。為了保證后期安裝的銜接，在首節(jié)鋼圍堰進(jìn)行混凝土灌注后，使其高出水面2 m，確保后續(xù)施工的正常進(jìn)行。

需要說(shuō)明的是，鋼圍堰下沉到任何一個(gè)設(shè)計(jì)標(biāo)高的位置時(shí)，就應(yīng)停止下沉。在這個(gè)過(guò)程中應(yīng)對(duì)刃腳進(jìn)行檢查，并收集詳細(xì)的資料技術(shù)。當(dāng)鋼圍堰下沉和著床到相應(yīng)位置時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行封底、承臺(tái)等方面的施工。本工程中，在221.6 m標(biāo)高處設(shè)置連接孔，當(dāng)水位高于圍堰時(shí)，應(yīng)停止施工。在這個(gè)過(guò)程中，應(yīng)確保鋼圍堰沒(méi)有發(fā)生變形，位置仍能滿足設(shè)計(jì)與規(guī)范的要求。

2.3.2 其余節(jié)段接高施工

經(jīng)過(guò)岸上的加工并做好相應(yīng)拼裝標(biāo)記后，應(yīng)將第二節(jié)圍堰運(yùn)送到拼裝平臺(tái)上。在結(jié)構(gòu)安裝的過(guò)程中，需要對(duì)圍堰外圈使用掛籃進(jìn)行內(nèi)外壁工作平臺(tái)的施工，搭設(shè)相應(yīng)的施工垂直梯[8]。在焊接過(guò)程中，應(yīng)保證內(nèi)外壁焊接密實(shí)，確保不出現(xiàn)滲漏的現(xiàn)象。同時(shí)，安裝每一片圍堰時(shí)，為了保證整體的平衡，應(yīng)將對(duì)應(yīng)的底節(jié)艙的水抽出，按照隔艙的水位進(jìn)行控制，在圍堰內(nèi)部標(biāo)注刻度。

在第二節(jié)圍堰施工過(guò)后，繼續(xù)準(zhǔn)備下沉和著床的施工作業(yè)。在著床前，需要對(duì)著床的位置進(jìn)行精準(zhǔn)地測(cè)繪，利用鋼圍堰的準(zhǔn)確定位，保證工程的平衡。下沉過(guò)程應(yīng)垂直，在實(shí)施過(guò)程中應(yīng)對(duì)其相應(yīng)的位置進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，避免出現(xiàn)偏沉的現(xiàn)象。通過(guò)連接定位平臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)，保證兩側(cè)在施工過(guò)程中同時(shí)收緊，這樣才能保證在下沉和著床過(guò)程中的整體平衡[9]。

2.3.3 內(nèi)支撐設(shè)置施工

在接高完成后，需要在圍堰上部1 m的位置安裝內(nèi)支撐。內(nèi)支撐應(yīng)由支撐鋼管等部分組成。在底部的位置設(shè)置牛腿，牛腿一般使用30 cm的工字鋼，通過(guò)其與圍堰緊密焊接。在施工過(guò)程中，應(yīng)保證內(nèi)支撐與圍堰的軸線對(duì)準(zhǔn)，不產(chǎn)生偏壓的情況，保證施工過(guò)程的安全。

2.4 封底混凝土施工

2.4.1 材料要求

水下封底混凝土具有良好的流動(dòng)性能，坍落度應(yīng)控制在20 cm左右。砂率控制在45%左右。同時(shí)，在封閉前對(duì)相應(yīng)的沖刷情況進(jìn)行充分檢查，應(yīng)保證其刃腳下方的縫隙能夠滿足防滲的要求。

2.4.2 封底前的基礎(chǔ)處理

在本工程中，1#墩下沉到標(biāo)高的位置時(shí)，需要由潛水員對(duì)水下情況進(jìn)行檢查，對(duì)水下的地形和混凝土縫隙進(jìn)行封堵。封堵完成后，對(duì)淤泥進(jìn)行清理。2#墩使用拋石法進(jìn)行施工，通過(guò)封閉底層，達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。同時(shí)，在圍堰觀測(cè)過(guò)程中，應(yīng)確保其底部與河床之間不存在縫隙，保證后期混凝土澆筑的完整性[10]。

2.4.3 封底混凝土的澆筑

搭設(shè)施工平臺(tái)后布置水下混凝土的導(dǎo)管，共布置22個(gè)點(diǎn)，以每5根為一組導(dǎo)管。其布置原則為：(1)按半徑5 m進(jìn)行考慮，可以全部覆蓋整體水下混凝土的澆筑過(guò)程；(2)鋼圍堰的內(nèi)外壁應(yīng)布置一排導(dǎo)管，以確保封底混凝土的整體防滲；(3)導(dǎo)管和外壁之間應(yīng)有一定的控制距離，使混凝土能夠充分地流動(dòng)。

封底混凝土的澆筑應(yīng)從四周到中間進(jìn)行澆筑：(1)對(duì)下游布置的5個(gè)導(dǎo)管進(jìn)行施工；(2)接連不斷地進(jìn)行混凝土的封底，如果在18個(gè)點(diǎn)封閉的施工過(guò)程中，有導(dǎo)管顧及不到的部位，應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行補(bǔ)充澆筑。同一導(dǎo)管在施工過(guò)程中，前后間隔應(yīng)<0.5 h。

2.5 雙壁鋼圍堰拆除

2.5.1 雙壁鋼圍堰水上切割

本項(xiàng)目雙壁鋼圍堰在承臺(tái)頂面標(biāo)高以下的部分不拆除，作為承臺(tái)的保護(hù)和加強(qiáng)，剩余部分利用冬季枯水期進(jìn)行拆除。整個(gè)圍堰每層按照16個(gè)單元箱體進(jìn)行分解(與拼裝時(shí)分塊一致)，每個(gè)單元箱體重量約為10 t。為徹底消除施工中的吊裝安全隱患，采取分層拆除的方式，使用氧氣乙炔進(jìn)行切割。

2.5.2 圍堰起吊

在起吊施工前應(yīng)重視對(duì)鋼圍堰平衡的把握，避免其出現(xiàn)傾覆的現(xiàn)象。吊點(diǎn)應(yīng)對(duì)稱，在最后一個(gè)單元起吊后，潛水員應(yīng)拔除其固定螺栓。在起吊過(guò)程中，應(yīng)有專人對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施觀察，保證在施工過(guò)程中周邊人員的安全。在施工過(guò)程中應(yīng)對(duì)受力點(diǎn)進(jìn)行觀察，如出現(xiàn)問(wèn)題，應(yīng)立即停止施工并進(jìn)行調(diào)整，使工程順利并平穩(wěn)安全地進(jìn)行。將起吊后的圍堰平緩地放在平臺(tái)上，然后運(yùn)送到岸邊。

3 結(jié)語(yǔ)

本文基于廣西區(qū)內(nèi)某連續(xù)鋼構(gòu)箱梁和T梁組合的整體式主墩臺(tái)鋼圍堰施工，從圍堰懸吊拼裝工藝、導(dǎo)向裝置精準(zhǔn)施工平臺(tái)設(shè)置和分節(jié)段下沉著床技術(shù)等方面系統(tǒng)闡述相關(guān)的施工方法及關(guān)鍵技術(shù)，提出了一套安全可靠的雙壁鋼圍堰設(shè)計(jì)及施工工藝，應(yīng)用實(shí)踐結(jié)果表明：

(1)與現(xiàn)有的技術(shù)相比，懸吊拼接與導(dǎo)向滑輪組結(jié)合技術(shù)不僅提高了施工過(guò)程抵抗水流沖擊的能力，而且可以減少拼接時(shí)間，減少對(duì)人工的依賴程度，同時(shí)可以兼顧施工精度、效率和穩(wěn)定性。

(2)采用先樁后堰的施工順序，雙壁鋼圍堰的拼裝待鉆孔樁施工完成后在鉆孔樁施工平臺(tái)上進(jìn)行，有利于對(duì)圍堰施工的質(zhì)量控制，確?，F(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程的整體安全。

(3)圍堰水下工作采用實(shí)時(shí)監(jiān)控的智能化體系，對(duì)圍堰分節(jié)拼接、水下混凝土封底等步驟實(shí)施監(jiān)控和預(yù)警，及時(shí)反饋施工過(guò)程中出現(xiàn)的如土質(zhì)不穩(wěn)定、水文環(huán)境差等圍堰施工不安全因素，獲得了良好的施工效果，為橋梁主墩承臺(tái)施工建設(shè)提供技術(shù)支撐。