橋梁深水承臺鋼吊箱圍堰施工技術(shù)研究

吳 江,黎 峰

（撫州市公路事業(yè)發(fā)展中心崇仁分中心,江西 崇仁 344200）

0 序言

在現(xiàn)有水工圍堰技術(shù)中，主要有鋼吊箱、鋼套箱和鋼板樁3種圍堰技術(shù)常用于深水橋梁作業(yè)中。其中鋼吊箱圍堰的功效更好，其剛度大、防阻水功效好、安全性高、適用性能優(yōu)異、可重復(fù)循環(huán)使用，為多數(shù)深水橋梁基礎(chǔ)施工所采用。

鋼吊箱圍堰是一種有底的向橋梁深水承臺施工提供防阻水保障的結(jié)構(gòu)，通過吊箱側(cè)板和混凝土封地底板實現(xiàn)圍水防水功能，為深水承臺施工提供干燥作業(yè)環(huán)境。與普通鋼圍堰相比較，鋼吊箱圍堰有無須沉入河床、水流阻力小、工期短、應(yīng)用難度低、混凝土用量節(jié)省、利于工期通航等一系列特點，下文將對鋼吊箱圍堰技術(shù)在橋梁施工中的具體運用作詳細闡述。

1 工程概況

案例是一座公鐵兩用的簡支鋼桁梁大橋，其深水高墩區(qū)域的非過航孔橋跨徑88 m，全長16.34 km。鋼桁主梁采取雙層鋼結(jié)合梁結(jié)構(gòu)，桁寬14.0 m，桁高13.5 m，其公路層橋面采用橋板預(yù)制組裝施工工藝，預(yù)制件通過剪力釘與橫梁、縱梁和上弦桿進行連接。橋墩采取門式結(jié)構(gòu)，縱向變寬、橫向等寬，寬度分為21.40 m和20.00 m兩種，單柱橫寬6.00 m。順橋向橋墩采取1∶30放坡。采取矩形主梁承臺結(jié)構(gòu)設(shè)計，承臺厚度5.0 m。基礎(chǔ)設(shè)計采用群樁基礎(chǔ)形式，共設(shè)有鉆孔樁14根，樁徑3 m，分3排，呈左右上下對稱布置。承臺規(guī)格17.70×29.90×5.00 m，底部高程-9 m，頂部高程-4 m，采用C40混凝土澆注。

海域年平均風(fēng)速6.90 m/s，百年一遇的十分鐘內(nèi)最大平均風(fēng)速甚至能夠達到44.80 m/s；年度高于6級風(fēng)力約在290 d左右，高于7級風(fēng)力約在210 d左右，高于8級風(fēng)力約在115 d左右，高于9級風(fēng)力約在58 d左右；臺風(fēng)登陸每年約在3.8次左右，多集中發(fā)生在6—9月之間。海域平均低潮位-1.89 m，平均高潮位+2.39 m，最大平均潮差達到4.28 m。風(fēng)大浪高，所以工程選擇以鋼吊箱圍堰工藝作為承臺施工的圍護結(jié)構(gòu)和模板。

橋梁的1#橋墩采取鋼吊箱圍堰施工技術(shù)，鋼吊箱規(guī)格32.00×19.80×20.40 m，頂高程7.90 m，底高程-12.50 m。吊箱圍堰由龍骨、底板、側(cè)板、內(nèi)支撐、斜撐、限位系統(tǒng)、吊掛平臺、牛腿、剛性壓拉桿以及連接固定機構(gòu)等部分構(gòu)成。

工程作業(yè)難點：

（1）海況和氣候惡劣。所處區(qū)域風(fēng)期長，風(fēng)力大，全年風(fēng)力高于7級的占55%。海況條件惡劣，潮流強，波浪大，橋梁部件承受性、現(xiàn)場定位準(zhǔn)確性和就位效率經(jīng)受嚴(yán)峻考驗，工程施工難度很大。該水域圍堰施工操作過程中，做好抗風(fēng)防浪準(zhǔn)備十分重要。

（2）橋梁墩位所在區(qū)域?qū)儆谏钏畢^(qū)。大多數(shù)墩體所在位置的水深≥20 m，部分墩體所在位置的水深≥40 m，橋梁基礎(chǔ)深水作業(yè)，增添很大操作難度，風(fēng)險很高。

（3）橋址所在區(qū)域的蓋覆層不足，一些區(qū)域甚至沒有或者僅存在很薄的蓋覆層，使得施工過程中像施工平臺、棧橋、圍堰等結(jié)構(gòu)部件裝配遭遇臨時場地不足的問題。

2 鋼吊箱圍堰施工方案

承臺5 m厚度，垂向（2.5 m+2.5 m）分2次澆注施工，按照高墩深水承臺作業(yè)方案開展施工，待墩體完成施工，高程大于濺浪高程，而且墩體混凝土涂裝完防腐以后，進行圍堰結(jié)構(gòu)拆除。

施工方案：場地內(nèi)裝配龍骨以及底板→裝配側(cè)板以及內(nèi)支撐→裝配封底平臺和吊拉桿→整體吊起并轉(zhuǎn)運到墩位→下放圍堰、掛吊于樁頂→松鉤和退出墩位→剛性壓拉桿和牛腿焊接→清洗鋼套筒，封底→抽水→封底找平層施工→承臺施工→墩體施工→墩體涂裝防腐→拆去圍堰。

可以分為4個操作過程：

過程1：廠制圍堰結(jié)構(gòu)部件，制備完成后轉(zhuǎn)運到裝配場地，借助100 t級履帶吊，按設(shè)計裝配每個結(jié)構(gòu)部件。同時在施工墩位將承臺范圍內(nèi)鉆孔平臺拆除，割除鋼套筒至+8.00 m頂標(biāo)高，在四角支棧橋配置纜風(fēng)阻尼系統(tǒng)，以抑制圍堰擺動，角樁鋼套筒頂口焊接好導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。

過程2：選擇海況條件較佳的時間窗口，以2 000 t級浮吊將圍堰整體吊起并轉(zhuǎn)運到墩位。初步對位圍堰平面位置，在堰底口距離護筒頂面約2 m時，裝配并收緊四角纜風(fēng)繩，以控制和降低圍堰平面的擺動。

過程3：圍堰擺動比較小后，控制浮吊，徐緩下放圍堰。下放到底龍骨接近護筒頂導(dǎo)向時，再度降低下放速度；在角樁均處于底龍骨的預(yù)留孔區(qū)域內(nèi)時，加快下放速度；待龍骨底面均低于護筒頂導(dǎo)向頂面高程后，再度勻速緩慢下放；直到封底縱梁置于護筒頂面，然后放開吊鉤，此時圍堰重量轉(zhuǎn)換到封底平臺橫、縱梁。

過程4：澆注封底混凝土，達到要求強度后，抽去圍堰積水，繼而對抗浮牛腿進行焊接，并把剛性壓拉桿焊接到牛腿上，對高出承臺的剛性壓拉桿進行割除，然后澆注找平層。

3 鋼吊箱圍堰施工技術(shù)要點

3.1 鉆孔平臺拆除

完成橋墩群樁基礎(chǔ)施工后，圍堰施工開始前，須將圍堰施工有沖突的鉆孔平臺部分給予拆除。操作過程：將履帶吊機移至鉆孔平臺的棧橋附近，準(zhǔn)備就緒后，自上而下逐次拆去鋼面板、分配梁、貝雷片、分配梁、鋼管樁等。拆除鋼管樁時，須安排潛水工割除鋼管樁的水平面以上的部分，再由履帶130 t吊機配合實施拆除作業(yè)。

3.2 鋼套筒拆除

下放吊箱圍堰前，遵從設(shè)計要求，將鋼套筒切割去除至封底吊掛平臺的縱梁的安裝標(biāo)高。割除操作完成后，在拐角處的鋼套筒的頂部焊接頂口加強板以及接引導(dǎo)向，以確保圍堰的下放精度。鋼套筒頂部分別焊接3個護筒導(dǎo)向，注意保證夾角120°。

3.3 圍堰的制備與裝配

圍堰的每個結(jié)構(gòu)部件，根據(jù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)在鋼結(jié)構(gòu)加工廠制備完成并給予單元分塊編碼為接下來的分塊對接提供標(biāo)識，預(yù)裝配而且驗收合格以后，轉(zhuǎn)運到橋址附近開展系統(tǒng)整體裝配。圍堰整體裝配包括以下過程：

3.3.1 搭建裝配臺座

按設(shè)計要求，先進行臺座定位和放樣，再擺放裝配臺座，為保證臺座均勻受力，應(yīng)用混凝土板抄墊臺座底部，混凝土板須用碎石進行抄平。

3.3.2 裝配堰底龍骨與底板

堰底龍骨結(jié)構(gòu)部件廠制加工完成，轉(zhuǎn)運到裝配現(xiàn)場，按設(shè)計圖裝配成整體，裝配完成以后，要確保龍骨的頂面保持平整。在加工場進行龍骨下料時，按設(shè)計要求，開好封底吊拉桿孔以及底板和側(cè)板的螺栓連接孔，在裝配好的龍骨上裝配底板，先裝配護筒封堵板，然后焊固龍骨與底板間的角鋼，再裝配其他底板部分。

3.3.3 裝配臨時支撐架

臨時支撐架用于臨時定位側(cè)板，由支撐架斜撐、立柱、臨時導(dǎo)梁、支撐牛腿等結(jié)構(gòu)組合而成。立柱長度8.50 m，選擇應(yīng)用2HN700×300 mm的型鋼，立柱在圍堰龍骨上焊固，保證-4.00 m頂標(biāo)高。斜撐采用2HM440×300 mm的型鋼，圍堰龍骨與斜撐底部60°角夾角，斜撐頂部與立柱焊牢。支撐牛腿采取δ=10 m鋼板，牛腿的頂面保持-4.76 m標(biāo)高，用于支撐導(dǎo)梁臨時結(jié)構(gòu)。導(dǎo)梁用于側(cè)板的臨時定位，采用2HM440×300 mm的型鋼。在制備裝配臨時支撐架時，應(yīng)確保其有足夠的剛度和強度，這是圍堰裝配的精度的保障[1-2]。

3.3.4 裝配側(cè)板

應(yīng)用180 t級履帶吊，逐塊裝配側(cè)板，依次從短邊側(cè)板向兩側(cè)開展裝配，至另一側(cè)的側(cè)板完成合攏。在龍骨上立側(cè)板，與臨時導(dǎo)梁暫時固定在一起，再裝配側(cè)板連接螺栓、底板與側(cè)板連接螺栓。

3.3.5 裝配內(nèi)支撐

圍堰內(nèi)支撐按設(shè)計要求共需配置兩層內(nèi)支撐，圍堰底層內(nèi)支撐的裝配標(biāo)高，使其頂內(nèi)撐標(biāo)高的+4.00 m區(qū)域；底層內(nèi)支撐裝配標(biāo)高在-3.00 m位置，距離側(cè)板的頂面10.9 m。裝配內(nèi)支撐時，先裝配圍堰底層的內(nèi)支撐，再裝配圍堰頂層的內(nèi)支撐。底層內(nèi)支撐的內(nèi)部應(yīng)用螺栓開展連接，亦通過螺栓與側(cè)板連接；頂層內(nèi)支撐的內(nèi)部應(yīng)用相貫焊接，通過螺栓跟側(cè)板連接。內(nèi)支撐先于側(cè)板合攏前置放于圍堰內(nèi)，采取先長后短裝配順序。

3.3.6 圍堰封底橫梁縱梁裝配

由4根橫梁和4根縱梁形成圍堰封底平臺。平臺縱梁應(yīng)用2HN900×300 mm的型鋼，橫梁應(yīng)用2HN588×300 mm的型鋼。橫梁與縱梁應(yīng)用8 mm角焊接縫連接，圍堰側(cè)板與縱梁應(yīng)用徑值160 mm的銷軸進行連接。

3.3.7 裝配圍堰封底吊拉桿

裝配完畢圍堰封底平臺后，裝配封底吊拉桿，吊拉桿長度需開展精確調(diào)節(jié)。封底吊拉桿應(yīng)用Φ40 mm規(guī)格的精軋螺紋筋，吊拉桿底部與龍骨、頂部與橫梁，均應(yīng)用螺帽固定。

3.4 圍堰起吊與運輸

整體裝配圍堰完成后，選擇風(fēng)浪和天氣條件較佳時間窗口開展圍堰起吊和運輸。配備2 000 t級浮吊，根據(jù)橋梁設(shè)計，直接將圍堰吊至施工墩位。

3.5 定位下放圍堰

圍堰運達指定墩位以后，拋錨定位，定位下放作業(yè)要注意海況風(fēng)浪條件，一般風(fēng)速不高于7級，浪高須低于2.5 m[3-4]。

按下述過程作業(yè)：

第1步：起吊圍堰，移送至鋼套筒的上方，與護筒的頂口對準(zhǔn)，開始操作下放。

第2步：下放圍堰到護筒頂口2.0 m區(qū)域暫停，給予初步定位，連接好先期預(yù)備錨繩。應(yīng)用2個30 t級倒鏈，依次將錨繩收緊，在圍堰平面晃動低于20 cm時，繼續(xù)慢慢下放，并逐漸將錨繩收緊。

第3步：下放圍堰到接近護筒頂口導(dǎo)向時，下放速度放慢，角樁均處于底龍骨的預(yù)留孔區(qū)域內(nèi)時，下放速度加快，全部龍骨底面低于護筒頂導(dǎo)向的頂面高程后，再勻速緩慢下放。

第4步：繼續(xù)下放，直到封底縱梁置于護筒頂面，進行浮吊松鉤，此時圍堰重量移到封底橫、縱梁。

第5步：頂緊中層、頂層限位系統(tǒng)，抄墊充實，與鋼套筒焊固，由潛水工將鋼套筒與龍骨活動導(dǎo)環(huán)間抄墊密實。焊接壓拉牛腿，并在壓拉牛腿上焊接剛性壓拉桿。

3.6 圍堰封底

封底應(yīng)用C30混凝土，封底厚度3.0 m，一般預(yù)留有0.5 m的找平層。封底混凝土澆注導(dǎo)管徑值300 mm，根據(jù)實際狀態(tài)開展導(dǎo)管配節(jié)。導(dǎo)管裝配時，應(yīng)用25 t級汽車吊配合，底管口懸空≤100 mm。按6.0 m半徑確定單管鋪攤面積，圍堰范圍共配置下料點6個，取6 m3容量，應(yīng)用拔球料斗澆注封底混凝土，即可以滿足澆注需求。

封底混凝土澆注須注意下述要點：

（1）完成下放以后，清理鋼套筒附物，保證鋼套筒和封底混凝土之間黏結(jié)力不受影響。

（2）澆注封底混凝土，先從左側(cè)1#和4#導(dǎo)管拔球澆注。完成拔球后，先不拆去料斗，繼續(xù)澆注混凝土；等1#和4#導(dǎo)管達0.5 m埋深后，再拆去料斗，繼續(xù)在左側(cè)1#和4#開展混凝土澆注。須注意，要在0.50～0.80 m之間控制導(dǎo)管埋深?；炷翝沧㈨殨r刻觀察混凝土面高程，待1#和4#導(dǎo)管所在位置達1.0 m混凝土厚度后，停止該范圍的混凝土澆注。

（3）測量2#和5#導(dǎo)管區(qū)域的混凝土高度，調(diào)節(jié)導(dǎo)管底口的懸空高程，調(diào)節(jié)底口懸空高程至10 cm左右，給予固定；料斗裝滿混凝土，同時對2#和5#導(dǎo)管進行初澆注，導(dǎo)管埋深達0.5 m后，拆去料斗。依次推進，直到右側(cè)3#和6#導(dǎo)管完成澆注。

（4）按前述過程反復(fù)澆注封底，直至混凝土澆注厚度3.0 m，完成圍堰封底施工[5-6]。

3.7 圍堰抽水與基底處理

封底混凝土獲得要求強度以后，關(guān)閉圍堰側(cè)壁連通口，即可進入圍堰抽水過程。抽水操作過程中，須注意記錄圍堰內(nèi)的水位刻度、抽水機數(shù)量、用時等信息，并觀察側(cè)板是否存在漏水。完成抽水后，將鋼套筒割至匹配承臺底標(biāo)高，然后鑿除清理樁頭，焊接剪切力環(huán)和抗浮牛腿。確保圍堰抗浮和抗沉要求，焊接剛性壓拉桿至抗浮牛腿，割除超出承臺范圍的剛性壓拉桿，封底找平層澆注混凝土，確保圍堰底部處在同一水平。

3.8 承臺、墩體施工

啟動承臺施工以前，拆去底、頂層內(nèi)的支撐結(jié)構(gòu)，依次進行承臺和墩體的施工操作。承臺5 m高程，分2次施工，每次澆注混凝土2.5 m。墩體完成施工，高程須大于浪濺區(qū)高程，墩體完成涂裝防腐后，拆去圍堰結(jié)構(gòu)。

3.9 拆除圍堰

應(yīng)用400 t級浮吊，逐塊拆去圍堰側(cè)板，拆除圍堰時，圍堰頂口應(yīng)用框架梁與成建墩體連結(jié)成為一體后，再逐塊拆除[7-8]。

4 結(jié)語

綜上，該文探討了跨海橋梁深水承臺鋼吊箱圍堰施工技術(shù)，主要介紹了案例公鐵兩用跨海大橋惡劣海況下的鋼吊箱圍堰施工方案，施工過程及關(guān)鍵技術(shù)要點。實踐證明，嚴(yán)格控制承臺鋼吊箱圍堰各施工關(guān)鍵點質(zhì)量，能有效保障橋梁使用周期，具有顯著技術(shù)參考意義。