橋梁水中墩雙壁鋼圍堰施工技術(shù)

隋豐年

（中鐵十九局集團華東工程有限公司，浙江寧波 315400）

1 工程概況

1.1 工程簡介

某橋梁工程結(jié)構(gòu)形式：采用1-32 m 預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁+1-112 m 下承式鋼桁梁+1-32 m 預(yù)應(yīng)力混凝土T 梁。橋梁位于直線上，與渦河正交，相交處河寬約200 m，水深最大約為7.0 m，其中2#～5#墩為水中墩，均采用Φ1.25 m 鉆孔樁基礎(chǔ)。3#、4#墩（主墩）各設(shè)9 根樁基、樁長47～49 m，承臺采用一級低位矩形承臺，承臺尺寸9.25 m×9.25 m×3 m，橋墩為圓端形實體橋墩，墩高分別為15.75 m、17.25 m。3#、4#主墩承臺在河床以下的埋深分別達到7 m 和7.9 m，綜合考慮環(huán)保和施工期間航道通航要求等因素，采用雙壁鋼圍堰施工。

1.2 水文地質(zhì)情況

本橋位處渦河為Ⅳ級航道，在3#、4#墩之間設(shè)置1 個跨徑為112 m 通航孔，凈高不小于7 m，河岸坡度較大，河床中間比較平緩。沿線的地質(zhì)條件較好，以黏性土和粉土層為主，3#、4#橋墩承臺基本位于粉質(zhì)黏土層范圍內(nèi)。

2 水中主墩鋼圍堰施工總體方案

3#、4#主墩采用貝雷梁鋼棧橋配合雙壁鋼圍堰的施工方案，按先樁后堰順序組織施工：鋼棧橋搭設(shè)→水中鉆孔業(yè)平臺搭設(shè)→鉆孔樁施工→雙壁鋼圍堰構(gòu)件岸上加工→雙壁鋼圍堰水上安裝與下沉→水下混凝土封底→承臺和墩身施工→拆除鋼圍堰。

鋼棧橋與樁樁基作業(yè)平臺采用鋼管樁+貝雷梁的方式搭設(shè)，按沖擊鉆成孔工藝組織樁基礎(chǔ)施工。成樁后，拆除影響鋼圍堰下沉的鋼管樁，在鉆孔作業(yè)平臺上拼裝首節(jié)鋼圍堰。設(shè)置吊裝系統(tǒng)下放鋼圍堰，下水后拼裝焊接第二節(jié)鋼圍堰，依次接高鋼圍堰并在壁倉內(nèi)灌水到達河床。采用高壓射水槍和吸泥泵輔助鋼圍堰下沉，到達設(shè)計標高。水下作業(yè)清平基底，合格后進行水下混凝土封底。待封底混凝達到強度后排水進行承臺和墩身施工。

3 雙壁鋼圍堰施工技術(shù)

3.1 鋼圍堰施工方案

以4#墩鋼圍堰為例，雙壁鋼圍堰結(jié)合承臺形狀按照矩形進行設(shè)計，內(nèi)凈空尺寸按承臺尺寸每側(cè)放寬1 m，總壁厚1 m，為了緩解流水對圍堰的沖擊力，四角設(shè)計成圓角，內(nèi)徑1.0 m，外徑2.0 m。圍堰底部設(shè)45°刃角，以利于下沉。

（1）圍堰標高確定。經(jīng)施工調(diào)查近3 年橋址附近最高洪水位于2018 年12 月，H=29.37 m；2019 年1 月，H=29.36 m；2020 年8 月，H=29.4 m。3#、4#墩鋼圍堰頂按高于近3 年最高水位0.5 m，標高取29.75 m；鋼圍堰刃角底按低于封底混凝土底面2.0 m，標高取13.45 m。

（2）圍堰分層和分節(jié)確定。鋼圍堰根據(jù)承臺尺寸、起吊運輸能力、現(xiàn)場條件等因素，在平面上分段、在高度方向分層，形成各個單元節(jié)段?？偢叨?6.3 m 分為3 層：底層帶刃角的高6 m，第2 層6 m，第3 層4.3 m。每層12 個單元節(jié)段：直線節(jié)8 個，圓角節(jié)段4 個。圍堰橫撐采用Φ630 mm×10 mm 鋼管。

（3）單元節(jié)構(gòu)造。鋼圍堰內(nèi)外面板和隔倉板均采用6 mm 鋼板，刃角部位采用8 mm 鋼板。采用∠100 mm×100 mm×10 mm角鋼作為橫向加強肋，∠75 mm×75 mm×6 mm 角鋼作為豎向肋形成網(wǎng)格骨架；橫向肋間距0.5 m，豎向肋間距0.3 m，中間間隔∠75 mm×75 mm×6 mm 角鋼作為副豎肋。內(nèi)外壁板之間用∠100 mm×100 mm×10 mm 角鋼橫撐、豎向斜撐加強，與網(wǎng)格骨架焊接成整體。

3.2 鋼圍堰施工準備工作

（1）鋼圍堰加工場地的選擇?？紤]到加工及運輸便利，加工場地選擇在河岸邊陸地上，場地平面尺寸為100 m×30 m，場地與施工便道相通?？紤]到加工質(zhì)量需求，加工場地用20 cm 砼硬化，在加工場地上設(shè)焊接加工工作平臺，加工工作平臺用90 mm角鋼做骨架，角鋼距離為50 cm，角鋼頂面標高保持一致，上面鋪設(shè)厚度6 mm 鋼板。加工工作平臺要求牢固、表面平整，表面平整度控制在5 mm 以內(nèi)[1-2]。

（2）鋼圍堰的加工次序。鋼圍堰的加工應(yīng)該按每層分塊在加工工作平臺上進行，每塊鋼圍堰的加工，先按設(shè)計尺寸下料焊接好面板（厚6 mm 鋼板），然后在面板上焊接縱向次梁、隔艙板、水平橫撐，最后在桁架焊接另一側(cè)面板施焊成型[3]。加工好的鋼圍堰作好標記歸類依次轉(zhuǎn)運、堆放，待拼裝時再利用平板車或運輸船轉(zhuǎn)運到拼裝現(xiàn)場，依次逐塊拼裝[4]。

（3）鋼圍堰堆放和保護。構(gòu)件堆放場地應(yīng)平整堅實、干燥，并有排水措施。構(gòu)件吊放和堆放，應(yīng)選擇好吊點和支點，桁架類構(gòu)件的吊點和支點應(yīng)選擇在節(jié)點上，并采取防止扭曲變形損壞措施。構(gòu)件堆放要放平放穩(wěn)，支座處要墊平。多層水平堆放構(gòu)件，構(gòu)件之間應(yīng)用墊木隔開，各層墊木應(yīng)使其在同一垂線上，以保證堆放時不發(fā)生變形。構(gòu)件在吊運、堆放過程中，不能隨意在構(gòu)件上開孔或切斷任何桿件，避免遭受沖擊。重心高的構(gòu)件立放應(yīng)設(shè)置臨時支撐，或緊靠立柱綁扎牢固，避免傾倒損壞。同一工程的構(gòu)件應(yīng)分類堆放在同一地區(qū)，方便構(gòu)件的管理和發(fā)運[5]。

3.3 鋼圍堰下沉及封底

（1）鋼圍堰下沉。鋼圍堰的起吊下沉利用已澆注并達到強度后的鉆孔樁作支撐，埋設(shè)Φ1000 mm、δ=8 mm 鋼管立柱6 根，每相鄰2 個立柱上部安裝4 根I50a 工字鋼橫梁，橫梁懸臂端對稱安裝1 臺200 t 千斤頂，設(shè)吊帶4 根（Φ36 mm 精扎螺紋鋼），橫梁中部設(shè)吊帶2 根（Φ36 mm 精扎螺紋鋼），固定在鉆孔樁鋼護筒上，以平衡橫梁懸臂端受力所產(chǎn)生的擾度。鋼圍堰起吊和下沉利用千斤頂工作和調(diào)節(jié)吊帶螺栓來實現(xiàn)。鋼圍堰下沉至水中時，采用壁倉內(nèi)灌水下沉，應(yīng)確保圍堰內(nèi)四邊水頭高度一致，以避免套箱失去平衡。當雙壁鋼圍堰底部刃腳距河床面0.5 m 時，停止注水下沉，測量堰頂標高、平面位置進行糾偏。當位置準確時，可繼續(xù)注水著床，采用吸泥機吸泥下沉。吸泥機作業(yè)應(yīng)確保圍堰四邊勻速下沉，接近設(shè)計標高時，停止下沉，對鋼圍堰位置進行全面測量、調(diào)整，直至鋼圍堰處于設(shè)計位置。

（2）水下混凝土封底。4#墩鋼圍堰刃腳下沉到設(shè)計標高-10.7 m即停止鋼圍堰的下沉，此時調(diào)整鋼圍堰的平面位置及垂直度，保證平面誤差為±20 cm，保證承臺平面位置在鋼圍堰平面范圍內(nèi)。鋼圍堰下沉到位后，派潛水員進行水下檢查，并用鋼絲刷、高壓水槍等對封底范圍內(nèi)的鋼護筒周邊、鋼圍堰內(nèi)壁板和刃腳進行清洗，除掉粘附在上面的泥土等雜物，以保證封底混凝土與鋼護筒及鋼圍堰壁板的良好接觸，滿足握裹力的要求，同時避免抽水后，封底與鋼護筒、鋼圍堰之間形成孔洞漏水。封底前潛水員逐一對鋼圍堰四周進行檢查，確保刃腳露出河床面以及刃腳外側(cè)四周封堵密實。若刃腳外側(cè)不密實擬采取長臂挖機挖土填實或拋填砂帶壓實。另外，一般封底混凝土數(shù)量較大，為保證封底成功，封底混凝土必須保證一次性澆注完成。因此需要對施工人員、機械、設(shè)備以及混凝土等材料供應(yīng)做詳細的組織安排，做好輪班準備措施，保證足夠的混凝土材料供應(yīng)，同時保證混凝土有良好的和易性、穩(wěn)定性和初終凝時間。

3.4 鋼圍堰觀測及防護

鋼圍堰沉放過程中，采用測繩或?qū)Ｓ脺y深儀對圍堰四周河床標高進行測量，布置不少于10 個測點，每天早晚各測一次，并做好觀測記錄，如果沖刷較明顯，對沖刷的部位采取拋砂袋或碎石的辦法對圍堰進行防護。鋼圍堰著床后，若出現(xiàn)局部（如圍堰上游段）嚴重沖刷，即圍堰大部分區(qū)域已著床，局部區(qū)域可能處于嚴重懸空狀態(tài)，這時將預(yù)先準備好的砂袋對沖刷區(qū)域及時進行拋填。拋填過程中，對拋填厚度及拋填面積進行測量，使防護區(qū)域面積大于沖刷區(qū)域面積，拋填后標高略大于周圍未沖刷泥面標高，并對局部拋填厚度不足的位置進行補拋。在鋼圍堰后續(xù)沉放施工過程中，由于繞流的影響，可能會出現(xiàn)鋼圍堰上游側(cè)以及江側(cè)、岸側(cè)出現(xiàn)嚴重沖刷，此時將先準備好的砂袋或碎石對鋼圍堰四周進行拋填，確保圍堰在沉放過程以及后續(xù)使用期間的安全。在圍堰封底砼完成以前，在圍堰頂面設(shè)立標高觀測點，對圍堰的沉降進行觀測。

3.5 鋼圍堰拆除

基礎(chǔ)、墩身完工后，向圍堰內(nèi)注水，使圍堰內(nèi)外水位相同，然后采用水下切割方法對雙壁鋼圍堰進行切割分解，切割后利用履帶吊將割除部分吊起，運送至指定場地堆放保存。

4 實施效果

施工過程中通過導(dǎo)向架及全站儀輔助定位，樁位偏差100%滿足≤1/3D 要求，樁頂標高100%滿足≤±50 mm 要求，電焊接樁焊縫相關(guān)端部錯口、咬邊深度、加強層尺寸等采用鋼尺及焊縫檢查儀檢查，滿足質(zhì)量要求。而且經(jīng)過檢測，鋼圍堰的最大沉降位移也滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)束語

通過在某橋梁工程水中墩采用雙壁鋼圍堰施工技術(shù)應(yīng)用，安全優(yōu)質(zhì)地完成了此橋水中墩的施工任務(wù)，施工期間臨時占用河道較小、施工安全可控且施工效率較高。實踐證明，該圍堰設(shè)計、加工制作、下沉、封底及拆除的施工方法是切實可行的，為類似橋梁水中墩施工提供了參考。