庫(kù)區(qū)鋼吊箱圍堰防漏水處理方法研究

胡海明

（中交一公局廈門(mén)工程有限公司，福建 廈門(mén) 361000）

0 引言

目前國(guó)內(nèi)深水承臺(tái)施工以沉井、鋼圍堰或鋼吊箱居多，但沉井與鋼圍堰施工工期長(zhǎng)、工序煩瑣且材料消耗較大，相對(duì)而言鋼吊箱工藝操作簡(jiǎn)單，既可節(jié)約工期，材料也可循環(huán)利用，技術(shù)上比較可行。

鋼吊箱圍堰是臨時(shí)性設(shè)施，主要通過(guò)吊箱側(cè)板和底板封底混凝土進(jìn)行圍水，分別以封底混凝土、吊箱側(cè)板為承臺(tái)施工的底模與側(cè)模，為水中承臺(tái)施工提供干處施工環(huán)境。其優(yōu)點(diǎn)如下：1）節(jié)約材料，易加工且質(zhì)量可控。2）可作為承臺(tái)施工模板，同時(shí)易裝拆。3）承臺(tái)側(cè)板在承臺(tái)施工后還可拆下重復(fù)利用，兼做施工模板。4）下沉工藝簡(jiǎn)單、節(jié)省時(shí)間。5）側(cè)板可在附近場(chǎng)地加工，分塊拉至鉆孔平臺(tái)進(jìn)行拼裝，焊接工程量小，易于拼裝，風(fēng)險(xiǎn)較小。

1 工程概況

北江特大橋橋跨布置為42+4×40+（88+160+88）+6×40，主橋?yàn)椋?8+160+88）m 預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)剛構(gòu)橋。主橋（8#、9#、10#、11#）采用分離式承臺(tái)，引橋采用整體式承臺(tái)。水中承臺(tái)16 座，其中12 座為鋼吊箱圍堰施工，4 座為鋼板樁圍堰施工。

北江特大橋9#～10#主墩鋼吊箱主要由側(cè)板、底板、支撐系統(tǒng)、吊掛及下放導(dǎo)向系統(tǒng)、封底組成（鋼吊箱內(nèi)構(gòu)造如圖1 所示）。側(cè)板采用I32a 豎肋，間距80cm～90cm+[14槽鋼橫肋+8mm 鋼板組成。底板采用2HN500×200 型鋼主龍骨+I12.6 次龍骨間距30mm+5mm 鋼板組成。支撐系統(tǒng)分上、下2 層，采用圍堰+支撐結(jié)構(gòu)。吊掛系統(tǒng)采用在鋼護(hù)筒上安放下放型鋼，利用吊桿連接底板下主龍骨。下放導(dǎo)向系統(tǒng)利用鋼護(hù)筒上焊接的型鋼結(jié)構(gòu)控制下放時(shí)平面及豎向。

封底混凝土標(biāo)號(hào)為C30，分2 次澆筑（1.2m+0.6m）。第一次水下封堵1.2m 厚，待達(dá)到強(qiáng)度后抽水并進(jìn)行第二次封底（干封）0.6m 厚，干封前在每個(gè)護(hù)筒上焊6 個(gè)型鋼剪力鍵（HN400）。

鋼吊箱底板安裝完成后，在底板中標(biāo)出吊箱壁板的位置線及側(cè)板各單元塊的分塊對(duì)接點(diǎn)位置，側(cè)板與底板通過(guò)φ25mm 圓鋼鎖住，底板外側(cè)設(shè)置限位。鋼吊箱圍堰施工流程如圖2 所示。

圖2 鋼吊箱圍堰施工流程

2 鋼吊箱漏水經(jīng)過(guò)

北江特大橋主墩右幅9#墩承臺(tái)為第一個(gè)采用單壁鋼吊箱圍堰施工的水中承臺(tái)，二次封底混凝土于2019 年12月25 日完成澆筑，并于3 天后進(jìn)行了吊掛系統(tǒng)的拆除及鋼護(hù)筒的割除，因春節(jié)放假及疫情情況，未及時(shí)進(jìn)行下步工序的施工。節(jié)后復(fù)工時(shí)，采用37kW 及15kW 的潛水泵進(jìn)行承臺(tái)施工前的抽水處理。經(jīng)6 小時(shí)抽水，在水位降至混凝土面往上50cm 處停止抽水，發(fā)現(xiàn)水位下降緩慢，首次抽水發(fā)現(xiàn)封底混凝土與壁板結(jié)合處出現(xiàn)5mm～15mm 的裂縫并有冒水現(xiàn)象，部分側(cè)壁模板接縫處也有漏水現(xiàn)象且隨著出現(xiàn)四周側(cè)壁板下沉現(xiàn)象。

3 漏水原因分析

3.1 內(nèi)外水壓不平衡

春節(jié)假期期間北江江水泄洪，鋼吊箱圍堰內(nèi)雖有連通器，但江水水位下降速度比連通器出水快。同時(shí)在壁板安裝過(guò)程中，部分螺栓未鎖緊，使圍堰內(nèi)部水位比外部水位高，壁板外擴(kuò)，導(dǎo)致封底混凝土與壁板出現(xiàn)縫隙。

3.2 封底混凝土施工

封底混凝土問(wèn)題包括第一次封底混凝土剪球次數(shù)多及布料不到位，第二次干封時(shí)漏水未處理好，有積水，混凝土布料不均造成干封混凝土部分位置出現(xiàn)離析?；炷廖刺砑游⑴蛎泟┣夜ば蜚暯拥却龝r(shí)間過(guò)長(zhǎng)，造成封底混凝土出現(xiàn)收縮徐變，壁板與封底位置出現(xiàn)裂縫。

3.3 吊掛系統(tǒng)拆除問(wèn)題

吊掛系統(tǒng)拆除后未及時(shí)進(jìn)行下道工序的施工且假期時(shí)江上水浪大，水流沖擊及浪花的拍擊使壁板出現(xiàn)晃動(dòng)，封底混凝土與壁板接觸面間的摩擦力減少導(dǎo)致結(jié)合部漏水。

3.4 精軋螺紋鋼問(wèn)題

精軋螺紋鋼套管內(nèi)泡沫膠未封填完全，導(dǎo)致發(fā)生微量水溢出。

4 漏水處理措施

針對(duì)漏水原因，經(jīng)過(guò)多方討論，選用設(shè)置了排水系統(tǒng)、堵水系統(tǒng)、封水系統(tǒng)、防水系統(tǒng)等防漏水系統(tǒng)的“堵+引+防”的方案對(duì)漏水問(wèn)題進(jìn)行綜合處理。

4.1 排水系統(tǒng)設(shè)置

為確保承臺(tái)施工的順利進(jìn)行，應(yīng)先在承臺(tái)內(nèi)設(shè)置一套排水系統(tǒng)對(duì)鋼吊箱圍堰內(nèi)的水進(jìn)行抽排，保證箱內(nèi)無(wú)積水，同時(shí)還要嚴(yán)格對(duì)承臺(tái)幾何尺寸進(jìn)行檢查，確保尺寸滿足設(shè)計(jì)要求后[1]，才能進(jìn)行承臺(tái)混凝土澆筑。該排水系統(tǒng)主要以鋼吊箱漏水位置在四周壁板與封底混凝土結(jié)合處且壁板周?chē)鷰缀纬叽绱笥诔信_(tái)周邊幾何尺寸為原則進(jìn)行設(shè)置。首先在鋼吊箱四周側(cè)壁內(nèi)縮20cm 的位置安裝[20 的槽鋼，將其作為墊層澆筑的模板，并通過(guò)設(shè)置鋼釘使模板固定。然后再進(jìn)行C30 混凝土的澆筑。混凝土澆筑前，應(yīng)提前在鋼吊箱4 個(gè)角混凝土密實(shí)處各預(yù)留尺寸為50cm×50cm×50cm 立方的匯水坑（第二次封底混凝土應(yīng)在相同位置處預(yù)留30cm×50cm×50cm的匯水坑）。在混凝土墊層滿足一定強(qiáng)度后，拆除墊層槽鋼模板，在周邊形成一道20cm寬、20cm 深的引水槽，保證周邊水匯流至匯水坑。根據(jù)承臺(tái)封底混凝土漏水的大小，選擇匯水坑的設(shè)置數(shù)量。同時(shí)將鋼吊箱底部冒水處用風(fēng)鎬鑿出松散混凝土并在該處鑿出10cm×10cm×10cm 水槽引流至匯水坑[1]，采用37kW 及15kW 抽水泵抽排，保證承臺(tái)作業(yè)面無(wú)積水（抽水泵的設(shè)置必須滿足冒水量）。采用離心泵主要原因是在保證承臺(tái)幾何尺寸的同時(shí)，離心泵能再利用，可節(jié)約成本[1]。

4.2 堵水系統(tǒng)設(shè)置

圍堰側(cè)壁模板接縫處及精軋螺紋鋼處漏水需要采用堵的方式進(jìn)行處理[1]。

當(dāng)圍堰壁板接縫處出現(xiàn)微量漏水時(shí)，利用水泥漿包裹的土工布進(jìn)行塞堵；當(dāng)出現(xiàn)大的縫隙，漏水量較大時(shí)，采用膨脹型止水膠條進(jìn)行止水，然后在外側(cè)用用螺栓鎖住鋼板，進(jìn)而達(dá)到堵水、阻隔滲漏水源的目的。膨脹型止水膠條施工時(shí)要注意清除表面，縫面盡量無(wú)水、干凈、無(wú)雜物，在垂直接縫處可加用黏結(jié)劑全長(zhǎng)黏貼，或可使用型鋼固定膨脹止水膠條（安裝粘貼過(guò)程中應(yīng)防止膠條受污染和受水的作用膨脹，以免影響使用效果）。膨脹型止水膠條性能優(yōu)勢(shì)如下：1）具有較強(qiáng)的平衡自愈功能，可自行封堵因沉降而出現(xiàn)的新的微小裂隙[2]。2）防水、抗?jié)B效果更優(yōu)且施工簡(jiǎn)便易行，省工省時(shí)[2]。3）主體材料抗腐蝕、耐老化。

當(dāng)精軋螺紋鋼處有微量水溢出時(shí)，清理套管內(nèi)部分泡沫膠后，重新進(jìn)行封填至套管處完全被包裹，達(dá)到止水效果。

4.3 封水系統(tǒng)設(shè)置

當(dāng)積水處理及壁板拼縫堵水完畢后，需要對(duì)引水槽進(jìn)行覆蓋處理。采用35cm 長(zhǎng)的φ16mm 鋼筋在引水槽上方以每30cm 為間隔進(jìn)行布置。鋼筋一端與壁板焊接，另一端架在20cm 厚的混凝土墊層上。然后再將20cm 寬的竹膠板進(jìn)行滿鋪，在竹膠板上方焊接鋼筋，與下方鋼筋形成交錯(cuò)布置，使竹膠板能穩(wěn)定固定在引水槽上方。

模板及鋼筋強(qiáng)度、剛度驗(yàn)算如下。

4.3.1 荷載分析

新澆筑混凝土自重q1=26×0.2=5.2kN/m2；施工人員及施工設(shè)備荷載q2=2.5kN/m2；振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載q3=2.0kN/m2；傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載q4=2.0kN/m2。

4.3.2 竹膠板計(jì)算

查《混凝土模板用竹膠合板》（LY/T1574—2000），B膠合板50 型濕狀態(tài)下各類主要指標(biāo)[3]包括縱向抗彎強(qiáng)度[σ]=40MPa，彈性模量E=8×103MPa，密度ρ=0.85g/cm3（取1m 計(jì)算，公式中b、h為竹膠板寬度及厚度）。竹膠板截面慣性矩I=b·h3/12=100×1.53/12=28.125cm4；竹膠板截面抵抗矩W=b·h2/6=100×1.52/6=37.5cm3；竹膠板截面積A=b·h2=100×1.5=150cm2。

底模竹膠板下方設(shè)置φ16mm 鋼筋，鋼筋間距30cm，底模受力驗(yàn)算如公式（1）（取板寬b=1m）。

式中：q1、q2、q3、q4為4.3.1 節(jié)的荷載分析計(jì)算值。

按簡(jiǎn)支梁進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，如公式（2）、公式（3）所示。

滿足要求。

式中：q為底模受力；l為鋼筋間距；M為最大受力；W為截面抵抗矩。

剛度計(jì)算如公式（4）所示。

式中：q1為新澆筑混凝土自重；b為竹膠板寬。

根據(jù)《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》，有公式（5）。

滿足要求。

式中：q、l、E、I分別為竹膠板的剛度、鋼筋間距、彈性模量、竹膠板截面慣性矩。

由上可知，竹膠板受力狀態(tài)滿足要求。

4.4 防水系統(tǒng)設(shè)置

鋼吊箱圍堰內(nèi)部采用φ20mm 鋼筋作為內(nèi)拉桿，內(nèi)拉桿橫豎向各設(shè)4 根，長(zhǎng)度分別為14.3m 和8.3m。將內(nèi)拉桿穿過(guò)圍堰壁板，并穿過(guò)外部圈梁后與圈梁焊接牢固，以提高鋼吊箱抵抗變形的能力，進(jìn)而保證當(dāng)圍堰內(nèi)部水頭壓力大于外部水頭壓力時(shí)，圍堰壁板不會(huì)因此發(fā)生側(cè)向位移而出現(xiàn)漏水的情況（如圖3 所示）。

圖3 防水組合平面圖

5 后續(xù)改進(jìn)措施

雖然本次鋼吊箱漏水處理取得了成功，但仍可通過(guò)工序施工質(zhì)量的控制及優(yōu)化，最大限度地減少可能出現(xiàn)的問(wèn)題，因此該文對(duì)后續(xù)鋼吊箱圍堰施工特提出以下建議：1）封底混凝土拌合時(shí)加入微膨脹劑，以減少混凝土在后期過(guò)程中的收縮與徐變。2）封底混凝土澆筑時(shí)盡量少剪球，增加混凝土澆筑時(shí)的流動(dòng)性（或者采用多導(dǎo)管法）。3）工序銜接要及時(shí)，鋼吊箱施工完后及時(shí)進(jìn)行樁頭破除及承臺(tái)施工，減少施工等待時(shí)間。4）干封時(shí)布置鋼筋網(wǎng)片，使其與壁板連接，或四周用工字鋼焊接壁板與第一次封底混凝土互連，也可在封底混凝土段提前安裝對(duì)拉桿。

6 結(jié)語(yǔ)

該文主要以北江特大橋主墩右幅9#墩鋼吊箱圍堰漏水問(wèn)題的處理，分析驗(yàn)證了設(shè)置有排水系統(tǒng)、堵水系統(tǒng)、封水系統(tǒng)、防水系統(tǒng)等的“堵+引+防”方案對(duì)漏水問(wèn)題的處理措施的有效性，也為今后類似情況的處理提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。