南疆港區特大橋雙壁鋼圍堰施工技術

趙方剛

中鐵十四局集團第五工程公司，山東 兗州 272017

南疆港區特大橋雙壁鋼圍堰施工技術

趙方剛

中鐵十四局集團第五工程公司，山東 兗州 272017

天津港南疆港區神華煤炭碼頭進港鐵路二標段南疆特大橋部分樁基礎位于水中，承臺采用了雙壁鋼圍堰施工。結合工程實際情況，對雙壁鋼圍堰設計進行了檢算，對施工工藝和方法進行了總結，并制定了切實可行的技術措施，取得了良好的經濟效果。

橋梁；樁基礎；雙壁鋼圍堰；承臺；施工

1 工程概況

天津港南疆港區神華煤炭碼頭進港鐵路二標段南疆特大橋長1702.17m，橋跨布置為:2孔32m預應力混凝土鐵路簡支梁+（48+3×64+48）m連續鋼桁梁+41孔32m預應力混凝土鐵路簡支梁。橋梁墩臺結構形式為φ1.25m鉆孔樁基礎，低樁承臺，圓端型橋墩，T型橋臺。65#和66#墩承臺采用雙壁鋼圍堰施工。

2 雙壁鋼圍堰結構設計檢算

2.1 雙壁鋼圍堰設計概述

承臺底高程11.12m，按封底混凝土厚2.0m、水面高程2.5m、圍堰頂超過施工水位1m考慮，鋼圍堰高度應達到16.62m，取17m。河槽主墩采用雙壁鋼圍堰施工承臺是安全的。

圍堰擬采取圓形截面結構形式，承臺平面設計尺寸為16.3m×12.5m，經計算，其外接圓直徑為20.54m，考慮每邊20cm施工余量，其圍堰內徑初步設計取為21.0m，外徑取23.0m，雙壁間距取1.2m，雙壁間用角鋼、斜撐組成桁架聯結。內外壁板厚取8mm；水平加勁肋為150×10mm+50×10mm不等邊角鋼，間距1.2m，豎向肋為75×75×8mm角鋼，間距0.4m，斜桿為56×56×8mm角鋼，間距1m。分4節制造，徑向分為8個單元，隔艙板厚4mm，艙間、節間采用角鋼橡膠止水帶螺栓連接。為便于鋼圍堰下沉時切入覆蓋層，在其底部設1m高的三角形刃腳。其結構構造見圖1。

2.2 雙壁鋼圍堰設計檢算

2.1.1 圍堰下水階段

鋼圍堰壁內為空，圍堰下水后，利用其自身浮力懸浮在水面上，壁內外水面差h為1.78m。

計算時將豎向肋看作簡支梁結構，計算得簡支梁最大彎矩Mmax＝1.23KN·m，跨中處應力σ=M/WX=179MPa＜[σ]=215 MPa。滿足要求。龍骨應力水平基本上在10 MPa左右，遠小于鋼材的容許應力。

2.2.2 承臺施工階段

⑴封底砼厚度檢算

封底砼與鋼圍堰一起，共同抵抗水的抗浮作用，參與抵抗水浮力因素有:鋼圍堰、鋼圍堰壁中砼、素砼及封底砼的總重力；護筒上豎向焊接的鋼板對混凝土的反力；黏土與鋼圍堰的摩阻力。將上以因素共同考慮，驗算圍堰抗浮穩定性如下:

式中:F鋼板—護筒上豎向焊接的鋼板對混凝土的反力；

G—鋼圍堰G1、鋼圍堰壁中砼G2、封底砼G3的總重力（kN）；

F—總的上浮力，即地下水位以下的鋼圍堰、封底的總排水量；

f摩阻力—粘土與鋼圍堰的摩阻力。

通過計算得K=1.39>1.25（安全）。

圖1 雙壁鋼圍堰結構構造圖

（2） 封底混凝土強度驗算

封底砼在水浮力作用下，承受向上的均布荷載，進行驗算如下:

式中:l—基坑底小邊尺寸，根據實際情況，本例取最大樁中心距（m）；

q—封底底面靜水壓力（kPa）；

W—封底混凝土每1m寬截面的抗彎模量（m3）；

h—封底層頂面處高頭（m）；

d—假定的封底混凝土最小厚度（m）；

γw—水的重度（kN/m3）；

γc—混凝土的重度（kN/m3）；

[f]—封底混凝土容許抗彎曲強度，采用C20混凝土，考慮荷載作用時間較短，可分別取1200 kPa～1500kPa。

通過計算得:f=983.1 k P a＜[f]=1200kPa。安全。

在其它工況下，圍堰本身及混凝土都處于較低的應力水平，不再贅述。

3 雙壁鋼圍堰施工

雙壁鋼圍堰施工工藝流程為:鋼圍堰加工→鋼圍堰運輸→鋼圍堰拼裝→雙組龍門吊起吊→鋼圍堰下沉→封底混凝土施工→抽水堵漏→割除鋼護筒→承臺、墩臺施工。

3.1 雙壁鋼圍堰的分節拼裝

將加工好的基本構件在加工廠先進行試拼，符合設計要求后，按拼裝順序將各種構件編號標識，在現場分節拼裝。在纜索吊下平整場地，在地面上先放樣畫線，然后從一側開始，先拼好刃腳，再由兩側組拼，最后合龍，見圖2。刃腳拼好后，依次往上接拼。并注意刃腳內側要設置牢固的支撐架，以保持刃腳頂面水平。第一層圍堰拼完后進行校正，以確保結構幾何尺寸和水平面正確。壁板間用螺栓連接好，連接縫均用10mm的橡膠止水帶嵌縫。拼完后再加支撐。

圖2 雙壁鋼圍堰的分節拼裝

圖3 雙壁鋼圍堰成型

圖4 水下混凝土封底

3.2 雙壁鋼圍堰的吊裝與下沉就位

按雙組龍門吊的起重能力50t考慮，雙壁鋼圍堰按6m、6m、5m分節整節吊裝，見圖2、圖3。第一節圍堰落河床后，繼續接高并在圍堰內灌水，增加圍堰重量，圍堰內以吸泥為主，使圍堰迅速下沉，直至圍堰刃腳到達設計高程。吸泥管采用φ250mm無縫鋼管制作而成，每套吸泥機配置1套空壓站，每套空壓站配置2臺20m3內燃空壓機及一只儲氣罐，以保證達到吸泥所需的最小風壓及風量。在吸泥下沉過程中，配合高壓射水下沉。

在吸泥下沉過程中，定時測量水位、流速、水下地形及墩位處沖淤變化和圍堰的移動，作好原始記錄，以便精確定位及提供下沉著床的有關技術參數。圍堰吸泥下沉時根據圍堰位移和傾斜情況調整吸泥位置，以保證圍堰在允許范圍內下沉。要經常觀察圍堰內、外水頭差，注意隨時補水，避免大的翻砂。

為加強圍堰鋼殼強度、增加圍堰自重，圍堰內按設計要求填充一定數量的混凝土，混凝土灌注應按預先編制的程序和時間進行。

為保證圍堰的準確均勻下沉，吸泥的第一步工作就是將圍堰頂面找平，從鋼圍堰中心開始吸泥，逐漸向四周擴散，使中間形成鍋底形狀，直至刃腳。及時調整吸泥機的吸泥部位，每個部位的吸泥量不能過大，使鋼圍堰均勻下沉。

開始吸泥后測量隊定時檢查鋼圍堰位置，以便及時調整圍堰偏位。當鋼圍堰已全部著床且頂面水平、中心位置偏差符合要求，但鋼圍堰停止下沉時，可在鋼圍堰頂面壓重以克服圍堰下沉摩阻力。在下沉過程中，發現障礙物時，立即停止吸泥下沉，潛水進行詳細勘察，摸清情況，分析原因，采取措施及時處理。

在吸泥下沉過程中，定時測量水位、流速、水下地形及墩位處沖淤變化和圍堰的移動，作好原始記錄，以便精確定位及提供下沉著床的有關技術參數。

3.3 雙壁鋼圍堰質量控制

制造鋼圍堰的鋼料、焊條、焊絲、焊劑等主要材料應符合設計和現行標準的要求并附有出廠合格證，必要時應作力學、化學及可焊性試驗。

對焊縫的檢查應滿足規范的要求，焊縫尺寸除滿足設計強度要求外，還應在焊縫處涂煤油作水密檢查，若煤油滲到反面，則應將該處焊縫鏟除，重新按規定施焊，焊后仍需作水密試驗，合格后方可使用。

拼裝好的鋼圍堰外形尺寸應與設計相符，每節直徑允許誤差:頂面±20mm，底面－20mm，壁箱寬度允許誤差:±1mm。

圍堰下沉至設計高程后其位置的允許偏差:傾斜度不大于1%，底面和頂面中心在橋墩縱、橫向的偏差不得大于H/100+0.25m（式中H為圍堰高度）。

3.4 水下混凝土封底

封底混凝土澆筑面積凈340.2平方米，且水較深，為保證質量，采用在圍堰頂部設混凝土總槽，儲存一定量的首批混凝土，并設多方向的溜槽，多點均勻布設水封導管，泵送混凝土連續、多點、由下游向上游快速澆注，見圖4。首次混凝土的坍落度控制為18cm～20cm，以后坍落度控制為20cm～22cm，拌合站集中供料，產量為60m3/h，確保了混凝土的質量和供應。強度按設計提高2個等級配置，并摻加粉煤灰和高效緩凝劑，以提高混凝土的流動性、延長混凝土的初凝時間。為保證封底混凝土與鋼護筒壁間的粘結力，在水封前，用特制的鋼絲刷將封底混凝土范圍的鋼護筒外壁表面附著物清除干凈。

經試驗證明，澆注水下混凝土時，導管口離底板20cm～30cm，混凝土的擴散半徑約為3.5m，圓錐體率約為1/5～1/10，確保了封底混凝土的連續均勻上頂。

3.5 割鋼護筒、鑿樁頭

封底完畢，混凝土達到設計要求強度后，先抽干堰內積水，并注意邊抽水邊加內支撐，后即可割除鋼護筒，鑿除樁頭。樁頭鑿除是一項耗時多的工序，為盡量減少這一工序時間，擬采取措施為:控制混凝土灌注標高，按規范規定樁頂標高超高0.8m，當樁灌注完畢后，及時將超高0.8m位置以上的多余部分混凝土清除；優化鑿除工藝。按常規的采用風鎬人工鑿除，勞動強度大、工效低，采用靜態松動爆破法，人工打眼工作量增加，工效也不高，本次采用了公路路面混凝土破除機鑿除樁頭新工藝等措施，施工進度大大加快。

3.6 承臺施工

承臺平面尺寸大，鋼筋較粗，數量大，帶肋主筋接頭的連接，當直徑小于25mm時，采用電弧焊接；直徑大于25mm時，采用冷擠壓套筒連接，且接頭位置按設計要求錯開。鋼筋在岸上加工車間制作，嚴格按照施工規范和圖紙要求檢驗材質及加工，現場綁扎，嚴禁漏綁。特別注意預埋鋼筋的位置及加固，防止澆注混凝土時跑位。底部設置的鋼筋網，在越過樁頂處不得截斷。在鋼筋與模板之間設置混凝土墊塊，墊塊與鋼筋扎緊，并相互錯開，并根據圖紙預埋橋墩鋼筋等。

混凝土嚴格按照試驗并經監理工程師批準的配合比準確計量，集中拌合，用輸送泵輸送，用串筒送混凝土至灌部位。為確保施工質量，采用斜向水平推進法施工。混凝土自由下落高度不超過2m，保持水平分層，且分層厚度不超過30cm。采用插入式振搗棒振搗，插入下層混凝土8cm左右，插入間隔小于其1.5倍作用半徑，不得漏搗和重搗。每一層邊振動邊逐漸提高振動棒，避免碰撞模板。澆注過程中，設專人負責檢查圍堰、鋼筋和墩柱預埋鋼筋的穩定情況，發現問題，立即處理。

4 結語

采用雙壁鋼圍堰進行水中承臺施工，能夠有效提高施工的速度，保證了施工的安全順利進行。在水中承臺施工中，由于采取的施工技術措施得力，施工中未出現意外情況，產生了良好的經濟效益。

[1]陳偉.鐵路橋涵工程雙壁鋼圍堰施工技術應用[J].福建建材,2008,(04)

[2]陳光福.雙壁鋼圍堰的施工技術[J].中國港灣建設,2002,(06)

[3]劉鳳蘭,岳紅波.東江大橋雙壁鋼圍堰設計與施工[J].橋梁建設,2007,(S1)

[4]公路橋涵施工技術規范(JTG TF50-2011).人民交通出版社,2011

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.14.034