關于雙壁鋼圍堰施工技術的研究

王軍

(中鐵十五局集團有限公司,河南洛陽 471013)

關于雙壁鋼圍堰施工技術的研究

王軍

(中鐵十五局集團有限公司,河南洛陽 471013)

隨著我國經濟的發展,目前處于深水大跨徑橋梁建設的高速時期,在深水施工中設計了一種雙壁鋼圍堰結構,在橋梁基礎施工中起到防水作用,不參與主體結構的受力,且水流阻力小,利于通航,安全、經濟、實用。

橋梁基礎 施工 雙壁鋼圍堰結構

1 工程概況

芒稻河特大橋起訖里程為K8+285.460～K9+558.860,全長1273.40m,芒稻河特大橋橋位處河口寬514m,常水位2.04m,300年一遇洪水流量為2296立方米/s,行洪時橋前最大壅水高度為0.0126～0.0199m。根據所了解的水文資料,芒稻河最大潮差約6.28m,潮水為不規則半日潮,每日兩次漲落。每月初三與十八前后為最大漲潮期,多年平均高潮位為4.93,多年平均低潮位0.20。芒稻河處地質層以淤泥與細砂層為主。在主橋18#、19#墩深水施工中采用方形雙壁鋼圍堰施工技術保證了工程的圓滿完成,下文藉此進行相關技術分析、研究。

2 方形雙壁鋼圍堰施工技術特點

雙壁鋼圍堰平面為方形,占用空間小,施工方便,不影響防撞墩的施工,適合對設有防撞墩的深水基礎施工使用;由于方形雙壁鋼圍堰占用空間小,泄洪阻水面積較小,為泄洪要求高的河道所采用。鋼圍堰既可作為承臺施工的隔水措施,同時又作為承臺施工的外模;鋼圍堰加工焊縫質量要求高,須經水密試驗確保不漏水;雙頂起落架法起頂下放鋼圍堰,便于操作,確保定位精度,保證圍堰內壁滿足承臺內模要求。單導管埋管式水下封底工藝投入少,工序少,便于施工銜接,且進度快、質量、安全效果好。

3 適用范圍

鋼圍堰適用于公路、鐵路深水基礎的施工,特別是采用鋼護筒定位的鉆孔灌注樁基礎,可在鋼鋼圍堰下沉過程中利用鋼護筒作為鋼圍堰的定位、導向和固定設施適用。

4 工藝原理

鋼圍堰在岸上加工場地加工分節分塊制作、水上舟運至現場,同時利用50T千斤頂和Φ36精軋螺紋鋼起頂底節圍堰的方法進行圍堰拼裝,然后利用水上浮吊進行接高拼裝;開挖下沉根據河床地質情況,砂礫層采用渣漿泵、空壓機抽吸,粘土層采用抓斗抓等方法施工。下沉到位后及時灌注封底混凝土。抽干圍堰水后,然后進行一系列的后續施工。承臺施工時,封底混凝土作為承臺底模,鋼鋼圍堰的內壁板可作為承臺的側模。

5 工藝流程及操作要點

5.1 工藝流程

鋼圍堰在岸上分節分塊制作→焊縫檢查驗收→拆除外側鉆孔平臺→搭設底節鋼圍堰拼裝平臺→雙頂起落架裝置安裝→底節鋼圍堰運輸、拼裝→焊縫檢查驗收→鋼圍堰底節利用自重下沉→糾偏、定位控制→鋼圍堰邊接高、邊灌水、灌注隔倉混凝土、吸泥下沉,直到全部接完2-4節,下沉到位→水下清渣至設計標高→澆筑封底混凝土→鋼圍堰內抽水→割除鉆孔樁鋼護筒→破除樁頭→封底混凝土找平→承臺施工。

5.2 操作要點

(1)鉆孔樁平臺的拆除;鉆孔灌注樁施工完畢、鋼圍堰安裝之前,拆除鋼圍堰下沉位置處的鉆孔樁平臺及外圍的鋼管樁、剪刀撐。鋼鋼圍堰外側的兩排鋼管樁予以保留和補充,可做雙頂起落架平臺管樁。

(2)鋼圍堰加工;根據現場場地的情況,選擇鋼圍堰的合適加工地點(工廠或現場臨時加工廠),為了方便運輸,加工時鋼圍堰的分塊不宜過大,一般寬度在5米以下,長度在6.0米以下,重量在15噸以下(現場加工時可根據現場運輸條件調整)。施工順序遵循先內、外側單獨焊好,再連接起來,以提高作業面,提供工作效率。

(3)拼裝平臺搭設;打設17根Φ630mm鋼管樁(中間插打一根管樁并在上面鋪設一塊鋼板作為測量平臺,兼作圍堰纜繩調整固定支墩),然后利用對應的鋼護筒搭設吊裝平臺,在鋼管樁上設置I36a牛腿,牛腿比現場施工水位高50cm處設置。在牛腿上搭設I36a橫墊梁,為了方便拼裝和焊接鋼圍堰,在拼裝工作平臺承重梁上可鋪放木板搭設焊接作業平臺,可根據現場施工實際情況進行調節。

(4)底節圍堰拼裝及下水;為了防止圍堰側翻,可用倒鏈內外固定在鋼管樁上。在拼裝好后,需全面仔細檢查各焊縫水密試驗。底節鋼圍堰預拼裝完成后鎖定焊接時,同時可進行雙頂起落架平臺的施工。起落架平臺包括下橫梁和底托梁,利用鋼管樁作為承重柱,在鋼管樁上設置單層2I40a作為承重梁,在下橫梁上設置2個50噸千斤頂。在千斤頂上設置2I50底托梁。精軋螺紋鋼下部和鋼圍堰連接,上部和底托梁固定。利用千斤頂對底托梁的頂升和下落調整鋼圍堰的高度。底節鋼圍堰拼裝完成后用提升系統吊住底節鋼圍堰吊點,提升鋼圍堰,觀察一段時間,待穩定后拆除橫墊梁和牛腿,緩慢下沉底節鋼圍堰。

(5)鋼圍堰定位;鋼圍堰對下沉的位置要求精度高,圍堰拼接下沉完成后,測量配合在水中正確定位,臨時把鋼圍堰與護筒固定,沿鋼圍堰內四角靠打4根定位樁,4根樁打設垂直,定位樁與鋼圍堰壁距離5～10cm(鋼圍堰壁距離承臺25cm),利用護筒制作導向,來保證樁的垂直度,管樁打35～40m,以避免內部抽沙而影響管樁的穩定性,并把定位樁與護筒相連。其中內部管支撐隨抽水拔出定位樁后安裝。4根定位樁在圍堰全部吸泥下沉就位后,澆筑封底混凝土前全部拔出。

(6)鋼圍堰接高;在底節頂面定出一個測量基準面并確定中心點,以保證接鋼圍堰的順直,并以此基準面和中心線為準進行結構尺寸的測量控制,然后由平臺上汽車吊和浮吊吊裝上節鋼圍堰單元體拼裝接高。吊裝接高時,要隨拼裝,隨調整,待全部點焊成型后,方可全面焊接。拼接施焊中,先焊水平弦板,后焊內壁,再焊外壁,并按對稱施焊要求進行。

(7)鋼圍堰著床;鋼圍堰接高第一節立即開始均勻灌水下沉,預留一定的干弦高度(1.5m左右),以便接高下一節時的對接施焊作業。然后依次接高第二、三節,當圍堰刃腳尖距河床面50cm左右即停止灌水下沉,通過鋼管樁上設置的限位裝置和倒鏈系統調整,實現圍堰的精確定位,然后開始接高第四節,并開始邊吸泥邊下沉,時刻注意圍堰位置,防治傾斜偏位。圍堰著床前,用全站儀觀測圍堰頂上順橋向的兩個點,調整圍堰的傾斜和偏位,直到兩點的坐標與設計坐標基本相符為止,然后立即啟動8臺抽水機向8個隔倉同時注水,使圍堰迅速下沉。

(8)吸泥下沉;鋼圍堰在覆蓋層中采用向隔倉注水、澆混凝土、圍堰內吸泥的方法使之下沉,用兩臺Φ250mm的吸泥泵或渣漿泵布置在圍堰的中心附近同時對稱吸泥(根據實際吸泥效果情況進行調整,適當時候潛水員配合水下射水沖泥),使鋼圍堰下沉速度的增加逐漸向刃腳方向轉移,吸泥過程中由于吸泥機排水量大,要用4臺水泵向圍堰內補水,并在圍堰內外壁之間連通裝置,以保持圍堰內外水位差,防止內外水頭差過大而引起刃腳翻砂,圍堰下沉過程中隨時用全站儀監控圍堰頂面的4個觀測點,發現偏位,立即采用調整隔倉水、用吸泥機在鋼圍堰的刃腳處不均勻吸泥、隔倉混凝土進行調平等方法糾正。

(9)水下混凝土封底;封底混凝土澆注面積大,且水位較深,為保證質量,采用單導管埋管式水下封底工藝灌注混凝土。混凝土的坍落度控制在20～22cm,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。為排出圍堰內封底混凝土置換出的水量,采用在圍堰側板上部開口或用水泵抽水的方式。方形鋼圍堰封底混凝土按平面尺寸13m×13m和封底混凝土厚度(根據設計施工,封底厚度3m)考慮,只用一根導管多點順序逐點灌注封底,做到投入少,工序簡單,便于銜接,并且確保封底質量,封底后基本不滲漏。單導管法的基本原理是各主要灌點首灌混凝土必須確保入水后瞬間將導管下口周圍埋入混凝土,然后再繼續灌注逐步擴張。由于封底的面積較大,在圍堰內設置有14個測點,灌注過程中隨時用測繩進行測量,以此來掌握混凝土的流動情況,控制導管的埋深,封底砼的頂面標高。灌注后期適當增加混凝土的塌落度,使砼形成比較平坦的頂面,抽水后用沙漿找平至設計標高。

(10)雙壁鋼圍堰的拆除;承臺、墩身完工后,向圍堰內注水,使圍堰內外水位相平,潛水員采用水下切割設備對雙壁鋼圍堰側倉混凝土及河床以上部分進行分解切割,然后汽車吊和浮吊將割除部分吊起,用運輸車運出。

6 結論與建議

雙壁鋼圍堰不僅可作為鉆孔樁基礎的施工輔助手段,也可作為大面積承載的直接基礎,主要對基底落在覆蓋層內的情況,有利于設備的利用、降低成本,便于施工。雙壁鋼圍堰施工是結合橋梁基礎鉆孔樁施工的一種新的深水橋基礎施工方法,為今后的同技術施工具有重要參考作用,產生了很好的社會效益。

王軍(1979—),男,本科,畢業于蘭州交通大學,工程管理專業,現任工程師職稱,主要從事工程管理工作。