工具式圍堰在橋梁墩柱維修中的應用

劉 昂 吳中鑫 朱慈祥

（武漢二航路橋特種工程有限責任公司 武漢 430063）

由于人為、環境等諸多不可控因素，在役橋梁結構尤其是墩柱和承臺承受著巨大的沖擊和遭受著一定的損壞。對此，需進行橋梁墩臺的維修。橋梁墩臺大部分位于水下，需進行隔水施工。隔水施工較多采用圍堰作為圍擋。其中以鋼圍堰應用最為廣泛。

在役橋梁環境因素決定水下加固施工作業無法采用傳統鋼圍堰的分塊及安裝方式進行施工，需對原有鋼圍堰施工方法進行改進，開發出一種符合加固施工作業工程小、分布廣等特點，并可以作為一種工具周轉使用的鋼圍堰［1］。

研究工具式可循環拼裝式雙壁鋼圍堰在大潮差水中墩柱加固工程中的使用方法，可為以后需使用鋼圍堰加固施工的工程起到指導作用。結合某大橋橋墩維修加固工程中采用的可循環拼裝式雙壁鋼圍堰施工方法，總結本次成果的經驗及相關理論和技術，為其他類似工程提供參考。

1 應用工程背景

某橋屬深水大跨橋，全長1 265m。全橋分為5聯，15～18號墩為水中墩，見圖1。下部結構為鋼筋混凝土雙柱橋墩，承臺平面尺寸為6.4m×5.2m，高2m，每個承臺下設4根直徑為1.5 m的鉆孔樁。

圖1 14～18號橋墩位置分布圖

由于橋址地處沿海并受潮汐影響，原橋受船只撞擊及采砂影響較大，需對墩柱進行加厚混凝土施工。另外，橋墩處水深8～1m，需采用干作業施工平臺。根據施工需要，在15～18號墩設置雙壁鋼圍堰作為干施工作業平臺。

2 工具式雙壁鋼圍堰選擇及驗算

根據水文地質資料分析，結合新建橋梁鋼圍堰的設計原則，考慮高潮差低凈空等環境因素，并為滿足承臺加固施工需求，要求鋼圍堰內部尺寸不小于8.0m×9.0m［2］。高度依據每處墩臺水深9.4～13.0m不等。具體每墩高度見表1。

表1 14～15號橋墩鋼圍堰參數表

根據工程現狀，如果重新制作特定的鋼圍堰，在經濟性及工效性上處于劣勢。經分析決定，可選擇我單位研制的工具式可循環利用雙壁鋼圍堰。

目前我單位的工具式雙壁鋼圍堰平面尺寸主要有2種類型，分別是L型鋼圍堰和I型鋼圍堰，見圖2和圖3，其高度尺寸滿足各種規格需要。通過這2種不同分塊相互組合及合理的內撐布置，以滿足不同水深及不同施工條件下的需求［3］。

圖2 L型鋼圍堰（單位：mm）

圖3 I型鋼圍堰（單位：mm）

根據需求擬定鋼圍堰在平面方向分為6塊，分別是四角的L塊和2個長邊的I塊。高度方向分為4.6，3.6，2.4和3.0m（其中，4.6m 節段為入泥段，為一次性使用）。最長的塊長度為6.4 m，最重塊的重量為6.0t。塊與塊、節與節之間采用螺栓連接。根據現場實際情況鋼圍堰擬定組合見表1，平面組合圖見圖4，立面組合圖見圖5。

圖4 鋼圍堰平面布置圖（單位：mm）

圖5 15號承臺處鋼圍堰立面布置圖（單位：高程，m；尺寸，mm）

利用有限元軟件根據既有鋼圍堰規格尺寸進行驗算［4］，合理選擇內撐桿及布置位置確保鋼圍堰使用過程中的安全性，有限元分析結果見圖6。

圖6 鋼圍堰應力云圖

3 工具式鋼圍堰的使用

根據現場邊界條件，選擇相應安裝使用流程。工藝流程為：工具式鋼圍堰選擇→前期準備→吊裝設備安裝→哈弗套下節安裝→導向架安裝→第一節拼裝下沉→其余節段拼裝下沉→封底→哈弗套上節段安裝→抽水施工→鋼圍堰拆除循環利用。

3.1 鋼圍堰安裝的準備工作

鋼圍堰安裝的前期準備工作主要包括：水文及地質狀況測量、運輸船運輸定位等。

工具式鋼圍堰到達現場前，檢驗各構件并進行水密性試驗［5］。

3.2 鋼圍堰吊裝及拆卸系統的設計安裝

鋼圍堰的吊裝通過手拉葫蘆及卷揚機配合使用而實現，吊裝點通過在鋼圍堰正上方箱梁板底處鉆孔植筋實現。

3.3 哈弗套的設計及加工

在封底混凝土與鋼圍堰之間設置Φ158的哈弗套，防止封底混凝土和入泥段鋼圍堰以及其他因素對原橋恒載的影響。

3.4 哈弗套下節段的安裝

利用駁船安裝哈弗套下節段。

3.5 鋼圍堰導向架設計安裝

采用圍堰導向架進行鋼圍堰安裝定位。

導向架按照組件拼接方式進行設計，并考慮到當地1.5m／s的水流力帶來的影響。導向架錨固于承臺上，塊與塊之間采用螺栓連接。圍堰導向架完成后拆除并進行循環作業。圍堰導向架見圖7。

圖7 鋼圍堰導向架平面布置圖（單位：mm）

3.6 鋼圍堰安裝

3.6.1 第一節鋼圍堰吊運、定位、拼裝

采用圍堰吊裝及拆卸系統進行鋼圍堰拼裝。

首節段圍堰通過駁船運至橋墩兩側，駁船拋錨定位，使用圍堰吊裝及拆卸系統進行依次逐塊起吊拼裝。塊與塊、節與節之間采用螺栓連接并用橡膠護墊進行止水處理。

3.6.2 其他節段鋼圍堰吊運、定位、拼裝

依據第一節吊裝、拼裝同樣的方式拼裝其他節段鋼圍堰。

3.6.4 鋼圍堰著泥

鋼圍堰接高完成后，在小潮、低潮、平潮時均勻灌水下沉。

雙壁鋼圍堰著床后，用2臺吸泥機由圍堰中心逐步向刃角處對稱分層吸泥。

圍堰壁內灌注艙內混凝土或沙石壓重，并結合圍堰導向架使圍堰平、穩、正、直地下沉。圍堰一邊下沉一邊調整，確保其始終在準確位置下沉。

3.7 鋼圍堰混凝土封底

封底混凝土施工前，利用袋裝卵石或石塊將圍堰外側開挖坑填平，以防封底混凝土澆注時將圍堰擠壓偏位。

采用垂直導管法灌注水下混凝土，導管布置見圖8。

圖8 鋼圍堰封底混凝土灌注孔分布圖

3.8 哈弗套上節段的安裝

哈弗套上節段的安裝與下節段安裝類似。

3.9 抽水施工

哈弗套上節段安裝完畢后，對鋼圍堰內部抽水，便可進行相關作業。

3.10 鋼圍堰拆除循環利用

工具式可循環利用雙壁鋼圍堰使用完成后，進行拆卸回收循環利用。

根據鋼圍堰的安裝順序逆向進行拆除。拆除原則為從上到下分節拆除吊裝。

拆卸所剩余高強螺栓以及橡膠護墊，選擇完好或還可循環利用的留下進行再次利用，其余予以廢除。

循環使用前需對鋼圍堰壁體進行外觀檢查。對破損狀況進行焊接修補。鋼圍堰下水前需進行水密試驗。對于變形較大的情況進行糾正，如果無法恢復原來狀況，必要時需返廠修補。如無法使用，則進行現場拆解。

4 結論

利用創新性的工具式可拼裝循環利用式鋼圍堰對某橋橋墩加固工程進行施工，在國內較為罕見。其先進性及創新性主要有：

（1）研究可循環利用雙壁鋼圍堰在大潮差水中墩加固工程中的使用方法，可以大大減少施工工期，提高工作效率，降低施工成本。

（2）可循環利用雙壁鋼圍堰符合建設節約型社會的國情，具有經濟性、持久性、節能環保等特點。

（3）可循環利用雙壁鋼圍堰作為一種新型的施工工具，不僅可為在大潮差特定環境中的加固工程提供服務，亦可為所有水中加固工程提供指導，具有廣闊的市場前景。

［1］ 盛海軍，吳中鑫，李士兵，等.雙壁鋼圍堰在大潮差水中墩加固工程中的應用研究［J］.公路，2012（9）：120－126.

［2］ 陳治國.九龍江特大橋深水基礎鋼套箱圍堰施工技術［J］.山西建筑，2012（3）：176－178.

［3］ GB 50017－2003［S］.北京：中國計劃出版社.2003.

［4］ 喻志良.深水基礎鋼圍堰設計［J］.鐵道建筑技術，2011（S）：

［5］ JTJ TF50－2011公路橋涵施工技術規范［S］.北京：人民交通出版社，2011.