洞庭湖鐵路特大橋3#墩大型圓形圍堰封底施工關(guān)鍵技術(shù)

摘 要：洞庭湖鐵路特大橋3#墩圍堰封底施工中，通過大量的工程實踐和現(xiàn)場總結(jié)，利用兩臺吸泥機同時對圍堰內(nèi)進行清基，同時采用鋼凳調(diào)平圍堰，進行精定位，然后采用砂袋對刃角處進行封堵，保證了圍堰的穩(wěn)定性；利用鉆孔平臺做為封底平臺，加快工序的銜接；根據(jù)水下混凝土的流動性，合理布置水封導(dǎo)管，導(dǎo)管底節(jié)采用通長無縫鋼管，解決了導(dǎo)管拆卸困難和水密性的事情；采用地泵和布料機對于圍堰分區(qū)進行封底；現(xiàn)將這些施工過程中的經(jīng)驗進行總結(jié)，供今后類似工程參考。

關(guān)鍵詞：洞庭湖特大橋；大型園形圍堰；封底施工；關(guān)鍵技術(shù)

1 工程概況

洞庭湖特大橋3#墩承臺為圓端形，長44.51m，寬25.5m，高6.5m（頂面標(biāo)高+13.5m，底標(biāo)高+7.0m）。雙壁鋼圍堰為外徑50.5m、內(nèi)徑46.5m的圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，設(shè)計高度為31m，圍堰雙壁艙厚2m，底隔艙高5.726m，設(shè)計圍堰抽水水位為+26m。在標(biāo)高為+19.1m處設(shè)置內(nèi)外連通管，管徑為￠273mm，岳陽側(cè)和君山側(cè)各設(shè)置一根。根據(jù)對承臺施工過程中各種工況的計算，圍堰內(nèi)封底混凝土有效厚度為3.5m，采用水下C30混凝土，分區(qū)一需2017方，分區(qū)二需1846方，分區(qū)三需2001方，分區(qū)四和五的底隔艙各需170方，共需混凝土6204方。圍堰分區(qū)見圖1。

圖1 圍堰封底分區(qū)布置圖

2 3#墩大型圓形圍堰封底施工難點

2.1 圍堰內(nèi)清基和抄墊

對于大型（外徑50.5m）、超重（3300t）圓形雙壁鋼圍堰，由于巖面達到80公分，圍堰內(nèi)的回淤和穩(wěn)定性比較難控制。

針對上述問題，在圍堰內(nèi)利用兩臺大型浮吊進行水下吸泥清基，過程中采用潛水工和水下攝像機配合，克服了回淤和部分地段的塌方困難，反復(fù)清基，確保了圍堰范圍的清基質(zhì)量；在岳陽側(cè)巖面較低處抄墊了14個鋼凳，解決大型圓形圍堰的穩(wěn)定性，確保了圍堰的精定位。

2.2 導(dǎo)管布設(shè)

由于圍堰封底面積大，導(dǎo)管的布置數(shù)量和撥球順序的安排很重要，確保布料機能夠全部覆蓋下料點，且各點的撥球時間能銜接起來。

2.3 封底施工

先封中間兩道底隔艙內(nèi)混凝土達到承臺底標(biāo)高，然后在隔墻下采用慘水泥的砂袋進行封堵，使圍堰成為成三個獨立的封底區(qū)，之后根據(jù)巖面的高程走勢圖，從岳陽向君山側(cè)依次封底，保證圍堰四周的封底質(zhì)量。

3 大型圓形圍堰封底施工工序與關(guān)鍵技術(shù)

3.1 圍堰精定位

圍堰錨碇系統(tǒng)形成以后需要精確調(diào)整圍堰的平面位置、垂直度。圍堰精確調(diào)整主要通過錨碇系統(tǒng)來完成，主要方法如下：

3.1.1 圍堰垂直度調(diào)整

圍堰的雙壁通過封閉和聯(lián)通隔艙板，分為16個互不連通的隔艙，可以通過注水下沉或排水上浮來調(diào)整圍堰整體標(biāo)高，也可通過在不同的隔艙注水或排水來調(diào)整圍堰的相對高差。

3.1.2 圍堰橫橋向位置調(diào)整

圍堰的橫橋向軸線平行于墩軸線，當(dāng)圍堰偏下游時，先同時慢慢放松下游的尾錨，同時收緊主錨將圍堰向上游調(diào)整，調(diào)整至圍堰軸線與墩軸線上下游偏差在15cm以內(nèi)。在調(diào)整時要注意保持各錨繩的受力均勻。

3.1.3 圍堰順橋向位置調(diào)整

圍堰順橋向位置的調(diào)整主要通過圍堰君山側(cè)和岳陽側(cè)錨繩來調(diào)整，如果圍堰偏向君山側(cè)，則放松君山側(cè)的主、尾錨，收緊岳陽側(cè)的錨繩將圍堰向岳陽側(cè)調(diào)整。

3.1.4 圍堰精定位步驟

圍堰錨碇系統(tǒng)形成后，即可利用錨碇系統(tǒng)對圍堰位置進行調(diào)整、定位，圍堰定位時應(yīng)遵循先調(diào)整圍堰頂面標(biāo)高，后調(diào)整平面位置的原則。

第一步：使圍堰垂直度滿足不大于1/50的要求，并測量圍堰的平面位置。

第二步：根據(jù)測量結(jié)果調(diào)整圍堰，使其平面位置偏差小于15cm。

第三步：均勻?qū)ΨQ的收緊主、尾錨，使整個錨碇系統(tǒng)對圍堰施加預(yù)拉。

第四步：測量圍堰的垂直度、平面位置，并根據(jù)測量結(jié)果調(diào)整圍堰位置。

第五布：重復(fù)第四步，直至圍堰達到“雙壁鋼圍堰就位允許偏差”的精度要求。

圍堰精確定位完成后，根據(jù)現(xiàn)場測量，圍堰中心平面偏差偏上游7.3cm，偏小里程10.5cm，在平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)角度0°3′44″。

3.2 鋼護筒下放

鋼護筒加工→水上運輸至3#墩位處→對接鋼護筒（5+11m）→安裝導(dǎo)向架→16m節(jié)鋼護筒下放→與12m節(jié)對接→28m節(jié)鋼護筒下放至巖面→鋼護筒檢查驗收，并潛水員探模→焊接連接系→移動導(dǎo)向架轉(zhuǎn)至下一個鋼護筒下放。

鋼護筒下放由兩臺浮吊（150t、200t）完成，鋼護筒下放在圍堰臨時平臺安裝完成后進行。鋼護筒按順序單根下放，安裝連接系，與圍堰形成整體。

鋼護筒下放前測量組根據(jù)樁的設(shè)計位置放線，進行導(dǎo)向框安裝，3#墩鋼護筒下放導(dǎo)向架采取單層結(jié)構(gòu)，平臺頂面導(dǎo)向架為型鋼框梁結(jié)構(gòu)，通過重力控制護筒的垂直度，著床后采用水筒靜壓，確保護筒底口與巖面緊密結(jié)合。

經(jīng)測量實測，護筒頂口中心與設(shè)計樁位偏差最大偏差4.5cm，最大傾斜度0.88%。

3.3 圍堰內(nèi)清基和抄墊

圍堰內(nèi)浮泥或巖面殘留物采用移動式吸泥機進行吸泥處理，基底與封底混凝土之間不得產(chǎn)生有害夾層。（見圖3、圖4）

3.4 封底平臺搭建圖

3.4.1 圍堰頂搭建臨時封底平臺（見圖5），采用鉆孔平臺貝雷梁組進行搭建，上面滿鋪鉆孔平臺面板作為封底臨時平臺。（1）分配梁安裝：測量組配合定位分配梁，按照設(shè)計位置進行定位。（2）貝雷片拼裝：按鉆孔平臺拼裝的貝雷梁組依次擺放。

3.4.2 在棧橋前端相對于1#、2#墩的位置配置兩臺HBT-90型地泵，混凝土通過泵管流動至布料機布料。

3.4.3 采用2臺BLJ18型手動布料桿布料機，布置在上下游，布料機的工作半徑為18m（加上前面接4米軟管），覆蓋了所有下料點。布料機底座設(shè)置在灌注平臺上，底座與澆筑平臺貝雷梁固定牢固。

3.4.4 在圍堰的君山側(cè)、岳陽側(cè)設(shè)置分別配置150T、200T浮吊，利用浮吊配合封底混凝土轉(zhuǎn)運、撥球混凝土料斗吊裝施工。

3.5 護筒及刃腳封堵檢查

在圍堰封底前，安排潛水工下水對圍堰范圍內(nèi)及內(nèi)壁、刃腳斜面進行觸摸，對平臺搭設(shè)、底隔艙灌注過程中可能存在的墜落物進行清理，確認圍堰范圍內(nèi)無雜物、泥沙、浮土且刃腳、圍堰內(nèi)壁、護筒表面無附著物等，經(jīng)檢查合格后才可以進行水下混凝土的灌注。

3.6 封底導(dǎo)管安裝

（1）導(dǎo)管使用前組裝編號后進行水密承壓、接頭抗拉試驗，不得漏水，并編號，按自下而上標(biāo)示尺度。單根導(dǎo)管按頂節(jié)0.5m，第2、3節(jié)1.0m，第4、5、6節(jié)3m，底節(jié)16m。（2）導(dǎo)管現(xiàn)場安裝位置根據(jù)貝雷片、連接系、鋼護筒的位置及混凝土的擴散半徑確定，具體安裝位置見圖6。（3）由于河床巖面有高差，導(dǎo)管懸空根據(jù)實際河床標(biāo)高按20cm-30cm來控制。

3.7 導(dǎo)管拔球和封底混凝土澆筑

分區(qū)一、三封底混凝土導(dǎo)管拔球原則按由低到高，從四周到中間的順序進行。分區(qū)二封底混凝土導(dǎo)管拔球原則按由兩端到中間的順序進行。施施工過程中及時測量混凝土面高度，保證撥球時對應(yīng)導(dǎo)管底口附近無混凝土，導(dǎo)管懸空高度按20-30cm。封底混凝土由岸上混凝土拌和站供應(yīng)。混凝土灌注速度不應(yīng)小于60m3/h，頂面理論標(biāo)高為+7.0m，現(xiàn)場施工誤差按照10cm控制。

3.7.1 分區(qū)一、三封底混凝土澆筑

（1）圍堰分區(qū)一共設(shè)置12個下料點，將12個導(dǎo)管按照1-12進行編號。

（2）拔球及混凝土澆筑詳細步驟：

第一步：1、2#下料點拔球，1#下料點澆筑混凝土至1.5m，2#下料點混凝土澆筑至 2m。第二步：3、4#下料點拔球，澆筑混凝土至2m，1、2#下料點過程中補澆混凝土。第三步：5、6#下料點拔球，澆筑混凝土至1.5m，1、4#下料澆筑混凝土至3m，2、3#下料點澆筑混凝土至設(shè)計標(biāo)高。第四步：7、8、9下料點依次拔球，1、4、5#下料點澆筑至設(shè)計位置。6#下料點過程中補澆混凝土至2m。第五步：10#下料點拔球，澆筑混凝土1.5m，7、8#混凝土澆筑至設(shè)計位置。6、9、10#下料點過程中補澆混凝土。第六步：11#下料點拔球澆筑混凝土至1.5m，6、9#下料點過程中補澆混凝土。10#下料點澆筑至設(shè)計標(biāo)高。第七步：12#下料點根據(jù)實測混凝土深度保證導(dǎo)管懸空30-40cm拔球，6、9、11#下料點澆筑至設(shè)計標(biāo)高后，12#最后澆筑完成。

3.7.2 各導(dǎo)管混凝土澆筑至設(shè)計標(biāo)高后撥除導(dǎo)管，過程根據(jù)導(dǎo)管的埋深及時拆卸導(dǎo)管，分區(qū)三導(dǎo)管布置同分區(qū)一。混凝土由岸上混凝土拌和站進行供應(yīng)。封底混凝土灌注速度不應(yīng)小于60m3/h，頂面理論標(biāo)高為+7.0m，現(xiàn)場施工誤差按照10cm控制。

3.7.3 分區(qū)二封底混凝土澆筑

（1）圍堰分區(qū)三設(shè)置14個下料點，將12個導(dǎo)管按照1-12進行編號，按順序布置1-12個下料點，13#、14#下料點導(dǎo)管倒用1#、2#下料點的導(dǎo)管。

（2）拔球及混凝土澆筑詳細步驟：

第一步：1、2#下料點依次拔球，澆筑混凝土至2m。第二步：3、4#下料點拔球澆筑混凝土至2m，繼續(xù)澆筑1、2#下料點混凝土澆筑至設(shè)計標(biāo)高。過程中3、4#下料點補澆混凝土。第三步：5、6#下料點依次拔球，澆筑混凝土至1.5m。第四步：7、8#下料點拔埋管1m后，繼續(xù)澆筑5、6下料點混凝土至設(shè)計標(biāo)高。第五步：9、10#下料點拔球埋管1m后，繼續(xù)澆筑3、4下料點混凝土至設(shè)計標(biāo)高。過程中9、10#下料點補澆混凝土。第六步：11、12#下料點拔球埋管1m，繼續(xù)澆筑7、8下料點混凝土至設(shè)計標(biāo)高。過程中11、12#下料點補澆混凝土。第七步：13、14#下料點根據(jù)實測混凝土深度保證導(dǎo)管懸空30-40cm拔球埋管1m，拔球后9、10、11、12#澆筑至設(shè)計標(biāo)高，最后澆筑13、14#下料點至設(shè)計標(biāo)高。

3.7.4 各導(dǎo)管混凝土澆筑至設(shè)計標(biāo)高后撥除導(dǎo)管，過程根據(jù)導(dǎo)管的埋深及時拆卸導(dǎo)管。

3.7.5 圍堰底隔艙混凝土澆筑

圍堰底隔倉，采用分塊、對稱澆筑，按照從兩端向中間澆筑順序進行施工。底隔艙混凝土由岸上混凝土拌合站供應(yīng)。封底混凝土頂面理論標(biāo)高為+7.0m，現(xiàn)場施工誤差按照10cm控制。

3.7.6 封底混凝土技術(shù)指標(biāo)

設(shè)計強度為水下C30；坍落度180～220mm；流動度保持在2h內(nèi)，坍落度不低于180mm；結(jié)合試驗結(jié)果，初凝時間24～26h；混凝土擴散半徑：4～5m；

混凝土原材料每盤稱量允許偏差

導(dǎo)管拔球首盤混凝土方量：

為了保證混凝土封底灌注的質(zhì)量，混凝土灌注時導(dǎo)管埋深不小于0.5m。則首批混凝土方量按以下公式計算：

V=h1πd2/4+HcS/3

式中：S：導(dǎo)管作用面積，導(dǎo)管外混凝土為圓錐形，高度為1.0m，根據(jù)相關(guān)資料顯示，水下混凝土擴散角度在15°～30°之間，擴散半徑取4m，則底面積S=50.24m2；d：導(dǎo)管直徑325mm；Hc：首批混凝土灌注高度，按1.0m考慮（0.5m導(dǎo)管埋深）；h1：圍堰內(nèi)混凝土高度達到Hc時導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱與管外水壓平衡的高度（m）：h1=Hw×γw/rc；rw：水的容重為10KN/m3；rc：混凝土拌和物容重，按24KN/m3取值；Hw：圍堰內(nèi)水面至基底高度，按照封底施工計劃12月份水面高度按照+19.0m考慮，Hw=16m，則：

h1=Hw×γw/rc=16×10/24=6.7m。

首批混凝土方量計算：V=h1πd2/4+HcS/3V=6.7×3.14×0.3252/4+1.0×50.24/3=17.3m3。為保證導(dǎo)管埋深，確保拔球混凝土灌注一次成功，首批混凝土采用15m3總儲槽+3.5m3料斗，拔球時布料機同時向總儲槽泵送混凝土。

拔球成功后直接由布料機軟管加小料斗進行灌注混凝土。

4 施工質(zhì)量控制問題

（1）混凝土灌注前，根據(jù)撥球范圍，合理布置混凝土總儲槽，保證能夠覆蓋所有灌注點。混凝土開盤前嚴格檢查各環(huán)節(jié)是否按擬定方案落實，否則不準(zhǔn)開盤。（2）灌注過程中導(dǎo)管埋深控制在0.5m～1.0m之間，每次布料機轉(zhuǎn)點或者拆導(dǎo)管要迅速，保證每套導(dǎo)管轉(zhuǎn)點時間不能超過30min。（3）封底混凝土標(biāo)高測定采用平底測砣，測量繩必須復(fù)核后才能使用。（4）在移動導(dǎo)管之前必須加密測量混凝土面標(biāo)高，特別是對混凝土不易流到的邊角處要加密測量，保證封底混凝土面達到設(shè)計標(biāo)高。（5）灌注應(yīng)連續(xù)進行，并注意測量混凝土面；混凝土灌注應(yīng)在各點之間經(jīng)常交替進行，任一點混凝土灌注間隔時間不宜超過30min；當(dāng)某一導(dǎo)管周圍混凝土面與其他點高差達到10cm以上，此時需移動布料機對其他點進行灌注，保證混凝土面整體均勻上升。（6）封底混凝土強度達到設(shè)計要求前，鋼圍堰不得受到?jīng)_擊、干擾和承受額外荷載，以免影響混凝土強度增長，確保混凝土的強度、整體性和水密性。

5 結(jié)束語

洞庭湖大橋3#墩圍堰從底隔艙開始封底到君山測圍堰封底完成成共用時8d，采用分區(qū)封底，同步進行其他艙的施工封底和鉆孔樁施工準(zhǔn)備。施工過程中加強每個封底區(qū)域的檢查簽證，施工控制，獲取了大型園形圍堰封底過程的相關(guān)的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，為我們今后的施工及其他類似圍堰封底施工提供了寶貴經(jīng)驗。

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