某橋梁深水基礎雙壁鋼圍堰設計與施工

周 輝

（中鐵上海工程局，上海 200436）

某橋梁深水基礎雙壁鋼圍堰設計與施工

周 輝

（中鐵上海工程局，上海 200436）

針對橋梁基礎位于水庫深水區，宜采用雙壁鋼圍堰施工的特點，進行了雙壁鋼圍堰的設計。并對雙壁鋼圍堰進行了有限元分析，分析表明，本文設計的雙壁鋼圍堰滿足全部施工過程的安全要求，且節約材料，造價低。

橋梁工程，深水基礎，雙壁鋼圍堰，設計，施工

近幾十年來的橋梁工程建設中，深水基礎或水中承臺的施工，或采用鋼圍堰或鋼套箱。但在橋梁較大深水基礎的施工中，則宜采用雙臂鋼圍堰。本文結合深水庫區大橋的水中基礎施工，進行了雙壁鋼圍堰的設計，詳細介紹較大深水基礎的雙壁鋼圍堰方案設計與計算分析。

1 工程概況

項目所在水庫區橋梁全長610.5m，上部結構為10孔50m預制箱梁，全橋共11個墩臺。其中5#～8#墩位于水庫深水區，水中承臺尺寸為900×1200cm，承臺高度3.0cm。墩底尺寸約400×1000cm。施工水位高程12.57m，承臺底標高6號墩最低，為10.658m。考慮封底混凝土厚度1.0m～1.5m。按照設計圖紙所提供的施工水位計算，考慮封底厚度，基坑底部水下深度約為13m。按照橋梁深水基礎常規的施工方法，對于這樣的深水區施工，采用雙壁鋼圍堰安全可靠。

雙壁鋼圍堰是用于水下施工的臨時性擋水設施，主要由三部分組成：雙壁鋼圍堰側板、圍堰內支撐體系和封底砼。鋼圍堰的作用是通過圍堰側板和封底混凝土擋水，為承臺施工提供無水的施工環境。鋼圍堰側板兼做承臺側向模板，封底混凝土兼做承臺施工底模。

2 雙壁鋼圍堰方案設計

圍堰寬度為1.4m，鋼圍堰側板由內外側鋼板、豎向加勁肋、水平桁架（水平桿、豎桿和斜桿）及豎向隔艙板（隔艙桁架和隔艙面板）組成。內外側鋼板厚度δ＝6mm；豎向加勁肋采用L75×8等邊角鋼，間距為40cm；水平加勁肋間距為80cm，采用75×8等邊角鋼；隔艙板設置在圍堰分塊的兩端，面板采用δ＝10mm鋼板，桁架桿件采用L75×8等邊角鋼，刃角封口板采用δ＝10mm鋼板。內支撐采用600×12mm鋼管（，圍檁采用2I45b和 2I56b雙拼工字鋼。雙壁鋼圍堰的二分之一立面圖平面圖如下圖1和圖2。

圖1 雙壁鋼圍堰立面圖

圖2 雙壁鋼圍堰平面圖

3 鋼圍堰力學分析

采用有限元軟件Midas.Civil，建立鋼板樁圍堰的整體空間模型，應用軟件的單元激活與鈍化功能，模擬全部施工過程，進行強度、變形力學分析。

本模型用板單元模擬內外鋼壁，用梁單元模擬橫向和豎向主龍骨內撐，桁架單元模擬斜撐，實體單元模擬混凝土。有限元模型如下圖3所示。

圖3 雙壁鋼圍堰有限元模型

僅以驗算最不利受力工況—澆筑完封底混凝土，抽干圍堰中的水之后，進行力學分析。得到混凝土、鋼板和支撐的應力如下各圖4-8所示。

圖4 圍堰底節混凝土主應力

圖5 鋼板X-X方向正應力

（1）底節填充混凝土部分變形和強度均滿足要求。

（2）承臺以上雙壁鋼圍堰部分，在抽水之后的變形和應力滿足要求。

但變截面處的支撐和主龍骨，應力較大，出現了，局部失穩的現象，如下圖9所示：

考慮到模型簡化的誤差，依據施工經驗，對變截面處的主龍骨不做加強設計，采用底節內部混凝土灌注到變截面以上的措施。

圖6 鋼板y‐y方向正應力

圖7桁架單元正應力

圖8 梁單元正應力

圖9 變截面處的主龍骨局部失穩

4 雙壁鋼圍堰施工技術要點

鋼圍堰統一在加工場分塊分節加工制作成型，半成品加工完成后經現場技術人員驗收合格后，龍門吊起吊到平板車，運送到鋼圍堰臨時堆放場地堆放。制作時圍堰上下共分為3節（7m+7m+3.5m），每節圍堰共14塊組成。

雙壁鋼圍堰施工，首先拆除水上鉆孔平臺，用抓斗或水上長臂挖掘機清理圍堰范圍內的河床，然后在鋼護筒頂安裝縱橫向主梁（作圍堰下沉對位、固定用），并在護筒距離水面高約1.3m處安裝牛腿，然后將岸邊分塊加工制作好的鋼圍堰，用浮吊運至墩位處，將底節圍堰分塊吊裝至牛腿上，對位、固定、焊接、合攏，灌注刃腳砼，且在圍堰內壁焊接下沉定位設置、安裝固定導鏈，利用導鏈將底節鋼圍堰吊起，拆除牛腿，下放底節鋼圍堰，下沉到位后，再按同樣方法拼裝焊接下沉第二、三節鋼圍堰，最后利用吸泥機進行吸泥清基，灌注封底砼，待承臺施工完畢并且墩身施工出水面之后,將鋼圍堰拆除。

為確保圍堰的定位準確，在圍堰內壁每對應承臺四周鋼護筒位置處，豎向間隔3m焊接一道定位支撐，定位支撐采用雙拼的22a槽鋼焊接而成，定位支撐與鋼護筒之間預留5cm的空隙，便于圍堰下沉。由于定位支撐與圍堰一起下沉，確保了圍堰的定位準確。

圍堰下沉選擇在水流較平穩時進行，利用16個性能完好的30t手拉葫蘆、16根直徑Ф32.5mm的鋼絲繩和30t的卡環將圍堰吊在鋼護筒上，在現場總指揮的統一指揮下，16名操作工人同時拉動葫蘆，收10cm，使鋼圍堰脫離裝懸臂梁支撐，此時檢查葫蘆及吊耳受力狀態，確定懸掛系統無變形后割除鋼護筒上的牛腿，注意牛腿要割除干凈不留突出鐵件，避免造成圍堰下沉困難。

當圍堰進尺到最后1m時就進入到終沉階段，在終沉時，挖土鍋底形狀由“凹"面逐步過度到“凸"形反鍋底，并且適當放慢吸泥速度和數量，嚴格按照均勻對稱的原則布置吸泥范圍，當圍堰四個控制點高差大于20mm時，及時糾偏，糾偏方法以調整各隔倉吸泥速度為主。

圍堰刃腳踏面標高達到設計標高時，立即停止吸泥,測量密切注意觀測，8h內圍堰下沉不大于10mm，即為圍堰沉停成功。圍堰到位后，錨好圍堰四周錨繩，且圍堰與鋼護筒之間臨時焊接牢固，確保圍堰穩定。測量要求每間隔6h觀察一次四個方向標高，校核圍堰終沉后位置有無放生變化。

當鋼圍堰完成終沉后，后續的施工步驟為：鋼圍堰內水下砼封底→抽干鋼護筒→水下切割鋼護筒→焊接第一層圍檁托架→架設第一層圍檁→架設支撐→抽圍堰中的水至第二層圍堰支撐下1.2m位置（封底砼澆筑7天后才能抽水）→焊接第二層圍檁托架→架設第二層圍檁→架設支撐→第三層支撐架設同第二層。

5 結論

（1）方案設計充分考慮了承臺施工和橋墩施工所需的空間。計算分析表明，滿足施工安全性要求。較大的節約了材料，降低了施工費用；

（2）圍堰拼裝完成后，應首先對圍堰范圍內的河床清理，可提高圍堰的下沉速度，并確保圍堰的精確對位。

[1]中華人民共和國建設部. 基坑工程技術規范DG/TJ08-61-2010（J11577-2010）[S].2010

[2]中華人民共和國建設部.鋼結構設計規范GB50017-2003[S].2003

[3]中華人民共和國鐵道部.鐵路橋涵工程施工安全技術規程TB10303-2009（J946-2009）[S].2009

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