三峽庫區深變水位下雙壁鋼圍堰施工技術*

肖開乾 梁冠亭 何 林

(武漢市市政建設集團有限公司 武漢 430023)

1 工程概況

湖北香溪長江公路大橋工程是擬建的湖北省骨架公路網中第六縱的第二條支線跨越長江的節點工程。香溪河大橋采用主跨470 m的雙塔雙索面組合混合梁斜拉橋方案,橋跨布置20 m+48 m+48 m+78 m+470 m+78 m+48 m+48 m+3×35 m+3×30 m+3×30 m，全橋長1 079.5 m，橋寬23 m。設東、西2個主塔墩，2個主塔墩承臺為直徑30 m、厚度為7 m的圓形整體式承臺，東塔承臺頂面標高和底面標高分別為151，144 m，西塔承臺頂面標高和底面標高分別為161，154 m，其下均布18根直徑3 m、長83 m的鉆孔灌注樁基礎，按摩擦樁設計考慮。

2 水文地質條件

2.1 水文條件

根據三峽水庫歷年蓄水調度運行方案，正常蓄水期壩前水位按175 m-145 m-155 m(吳淞水位)運行，分別對應正常蓄水位、防洪限制水位、枯水期最低消落水位。一般來說，每年4-5月，庫區壩前水位將從175降至145 m，9-10月，庫區壩前水位將從145 m升至175 m，水位落差高達30 m，在國內外工程中都屬少見。

2.2 地質條件

香溪河大橋呈南北斜向展布，橋址地層呈單斜狀，東岸為順向坡，西岸為逆向坡，地質構造主要為斷層、裂隙及層間剪切帶。東岸主墩處河床表面覆蓋層約12 m厚，主要為粉質黏土，河床面從岸邊向河中逐步走低。

3 東岸主墩圍堰結構形式的選取

考慮樁基樁排列布置情況及圍堰受力的均勻對稱性[1-2]，東岸主墩圍堰采用圓形雙壁鋼套箱，由側板、導向裝置、底節下放系統和連通管裝置4部分構成，東岸主墩圍堰套箱立面布置圖見圖1，平面布置圖見圖2。

圖1 東岸主墩圍堰套箱立面布置圖(單位：高程，m；尺寸，mm)

圖2 東岸主墩圍堰套箱平面布置圖(單位：mm)

圍堰側板高35.3 m、壁厚1.5 m，總質量1 141 t，封底及壁艙混凝土4 679 m3。共分了4個節段，每個節段分成12塊。該圍堰為無底套箱，原因一是盡可能縮短水下施工的工期，二是由于水深較高且在較短周期內水位交替達30 m，樁基和圍堰施工應盡可能選擇在低水位同時進行。

4 圍堰施工技術

4.1 總體施工方案

東岸主墩基礎施工采用先平臺、后樁基與圍堰同時施工的方案。施工平臺設置標高為178.4 m，圍堰采用圓形雙壁鋼套箱結構，待水位下降后，在鉆孔平臺下方臨時拼裝作業平臺上拼裝底節雙壁側板，拼完后整體下放至自浮狀態，然后在其上繼續拼裝第2，3節，并澆筑封底混凝土，最后拼裝頂節側板。保證承臺施工期間圍堰設防水位不低于173.3 m。鋼圍堰結構委托專業鋼結構廠家制作，分塊加工成形，運至現場組拼。

4.2 鋼圍堰施工步驟

圍堰分塊加工→河床面填砂拋石整平→安裝環向吊裝裝置、提升下放裝置→底節圍堰拼裝平臺安裝→底節圍堰拼裝、焊接→安裝導向裝置→提升圍堰并割除拼裝平臺→底節圍堰下放自浮→拼裝第2節圍堰及導向裝置并注水下沉→拼裝第3節圍堰及導向裝置并注水下沉→澆筑封底混凝土→澆筑壁艙混凝土→拼裝頂節圍堰→圍堰抽水、割除護筒→施工承臺。

4.3 圍堰施工要點

4.3.1圍堰拼裝施工準備

圍堰分塊運至現場前，現場應提前做好施工準備。合理安排好卸料場地，圍堰拼裝管理、作業人員要組織到位，對圍堰拼裝的輔助機械設備進行檢查，確保材料滿足拼裝作業的需要。

4.3.2河床清理

采用吸泥機清理圍堰范圍內河床，對河床高出部分進行開挖，低于標高位置進行拋石回填平整，標高控制在+139 m。

4.3.3施工吊掛裝置的安裝

1) 在鉆孔樁施工過程中，在平臺下方安裝軌道梁及2×250 kN環向電動葫蘆，用于底節圍堰相關構件吊裝，施工現場見圖3。

圖3 電動葫蘆現場施工圖

2) 利用龍門吊在平臺上安裝6個1 000 kN千斤頂，組成底節圍堰同步提升下放系統。

4.3.4拼裝作業平臺搭設

待庫區水位下降至+159 m左右時，安裝底節圍堰拼裝平臺結構，隨著水位不斷下降，同時安裝門吊樁底層連接系結構。

4.3.5底節圍堰及導向裝置拼裝

1) 12塊底節鋼圍堰側板在拼裝平臺上逐一拼裝焊接，利用浮吊配合電動葫蘆拼裝底節圍堰雙壁艙結構及導向裝置。

2) 利用1 500 kN浮吊將首個圍堰塊段吊至軌道梁上，軌道梁上電動葫蘆將圍堰側板滑移到設計位置，利用電動葫蘆粗調圍堰標高并臨時固定，通過千斤頂等工具精調至測量放樣位置，然后將首節與鋼護筒利用槽鋼等焊接固定，施工現場見圖4。

圖4 底節圍堰吊裝施工圖

3) 首節圍堰塊段相鄰的下一個塊段用浮吊、軌道梁吊至首節段上方位置處，在固定好的圍堰塊段壁板上焊接臨時接口板，利用電動葫蘆、倒鏈精確對接，焊接臨時接口板，再焊接圍堰壁板和水平環板，完成后再將新拼接的圍堰塊段下端固定，繼續拼接下一塊圍堰。鋼圍堰拼裝現場需設置臨時撐桿將圍堰與鋼護筒連為一體，保證圍堰結構側向穩定。為避免局部應力集中，圍堰分塊拼裝時應在支撐點位置處的分配梁頂加設40 mm厚墊板，墊板與分配梁翼緣焊接，同時相應位置處的分配梁需加焊局部加勁板。

4.3.6鋼圍堰焊接、煤油滲透試驗

1) 圍堰焊接步驟。焊接外壁板的拼板對接縫→縱、橫艙壁與水平板的角接縫→縱、橫構架的十字焊縫→縱、橫構架與外壁板的角接縫。

2) 鋼圍堰焊接時，應遵循以下原則[3-4]，以減少構件的焊接變形和內應力。①焊外壁板的對接焊縫，當板縫錯開時，應先焊橫向縫(端接)，后焊縱向縫(邊接縫)，當采用平列對接時，先焊縱向縫，后焊橫向縫；②構件中同時存在對接與角接焊縫時，應先焊對接縫，后焊角接縫；③縱橫構架間的十字接頭，必須待構架安裝完畢后方可施焊；④橫焊為保證施工進度，調節焊接工作量，在圍堰未整體成型前，構架與殼板的焊接，一定要待壁板安裝完畢后，方可焊接；⑤根據分片制作整體安裝工藝的要求，其分片部分構架與板的焊接，其邊緣應留300～400 mm暫不焊，待整體裝配后再行焊接。

3) 底節圍堰拼裝完成后，應進行煤油滲透試驗。在焊縫一側涂上石灰粉，另一側涂上煤油，觀察其滲透情況。若滲至反面，則應作出標記，將該處焊縫鏟除，重新按規定復焊，不準堆焊。

4.3.7圍堰下放

1) 圍堰利用平臺上對稱布置的提升裝置下放，采用6點同步提升下放。下放時利用圍堰側板上的導向牛腿作為導向結構，控制圍堰下放過程中的精度。整體吊裝安放由專人指揮。每下放至一定高度，均進行垂直度及平面位置測設，保證下放過程中的糾偏，使圍堰偏差在可控的范圍內，施工現場見圖5。

圖5 圍堰下放現場施工圖

2) 利用提升下放系統將底節圍堰整體提升1.0 m左右，然后割除拼裝平臺結構。待拼裝平臺割除完畢后，利用提升下放系統將底節圍堰下放至自浮狀態，圍堰內對稱注水下沉一定深度。

4.3.8圍堰下沉與韌腳處理

待第3節圍堰拼裝完畢后,將圍堰內及周邊河床填砂拋石至設計標高，圍堰壁艙內對稱注水下沉，直至設計位置。在套箱進入底層河床前再次校正套箱軸線位置、垂直度,對于高出標高的鉆渣及時清除。

1) 河床測量。圍堰下放著床之前采用測深儀對圍堰范圍內河床標高進行測量，明確圍堰底地形情況，以便確定圍堰底清理方案。

2) 吸泥處理。對河床高出部分利用吸泥機進行清理，以承臺底封底混凝土(+139 m)以下為基準，對河床高出部分進行開挖，對高程較低的地方進行填砂拋石。

3) 圍堰下沉。圍堰下沉前，應設置注水、觀測工作通道，并在艙壁用紅油漆標記好刻度線。圍堰內注水采用4臺60 m3/h注水泵注水，圍堰內注水遵循分次、對稱、循環均衡的原則，使壁倉內注水均衡，避免圍堰高差過大，造成圍堰傾斜，個別導向受力超限。下沉過程中在刃腳及河床突高點位置布置測點，下沉過程中不斷測量，確保圍堰底板不接觸到河床。當圍堰下沉至距設計標高50 cm左右時，應對圍堰整個刃腳范圍內及底隔艙范圍內進行全部測量和摸探，確保各部分河床標高滿足要求，確保圍堰下沉至設計標高位置。在套箱進入底層河床前再次校正套箱軸線位置、垂直度，確保圍堰著床位置準確。圍堰下沉到位后及圍堰在后續施工過程中，應根據長江實際水位對圍堰壁倉內水頭高度進行調整，保證圍堰壓重水頭高度在1～2 m范圍內。

4) 潛水工檢查。圍堰下沉到位后迅速組織潛水工對圍堰著床情況進行摸探，摸探圍堰刃腳與河床面之間有無空隙、空隙的具體位置和高度，并通知技術人員做好標記和記錄。同時組織人員對圍堰刃腳內外側各3 m范圍內河床面進行確認，確保不存在陡坎現象。分艙對圍堰著床情況摸探清楚后，立即組織人員進行拋填堵漏。

5) 圍堰拋填。

①刃腳拋填。圍堰刃腳與河床面間隙超過30 cm時，需在刃腳外側采用片石拋填；間隙小于30 cm時可在圍堰內側用片石或砂包拋填。對圍堰刃腳內碎石拋填工作進行全面摸探后，根據摸探情況對圍堰刃腳底部空隙進行水泥砂袋堵漏。水泥和砂子按照1∶1的比例裝袋之后，使用吊框吊至圍堰底部，由潛水員在水下根據刃腳底部空隙進行堆碼堵漏，刃腳周圈范圍都要進行砂袋拋填堵漏。砂袋堆碼沿刃腳壁交錯堆碼，對于無空隙或空隙較小的位置堆放1層即可，對于高度較大位置應將砂袋放至刃腳底部并與外側片石密貼，內側根據高度堆碼保證砂袋高出刃腳不小于2層砂袋。

②圍堰內拋填。圍堰內碎石拋填應按照先封底，后拋填堵漏的原則，先上游側，再下游側，最后拋填圍堰中部。對河床標高低于+139 m的區域進行拋填，高于+139 m的區域不再拋填。圍堰下沉到位后，對圍堰內河床標高重新測量，再次確定具體拋填位置。

6) 圍堰清理。為了保證封底混凝土與鋼護筒、圍堰壁的良好結合，達到止水效果，需由潛水工用高壓水槍將樁身和箱壁上的附著黏土沖洗干凈。

7) 圍堰壁板內壓重混凝土的澆注。圍堰清理完成后，為減少圍堰刃腳壁板所承受的水頭壓力，并保證圍堰著床抗浮要求，需在壁艙內澆注壓重混凝土。壁艙內采用水下C30混凝土進行澆注，混凝土標高控制在+151 m，澆筑量約為2 000 m3。

4 結語

湖北香溪長江公路大橋工程香溪河橋東岸主塔墩基礎，在三峽庫區30 m水位落差情況下，采用了雙壁鋼圍堰成功施工完成，封底抽水后在30 m水頭差下未出現漏水現象，為我國類似橋梁在水深且周期性變化的庫區條件下建設提供了有益的參考，具有一定的應用價值。