崇左至水口高速公路橋梁施工深水鋼圍堰設計優化探討

韋立樺

摘要：深水鋼圍堰施工具有安全風險高、作業空間小、施工成本高、水文地質情況復雜的特點，文章結合崇左西左江大橋工程實例，介紹了鋼圍堰施工步驟，并通過各工況計算，分析了鋼圍堰優化設計的意圖，提出施工控制關鍵點，以實現深水鋼圍堰施工安全、高效、經濟的目標。

關鍵詞：鋼圍堰;深水;設計

0 引言

廣西崇左至水口高速公路崇左西左江大橋主墩位于左江中，橋位距離下游美亞電站1km，平均水深超過20m，該電站不通航，附近無大型起重設備可用，主墩承臺采用雙壁鋼圍堰施工，具有安全風險高、作業空間小、施工成本高、工期緊、水文地質情況復雜的特點。鋼圍堰委托外部設計院設計，施工過程中發現以下情況：在內支撐設計密集，影響后續承臺和墩柱施工;未設計圍[HTXH1]檁，采用壁板直接受力，壁板拼接焊縫質量要求高;水平環板設置了豎向的背肋，焊接過程中變形嚴重，難以定位和滿焊，施工質量和進度均難以保證。目前計算軟件應用很普遍，通過對圍堰進行建模、計算、分析，可以抓到關鍵點，避免大量工期和成本的浪費。

1 工程概述

崇左西左江大橋跨徑為（3×20+77+145+77+20）m，因線路跨越左江而設，其中3#過渡墩和4#、5#主墩位于左江中，平均水深超過20m，4#墩承臺底標高為90.0m，5#墩承臺底標高為91.0m，承臺分為左右兩幅，單幅承臺尺寸為12m×12m，承臺采用9根直徑1.8m混凝土鉆孔樁基礎。

4#、5#墩承臺采用雙壁鋼圍堰施工，橋位處百年一遇水位為113.86m，10年一遇水位為108.41m。結合橋位處水位布置情況，選取10年一遇水位108.41m作為設計水位。

2 鋼圍堰設計優化方向

2.1 水平斜桿及水平環板優化

鋼圍堰受力壁板中應力最大的地方為矩形圍堰長邊的內支撐高度處的水平斜桿及水平環板，水平環板應力為[KG（0.18mm]200MPa，水平斜桿為165MPa，均超過容許應力。原設計的圍堰環板均設置了豎向的背肋鋼板，焊接過程中變形嚴重、難以定位，焊接質量難以保證，無法發揮增加豎向剛度的要求。根據計算結果，可以有針對性地通地補強，避免盲目增加成本，在保證雙面角焊縫施焊空間的前提下，盡可能加密該處水平環板間距，同時在水平環板一面間斷焊接通長地∠75×50×6角鋼，增加水平環板剛度，將水平斜桿布置距離縮短為0.6m，降低斜桿節點處的應力集中。

2.2 內支撐優化

原設計的內支撐為縱橫向矩形框架型，未避開墩柱和塔吊位置，同時縱橫向矩形框架間距小，導致吊裝作業空間狹小。調運材料時，需安排工人位于第一層內支撐上部進行吊物牽引，不僅耗費時間，增加吊裝人員，而且增加高空墜物及高空作業的安全風險。通過增加圍[HTXH1]檁，將壁板單點受力情況變為條形受力，降低壁板的集中荷載，增加焊縫的安全系數。優化內支撐結構形式，將內支撐優化為八字斜撐。經過計算，圍[HTXH1]檁和內支撐應力均滿足要求，方便承臺鋼筋、模板、樁頭雜物吊運。

2.3 下放系統優化

原設計的下放系統采用四個角的鋼護筒下放，需要接長鋼護筒，并在壁板內設置承重吊點，吊點構造復雜，單點承受65t，對于各點的同步性、鋼護筒焊接質量要求高，增加起吊后拼接刃腳的安全風險。通過優化下放系統，采用10個門字架配合精軋螺紋鋼進行下放，單點僅需26t的荷載，無需對壁板進行額外設計，僅利用現有鋼管樁，安全高效。

2.4 施工步驟優化

原設計的鋼圍堰施工步驟為先與壁板同步安裝內支撐，再下放，最后再抽水，雖然安全系數較大，但無法確定內支撐與鋼管樁的具體位置，鋼圍堰下放過程中容易卡住，且澆筑封底混凝土時，導管不能連續，需要重新插管，影響水下混凝土質量。通過計算分析，發現采用先抽水再安裝內支撐的方案，內支撐以及壁板受力均滿足要求。方案優化后可以避免內支撐與鋼護筒位置沖突，使封底混凝土連續澆筑，在保證安全的前提下，既縮短工期，又保證質量。

3 鋼圍堰優化概述

雙壁鋼圍堰側板厚1.5m，高度為23m。以4#墩為例，圍堰底標高為+86.0m，圍堰側板高度上分為三節，沿周長分塊，側板各單元塊之間采用焊縫連接，分節安裝到位，圍堰內共設置三層水平內支撐。具體構造為：面板厚度為6mm，豎向隔板為12mm鋼板，內支撐位置處的水平環間距為600mm，其余部位為800～1200mm，豎向設置∠75×50×6角鋼，內支撐位置水平環板采用12mm板件與∠75×50×6角鋼焊接成L型構件，其余部位為12mm板件，中節和頂節的水平連桿為雙拼∠100×10;第一層內支撐直徑為630mm，壁厚10mm，第二層和第三層內支撐直徑為800mm，壁厚16mm，封底混凝土為C30，厚度為4m，夾壁混凝土為C20，高度為8m。詳見圖1～2。

4 鋼圍堰優化論證

4.1 材料參數

（1）Q235B鋼參數：容許彎曲應力[σ]=145MPa[1]。

（2）鋼彈性模量：Es=2.1×105MPa。

（3）封底混凝土參數：封底混凝土采用C30水下混凝土，混凝土參數為：fk=150kPa;[ft]=1.75MPa[2]。

4.2 施工流程

（1）在加工場地內分塊制造圍堰，運輸至橋位處;

（2）鉆孔樁完成后，局部拆除鉆孔平臺;

（3）在臨時平臺上拼裝圍堰底節;

（4）接高鋼管樁，安裝提升下放系統;

（5）圍堰整體提升，拆除臨時拼裝平臺;

（6）圍堰下放至自浮，限位后拆除下放系統;

（7）根據漂浮高度在壁艙內灌水，依次拼裝中節圍堰、底節圍堰;

（8）灌注壁艙內混凝土，下沉到位;