某特大桥主墩钢围堰施工技术
2017-04-10
1工程概况
厦深铁路5标段某特大桥在某县跨越榕江，跨江主桥为4跨连续钢桁梁柔性拱桥，跨径组成为110m+220m+220m+110m，其中71～73号三个主墩位于榕江深水区，设计为低桩承台群桩基础，主墩承台采用双壁钢围堰围水后干施工桥位区域榕江江面宽850m，受下游人海口海水的潮汐影响，为感潮水域段，属不规则半日潮，每日两潮，一次涨落历时约13小时，桥址处河床覆盖层主要为淤泥质粘土，内夹贝壳。
2钢围堰制作与就位
2.1钢围堰结构
主墩钢围堰由壁体、刃脚、内撑等三大部分组成。
壁体主要由隔舱板、箱形梁、水平环板、水平斜杆及内外壁板构成。刃脚高度2.0m，作为围堰底节的组成部分一道加工，刃脚砼浇筑高度2.0m。在内撑位置设置竖向箱形梁作为一级支撑结构，水平设置环形板作为二级支撑结构，垂向设置角钢次梁为三级支撑结构，内外壁之间通过水平斜杆和水平环板连接而形成整体。
内撑用型钢构成平面框架，与钢围堰箱形梁一起形成稳定结构体系，另外设置竖向支撑，减小受压杆件的自由长度。
在围堰壁体设置补水管，补水管标高在低水位以下，在围堰下沉前打开盖板，保持围堰内外水位平衡，在围堰抽水时关闭补水管盖板，围堰内外隔开，一个钢围堰设置4个直径300mm的补水管。
2.2钢围堰制作与运输
钢围堰按现场施工要求分节在工厂加工，钢围堰高度21m，竖直方向分四节，第一、二节高度均为4.5m，第三、四节高度均为6.0m，水平方向分为14块，分块单元最大尺寸7.8x6m，最大重量16.8t。
钢围堰块件由加工厂用汽车运到下河码头，再用驳船运输至墩位。
在运输过程中，以及各分块在起吊、装卸、搁置过程中，应在规定的吊点挂索，吊点位置加设临时撑杆，防止块件变形，吊点位置要进行局部加固处理。
2.3钢围堰拼装
钢围堰拼装参照壁体分块图，采用两个吊点反对称方式拼装各块段。
2.3.1底节拼装
钢围堰底节高4.5m，平面上分14块。底节在墩位拼装平台上逐块安装，并焊接成整体。
底节块件拼装前，在平台上通过测量放样块件的轮廓线，在轮廓线位置焊接定位件，每个块件焊4个定位件，以此控制钢围堰下口的平面位置。
吊机将围堰块件吊起至安装位置，下口通过定位件就位后，与定位件临时焊接固定，上口用型钢和手拉葫芦与钢护筒临时连接固定，根据测量结果对围堰块件进行调整，达到设计要求后，块件之间间进行焊接连接。
块件现场焊接时，组织技术最好的焊工进行焊接，并对所有壁板及隔舱板焊缝进行煤油渗透试验，如发现有渗透现象，应及时进行补焊。
2.3.2水上接高拼装
钢围堰底节下水自浮后，其余三节钢围堰在水上用吊机逐块拼装、焊接，拼装前在下一节围堰的上口外侧焊接临时操作平台，焊接定位件，水中部分的围堰依靠导向装置稳定在水中，两个吊点反对称同步吊安围堰块件，拼装前控制围堰干舷高度2.0m左右，任何时候围堰干舷高度不小于1.0m，拼装、焊接要求同底节拼装。
3钢围堰沉放
3.1钢围堰沉放施工步骤
第一步：下放前准备，安装导向装置和下放系统，吊杆收紧，准备下放。
第二步：底节整体起吊，割除牛腿，选择在低平潮下放底节，底节入水自浮后，检查密水情况，隔舱内灌水下沉，控制干舷高度2.7m。
第三步：解除底节下放系统，水上接高钢围堰第二节，浇筑刃脚砼2.0m，隔舱内灌水下沉，控制干舷高度2.8m。
第四步：水上接高钢围堰第三节，隔舱内灌水下沉，围堰入水9m后，利用导向装置和围堰上口的手拉葫芦控制围堰的平面位置和倾斜度，在平潮期间灌水下沉、着床，测量围堰平面位置和倾斜度，满足设计要求后，继续灌水下沉，围堰刃脚入河床约2.6m，控制干舷高度2.4m。
第五步：水上接高钢围堰第四节，浇筑隔舱砼7m，继续灌水下沉，同步在围堰内吸泥，在下沉困难时，采取在隔舱内灌砂压重，直至刃脚达到设计标高。
3.2钢围堰底节整体下放
钢围堰底节在平台上拼装、焊接成整体并完成焊缝检查及油渗试验后，用8台千斤顶配精轧螺纹钢筋整体下放、入水。
3.2.1下放系统
下放系统由下放架、下放千斤顶、上锚板、下锚板、撑脚、油泵和精轧螺纹钢筋组成。
下放千斤顶选用8台100t穿心千斤顶，张拉行程200mm，精轧螺纹钢筋选用780级的φ32精轧螺纹钢筋，理论提升能力480t。
3.2.2下放系统布置
8个下放系统分别布置外侧8个钢护筒上，型钢下放架焊接在钢护筒上，下放架顶面标高为+8.36m，千斤顶和撑脚安装在下放架顶面，并对准钢围堰壁板上的吊点，
3.2.3下放工艺
在千斤顶、油泵、撑脚安装到位后，将精轧螺纹钢筋的一头穿过千斤顶，穿入壁板上的吊点内，在吊点板上下各装一个螺帽，上、下锚板各装一个螺帽。在钢围堰下放前，做好4项工作：①对提升系统进行调试，以确定每台千斤顶的工作状态处于良好状态，检测伸缩行程是否一致；②根据各千斤顶在围堰平衡下放时的荷载进行逐一预拉；③完成预拉后，拧紧下螺帽，将主顶活塞向下缩回到统一的高度位置，作为整个系统的下放起点；④将围堰提起3～5cm检查围堰上的吊点及千斤顶下放系统-和围堰结构是否正常。检查无误后拆除拼装平台，割除平台牛腿，正式开始下放。
4围堰沉放主要工艺措施
4.1钢围堰内吸泥
每个钢围堰内需清淤约6500m3，在钢围堰着床后，在围堰内同步进行清淤工作。采用2套空压机气举吸泥系统、2个1.5方抓斗、2台大直径吸泥机清淤，直至刃脚到达到设计标高位置。
空压机气举吸泥系统主要由空压机、吸泥导管、供气管、射水管、高压水泵组成，采用高压射水破土，由2台20m3空压机带动进行气举吸泥。
对围堰内分层吸泥除土，每层厚度不超过50cm，从围堰中心开始吸泥，逐渐由中心向外呈放射状园环移动吸泥，使围堰内河床形成“锅底”，围堰在下沉重力作用下，克服下层阻力而下沉。当围堰出现倾斜或偏位时，根据围堰内周边测得的水深，换算出泥面标高，并依此现场制定吸泥纠偏方案。
围堰下沉过程中，关键是对各种形态下围堰下沉系数的掌握。每个工班，测量2-3次围堰内壁周边水深，换算出围堰内壁处对
应的泥面标高，当此泥面标高低于刃脚标高1.0m，围堰仍不下沉时，说明围堰下沉重力不够，则向隔舱灌水或灌砂，以增加围堰的下沉重力。
围堰内吸呢应力求均匀，使其保持平稳下沉，如围堰一直是倾斜的，则应停止吸泥，由潜水员对围堰刃脚周边进行探摸。如有异物(如木头、钢管等)，应及时取出，然后才能继续吸泥下沉。
由于淤泥质粘土的粘性很大，在钢围堰内撑下面形成一堵泥墙，采用高压射水效果不是很明显，后采用潜水员在墙体安装炸药，炸药每次控制在1Kg左右，多次爆破后泥墙体坍塌，吸、抓泥而出。
4.2钢围堰定位
4.2.1平面位置
钢围堰平面位置粗调通过在钢围堰壁体内壁板与钢护筒间设置的导向装置来实现。着床时的平面精确控制主要通过围堰内围设置的手拉葫芦和夹壁内注水未实现。钢围堰在覆盖层中下沉时的平面控制依靠吸泥和压重调整。
4.2.2标高及其垂直度控制
钢围堰垂直度由定位装置及下沉工艺进行调整调控。由于拼装误差，平面位置、标高与垂直度在实际施工中可能出现难以同时达到要求的情况，此时则以垂直度和顶口处平面位置控制为主。
控制方法：
围堰在注水下沉时，由于水流和淤泥对围堰产生部分不平衡作用，使得河床上、下游标高不一致，为维持围堰平面位置，此时需要通过向各个隔仓内不等量注水来调整围堰平面高差。同时通过吸泥进行调整。下沉过程中，应随时分析，研究测量资料，掌握围堰下沉进度和偏移情况，一旦发生偏移，分析原因，调整围堰下沉吸泥部位及局部加重进行纠偏，保证围堰平稳下沉。围堰内注水根据外围水位的变化对围堰水位进行控制，依靠抽加水位未调节。
4.2.3钢围堰固定
钢围堰标高控制主要是通过在夹壁内注水未进行调整，并在钢围堰标高到位后，在钢围堰四周尽快安装反压牛腿。反压牛腿采用136b。反压牛腿在高潮位时承受淤泥厚度冲刷变化下围堰向上的浮力。
经抽水调整，使钢围堰顶口略为顶住反压牛腿下表平面，马上组织焊工将钢围堰顶口与反压牛腿进行焊接，反压牛腿与钢护筒连接，反压牛腿焊接要及时并且8个位置同步进行。
5钢围堰封底
5.1基底找平及侧壁清洗
围堰达到设计标高后，围堰基底找平，抛填30cm左右碎石垫层，潜水员下水整平。用高压水枪对围堰刃脚内侧、桩身周边淤泥残留物进行清洗。
5.2搭设封底平台
封底平台由第四道内支撑和安装在钢围堰顶口的贝雷梁组成。两组贝雷梁分别布置在桥轴线两边各4.0m位置，在贝雷梁和内支撑顶铺设型钢和模板，作为溜槽布设和人员行走平台。
5.3灌注系统布设
在墩位中间钢护筒上安装一个20m3的中心储料盆，中心储料盆设8个放料口。
中心储料盆与10个小料斗间以溜槽连接，中心储料盆出料口搭设高度根据小料斗顶口高度，混凝土溜送距离及溜槽坡度确定，溜槽坡度按不陡于1：3搭设。
按水下封底砼5m扩散半径布置封底导管，共布置10根导管，导管直径φ300mm，导管使用前作水压、水密性实验，合格后使用，试验的水压按水深的1.5倍取值。导管用手拉葫芦吊挂于平台梁上。
5.4测深点布置
在围堰内各导管位置和砼流动困难的区域布置测深点，共布置26个测点。准备测量锤26个，每个重量3kg，测绳25mx30根，并校核其长度，
每个浇筑点及测点处平台标高提前测出，作为测量混凝土面的依据，并用油漆标示在该处。
5.5混凝土生产和运输
主墩封底砼由3号拌合站生产，拌合站两台1200型主机，实际拌合能力按100m／h考虑，能满足封底砼连续浇注的要求。
6结束语
某特大桥3个主墩，在第一个主墩施工时由于对地质的乐观估计，致使施工设备准备不足，围堰下沉施工用了近3个月的时间，后面两个主墩在吸泥设备上加以投入，在吸泥方法上加以改进，每个主墩吸泥下沉用了不到一个月的时间。本工程的施工经验对同类工程施工具有较好的借鉴作用。
参考文献：
[1]赵胜.桥梁深水基础施工技术.中国科技信息，2008.
[2]李德坤.深水基础整体式双壁吊箱围堰施工技术.桥梁建设，2007，(2).
[3]刘春明.深水基础钻孔平台.浮吊与钻孔灌注桩施工技术.西部探矿工程，2009，(3).
[4]郭立君.淮河铁路特大桥深水基础双壁钢围堰施工技术.铁道建设，2009，(2).
