安庆长江大桥5#墩双壁钢围堰设计与施工
2017-07-31
1 工程概况
安庆长江铁路大桥是南京至安庆城际铁路和阜阳至景德镇铁路的重要组成部分，大桥全长2996.8m，其中主桥采用跨101.5+188.5+580+217.5+159.5+116m的钢桁梁斜拉桥。5#墩采用实心墩，墩身宽28m，厚4.5m。墩帽宽33m，厚5m。承台采用矩形，长度为38.7m，宽度为17.7m，厚度为6m。基础采用行列式布置，共15根Ф2.5m钻孔桩基础，桩基为高桩承台基础，按摩擦桩设计， 5#墩桩长为51m。
水文、地质条件：
桥址河段处于长江下游非感潮河段，水流为单向流，一般每年5～10月为汛期，11月～次年4月为枯水期。据1924～1999年资料统计，其潮位特征如下：
历年实测最高水位：16.80m（1954.08.1，黄海，下同）
历年实测最低水位：1.62m（1929.01.20）
桥址区位于安庆盆地内，盆地基岩由上白垩统宣南组砂砾岩、泥质粉砂岩、砂岩组成。主桥5#墩处于长江河床主河道安庆侧，上覆第四系地层呈松散～中密状。孔桩基础持力层为微风化泥质粉砂岩。
2 双壁钢围堰设计及检算
双壁钢围堰主要由三部分组成：侧板、内支撑体系和封底混凝土。根据5#墩承台底面高程、施工时期水文情况等，5#墩围堰按照高度25.6m设计，围堰顶高程为+9.5m，底高程为-17.0m，承台底高程为-11.14m。围堰平面尺寸为42.1m×21.1m，共设置2道内支撑，封底混凝土厚5.0m。围堰分底、中、顶三节制作，共重1624.4t。
2.1 围堰结构选材
围堰壁板：由内外侧钢板、竖向加劲肋、水平桁架及竖向隔仓板（隔仓桁架和隔仓面板）组成。围堰壁板采用6mm厚钢板，水平环板分别采用10、14、16mm钢板，隔仓板采用14mm厚钢板；竖肋采用∠75×50×6mm角钢，水平桁架采用∠125×10mm角钢。围堰内支撑：采用Φ800×16mm及Φ600×8mm钢管。
封底混凝土：封底混凝土强度为C25，厚度为5m，井壁混凝土强度为C20， 高度为12.22m。
2.2 围堰分析计算
2.2.1 围堰受力分析考虑荷载
1）水平荷载：水压力、土压力、波浪力、风力；
2）垂直荷载：围堰自重、围堰侧壁填充砼自重、灌水自重、封底砼自重、水浮力、粘结力（封底砼与护筒、钢围堰与侧壁土粘结力）。
2.2.2 设计检算方面
1）围堰下沉稳定计算；
2）围堰下沉到位、封底前的抗滑移计算；
3）围堰封底抽水工况计算；
4）围堰整体抗浮计算；
5）围堰侧壁强度计算；
6）围堰内支撑围檩计算。
3 双壁钢围堰施工
3.1 拼装前准备
5#墩钢套箱在生产区钢结构车间分节分块制造。围堰加工完成后，应按拼装后位置对块段进行编号，以备分块组拼。先将小块的围堰在600t铁驳上组拼成10大块，以便于整体吊装。
在钢护筒上采用贝雷梁搭设围堰拼装平台，在平台上组拼钢围堰，然后，接高钢护筒，在其上安装钢围堰的吊挂系统。吊挂系统安装完成后，利用浮吊使吊点位置相应围堰块段在吊挂位置直立，吊挂系统放松预应力筋，将挂梁上的吊耳与围堰连接板用钢销连接固定，收紧吊挂预应力筋，至浮吊钢丝绳放松，移开浮吊吊钩，放松吊挂预应力筋，使围堰块段缓缓降至拼装平台的贝雷梁组上，设置临时限位固定围堰块段下端。
3.2 底节围堰拼装
将与固定好的围堰块段相邻的部分用浮吊吊至贝雷梁组上的大致位置处，在固定好的围堰块段壁板上焊接临时接口板，利用浮吊精确对接，焊接围堰壁板和水平环板，完成后再将新拼接的围堰块段下端临时固定，继续拼接下一块围堰。
3.3 底节围堰下放
底节围堰拼装完成后，收短吊挂系统的预应力筋，将底节围堰提升20cm，拆除拼装平台上长出多余的贝雷梁组，分段吊到驳船上，拆除围堰下放线路上的贝雷梁。
逐步伸长预应力筋，使底节围堰缓慢下放，接长预应力筋，使围堰下放到水面，自浮在水面上。
3.4 第二三节拼装顺序
第二、 三节围堰接高顺序按从围堰长边中部向两短边进行，对称施工保持围堰的稳定性。
3.5 接高围堰
接高前，在底节围堰顶用型钢设置围堰接高平台。拼接施工时以底节围堰为基准，初步定位、测量放样、精确定位、焊接安装。在接高施工时按照编号对称进行施工保持围堰的稳定性。在完成所有节段的组拼后，对焊缝质量、侧板水密性及吊箱尺寸、安装精度进行检查验收，拆除底节围堰上的临时施工平台移至中节围堰的顶面，作为顶节围堰接高时的操作平台。顶节围堰接高步骤同中节围堰。
4 围堰吸泥下沉
围堰在覆盖层中下沉的阻力来自两个方面，一是刃尖下土的正面阻力，二是围堰外壁与土层间的摩阻力。围堰在覆盖层中下沉就是消除或减少刃尖下的正面阻力，靠围堰的自重克服外壁的摩阻力而下沉，而消除或减少正面阻力的方法就是从围堰内吸泥除土，降低围堰内泥面高程。
1）围堰着落河床后，根据围堰内实测泥面的情况，决定在围堰内的吸泥部位。吸泥部位应视围堰的倾斜情况，使围堰高的一边首先下沉并逐步使围堰顶面调平，要一面测量，一面吸泥调平下沉。 2）当围堰调平后，倾斜率小于1%时，可在围堰内均衡吸泥，这时围堰中心处泥面可低于刃尖2m，刃尖处泥面应与刃尖平齐，不宜低于刃尖。
3）在下沉过程中，要不断调整围堰的倾斜和位移。在纠正倾斜和位移前，应先摸清情况，分析原因，然后采取相应的措施。
4）钢围堰在下沉过程中和下沉完毕后， 将引起水流流态的变化，导致5#墩附近河床加快局部冲刷，故此在泥吸下沉中容易出现砂涌。大量翻砂将会引起严重的不良后果，一是可能造成围堰倾斜，二是由于流砂急骤涌入围堰内，围堰内部水头迅速上升，形成围堰内外水头高差悬殊，使围堰破坏。因此在围堰下沉过程 ，必须避免翻砂现象的发生。
5）及时掌握围堰内的吸泥浓度及泥面高差，吸泥时每2小时测一次围堰内泥面高度，并根据围堰中的泥面情况绘制等高线图及时分析，随时调整吸泥部位。
6）保证对围堰内的补水，保持围堰内外水头平衡或围堰内水头高于围堰外，值班人员应随时观察围堰内外水位高度，围堰内水头不得低于围堰外。
5 围堰封底
该围堰采用垂直导管法灌注水下封底混凝土。封底工艺流程：施工准备→清基→检查验收→封底平台布置→围堰封底
1）当双壁钢围堰下沉至设计标高，进行围堰范围内清基：采用空气吸泥机吸泥法的施工工艺，把钢围堰范围内的覆盖层全部清除，满足封底厚度要求后，潜水工下水，用高压枪对钢围堰刃脚内侧。护筒周边进行冲洗，确保封底混凝土与围堰内侧、护筒周边接触面有良好的握裹性。
2）在围堰内布置Φ273mm导管，长度23m，混凝土的流量半径R约4.0m左右。每个灌注点灌注速度采用0.2m/h左右。
3）5#墩围堰封底混凝土由水上混凝土工厂和岸上拌合楼同时供应。水上混凝土工厂生产的混凝土，直接通过混凝土泵和输送管道，泵至各导管中去进行水下封底混凝土灌注。
6 围堰抽水
封底混凝土浇筑完成达到设计强度后，即可进行围堰抽水作业。围堰抽水步骤：
1）首先采用潜水泵抽水，抽水过程中，随水位的下降，随时观测围堰侧板是否变形；
2）抽水至-13.0m时，暂停2小时查看围堰内水位是否快速上升，若有则再派潜水员下水寻找渗漏点并采取措施进行堵漏，若无则继续抽水。
3）最后还剩1m左右的水深时用高压射水对围堰壁、护筒壁和封底混凝土沉淀泥浆再次进行清理，直至围堰内水全部抽干。
7 结束语
双壁钢围堰在深水基础施工中较常见，围堰设、施工要综合考虑地质、水文、工期及围堰制造运输等综合风险因素，从安庆长江大桥水中双壁围堰施工情况来看，该项基础止水方案施工较为顺利，为承台施工提供了可靠的安全质量保障，为后续分项工程施工节省了工期，积累了经验。
【参考文献】
[1]TZ210-2005 铁路混凝土工程施工技术指南[S].
[2]TZ213- 2005 客运专线铁路桥涵工程施工技术指南[S].
[3]TB10002.2-2005 铁路桥梁钢结构设计规范[S].
[4]宁安铁路安庆长江大桥施工设计图[Z].
