某橋梁深水基礎(chǔ)雙壁鋼圍堰設(shè)計(jì)與施工

周 輝

（中鐵上海工程局，上海 200436）

某橋梁深水基礎(chǔ)雙壁鋼圍堰設(shè)計(jì)與施工

周 輝

（中鐵上海工程局，上海 200436）

針對(duì)橋梁基礎(chǔ)位于水庫(kù)深水區(qū)，宜采用雙壁鋼圍堰施工的特點(diǎn)，進(jìn)行了雙壁鋼圍堰的設(shè)計(jì)。并對(duì)雙壁鋼圍堰進(jìn)行了有限元分析，分析表明，本文設(shè)計(jì)的雙壁鋼圍堰滿(mǎn)足全部施工過(guò)程的安全要求，且節(jié)約材料，造價(jià)低。

橋梁工程，深水基礎(chǔ)，雙壁鋼圍堰，設(shè)計(jì)，施工

近幾十年來(lái)的橋梁工程建設(shè)中，深水基礎(chǔ)或水中承臺(tái)的施工，或采用鋼圍堰或鋼套箱。但在橋梁較大深水基礎(chǔ)的施工中，則宜采用雙臂鋼圍堰。本文結(jié)合深水庫(kù)區(qū)大橋的水中基礎(chǔ)施工，進(jìn)行了雙壁鋼圍堰的設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹較大深水基礎(chǔ)的雙壁鋼圍堰方案設(shè)計(jì)與計(jì)算分析。

1 工程概況

項(xiàng)目所在水庫(kù)區(qū)橋梁全長(zhǎng)610.5m，上部結(jié)構(gòu)為10孔50m預(yù)制箱梁，全橋共11個(gè)墩臺(tái)。其中5#～8#墩位于水庫(kù)深水區(qū)，水中承臺(tái)尺寸為900×1200cm，承臺(tái)高度3.0cm。墩底尺寸約400×1000cm。施工水位高程12.57m，承臺(tái)底標(biāo)高6號(hào)墩最低，為10.658m。考慮封底混凝土厚度1.0m～1.5m。按照設(shè)計(jì)圖紙所提供的施工水位計(jì)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(chǔ)常規(guī)的施工方法，對(duì)于這樣的深水區(qū)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(shí)性擋水設(shè)施，主要由三部分組成：雙壁鋼圍堰側(cè)板、圍堰內(nèi)支撐體系和封底砼。鋼圍堰的作用是通過(guò)圍堰側(cè)板和封底混凝土擋水，為承臺(tái)施工提供無(wú)水的施工環(huán)境。鋼圍堰側(cè)板兼做承臺(tái)側(cè)向模板，封底混凝土兼做承臺(tái)施工底模。

2 雙壁鋼圍堰方案設(shè)計(jì)

圍堰寬度為1.4m，鋼圍堰側(cè)板由內(nèi)外側(cè)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(nèi)外側(cè)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(shè)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(nèi)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(xué)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(yīng)用軟件的單元激活與鈍化功能，模擬全部施工過(guò)程，進(jìn)行強(qiáng)度、變形力學(xué)分析。

本模型用板單元模擬內(nèi)外鋼壁，用梁?jiǎn)卧M橫向和豎向主龍骨內(nèi)撐，桁架單元模擬斜撐，實(shí)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(yàn)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(jìn)行力學(xué)分析。得到混凝土、鋼板和支撐的應(yīng)力如下各圖4-8所示。

圖4 圍堰底節(jié)混凝土主應(yīng)力

圖5 鋼板X(qián)-X方向正應(yīng)力

（1）底節(jié)填充混凝土部分變形和強(qiáng)度均滿(mǎn)足要求。

（2）承臺(tái)以上雙壁鋼圍堰部分，在抽水之后的變形和應(yīng)力滿(mǎn)足要求。

但變截面處的支撐和主龍骨，應(yīng)力較大，出現(xiàn)了，局部失穩(wěn)的現(xiàn)象，如下圖9所示：

考慮到模型簡(jiǎn)化的誤差，依據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)變截面處的主龍骨不做加強(qiáng)設(shè)計(jì)，采用底節(jié)內(nèi)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(yīng)力

圖7桁架單元正應(yīng)力

圖8 梁?jiǎn)卧龖?yīng)力

圖9 變截面處的主龍骨局部失穩(wěn)

4 雙壁鋼圍堰施工技術(shù)要點(diǎn)

鋼圍堰統(tǒng)一在加工場(chǎng)分塊分節(jié)加工制作成型，半成品加工完成后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員驗(yàn)收合格后，龍門(mén)吊起吊到平板車(chē)，運(yùn)送到鋼圍堰臨時(shí)堆放場(chǎng)地堆放。制作時(shí)圍堰上下共分為3節(jié)（7m+7m+3.5m），每節(jié)圍堰共14塊組成。

雙壁鋼圍堰施工，首先拆除水上鉆孔平臺(tái)，用抓斗或水上長(zhǎng)臂挖掘機(jī)清理圍堰范圍內(nèi)的河床，然后在鋼護(hù)筒頂安裝縱橫向主梁（作圍堰下沉對(duì)位、固定用），并在護(hù)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(yùn)至墩位處，將底節(jié)圍堰分塊吊裝至牛腿上，對(duì)位、固定、焊接、合攏，灌注刃腳砼，且在圍堰內(nèi)壁焊接下沉定位設(shè)置、安裝固定導(dǎo)鏈，利用導(dǎo)鏈將底節(jié)鋼圍堰吊起，拆除牛腿，下放底節(jié)鋼圍堰，下沉到位后，再按同樣方法拼裝焊接下沉第二、三節(jié)鋼圍堰，最后利用吸泥機(jī)進(jìn)行吸泥清基，灌注封底砼，待承臺(tái)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(zhǔn)確，在圍堰內(nèi)壁每對(duì)應(yīng)承臺(tái)四周鋼護(hù)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(hù)筒之間預(yù)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(zhǔn)確。

圍堰下沉選擇在水流較平穩(wěn)時(shí)進(jìn)行，利用16個(gè)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(huán)將圍堰吊在鋼護(hù)筒上，在現(xiàn)場(chǎng)總指揮的統(tǒng)一指揮下，16名操作工人同時(shí)拉動(dòng)葫蘆，收10cm，使鋼圍堰脫離裝懸臂梁支撐，此時(shí)檢查葫蘆及吊耳受力狀態(tài)，確定懸掛系統(tǒng)無(wú)變形后割除鋼護(hù)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(dāng)圍堰進(jìn)尺到最后1m時(shí)就進(jìn)入到終沉階段，在終沉?xí)r，挖土鍋底形狀由“凹"面逐步過(guò)度到“凸"形反鍋底，并且適當(dāng)放慢吸泥速度和數(shù)量，嚴(yán)格按照均勻?qū)ΨQ(chēng)的原則布置吸泥范圍，當(dāng)圍堰四個(gè)控制點(diǎn)高差大于20mm時(shí)，及時(shí)糾偏，糾偏方法以調(diào)整各隔倉(cāng)吸泥速度為主。

圍堰刃腳踏面標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，立即停止吸泥,測(cè)量密切注意觀測(cè)，8h內(nèi)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(hù)筒之間臨時(shí)焊接牢固，確保圍堰穩(wěn)定。測(cè)量要求每間隔6h觀察一次四個(gè)方向標(biāo)高，校核圍堰終沉后位置有無(wú)放生變化。

當(dāng)鋼圍堰完成終沉后，后續(xù)的施工步驟為：鋼圍堰內(nèi)水下砼封底→抽干鋼護(hù)筒→水下切割鋼護(hù)筒→焊接第一層圍檁托架→架設(shè)第一層圍檁→架設(shè)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(shè)第二層圍檁→架設(shè)支撐→第三層支撐架設(shè)同第二層。

5 結(jié)論

（1）方案設(shè)計(jì)充分考慮了承臺(tái)施工和橋墩施工所需的空間。計(jì)算分析表明，滿(mǎn)足施工安全性要求。較大的節(jié)約了材料，降低了施工費(fèi)用；

（2）圍堰拼裝完成后，應(yīng)首先對(duì)圍堰范圍內(nèi)的河床清理，可提高圍堰的下沉速度，并確保圍堰的精確對(duì)位。

[1]中華人民共和國(guó)建設(shè)部. 基坑工程技術(shù)規(guī)范DG/TJ08-61-2010（J11577-2010）[S].2010

[2]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50017-2003[S].2003

[3]中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵路橋涵工程施工安全技術(shù)規(guī)程TB10303-2009（J946-2009）[S].2009

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