超大體積鋼圍堰施工分析

陳子陽

摘要：文章針對鋼圍堰沉放、拼接、加固、拆除等一系列過程中的施工要點進行了論述。鋼圍堰進入入泥沉放過程時，采取澆筑夾壁混凝土、注（抽）水和圍堰內吸泥三種方式并舉輔助圍堰下沉，并隨時注意調整圍堰姿態。文章提及的施工要點提高了鋼圍堰的沉放效率，降低了鋼圍堰施工過程中的結構風險，順利完成了主體結構的施工。

關鍵詞：超大體積鋼圍堰;沉放施工;結構加固;施工技術;橋梁建設 文獻標識碼：A

中圖分類號：U445 文章編號：1009-2374（2016）04-0116-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.04.058

1 鋼圍堰簡介

以某橋為例，該圍堰共分為三節：第一節高度為11.8m;第二節高度為10.5m;第三節高度為6.8m，總高度：29.1m，整體重量：1803t，平面尺寸：58.1m×28.1m。

2 鋼圍堰沉放前準備工作

樁基施工即將結束時，在不影響后續樁基施工的前提下，分步驟分區域拆除鋼護筒區域面層結構。在此過程中，如有需要，可以搭設簡易的活動平臺，同步進行長臂挖機的清淤工作，為日后圍堰沉放的吸泥工作減輕負擔。在操作中，做好測量觀測工作，以便判斷江水的沖刷作用是否對挖泥區域有影響，如有較大影響，就需要考慮在圍堰沉放區域外側3～5m位置進行拋填工作，根據實際情況，選擇拋填的范圍大小，拋填高度不宜過高，以免造成浪費，以1～2m為宜，多采用砂袋，便于施工;樁基施工完成后，對影響鋼圍堰沉放的所有面層結構、橫梁、平聯等進行拆除。在安裝導向前，需要及時對設置導向裝置的鋼護筒平面偏位以及傾斜度測量，為安裝導向裝置提供依據。導向在下放過程中起關鍵作用，應根據實際鋼圍堰平面尺寸設置，宜多不宜少。此外，要在設置導向的鋼護筒內加上兩三道十字撐，為保證鋼圍堰在沉放過程中不因局部沖刷作用而使鋼護筒受到擠壓變形。鋼圍堰運輸至現場后，對其進行測量放樣，為下放過程中控制其平面偏差及傾斜度做好準備。另外，鋼圍堰沉放所用空氣吸泥機、抽水泵等應提前安置于指定位置。

3 鋼圍堰沉放施工

以某橋三節鋼圍堰沉放為例，在第一節鋼圍堰著床前，進行清理整平，保證圍堰能夠均勻著床，沉放姿態準確。在平潮時段，進行第一節鋼圍堰下水自浮，吃水深度約為3.2m，期間干澆筑2m刃腳混凝土，對稱澆筑，以免圍堰發生傾斜，圍堰吃水約為6m。在平潮時段，流速較小，圍堰整體處于懸浮狀態，受水流沖擊力小，接高第二節鋼圍堰，吃水深度8.65m，第一節與第二節鋼圍堰連接采用氣保焊焊接，焊縫質量嚴格把控。在導向裝置的約束下，圍堰可以保持平面（橫向）穩定姿態，豎向受潮水影響上下浮動。接高完成并檢驗合格后，均勻快速注入約8m高水，為確保圍堰夾壁可以均勻注水，在設計時保證首節圍堰艙室連通，但洞口不宜過大，為防止日后澆筑水下混凝土受到影響，盡量布置在底口，大小以10～20cm為宜（注意在單獨加強艙室中千萬不要連通，關系到鋼圍堰本身的結構安全，在下文中提及），使鋼圍堰快速平穩著床，達到部分刃腳入泥的狀態且高潮位時圍堰不能上浮。期間，根據潮水情況調整注水下沉速度，保證圍堰在平潮時著床，規避水流對圍堰就位的不利影響。著床后測量圍堰平面位置及傾斜度，若超標需進行調整，必要時可抽水使圍堰上浮后重新著床。圍堰平穩著床后，即進入入泥沉放過程，該過程通過澆筑夾壁混凝土、注（抽）水和圍堰內吸泥三種方式并舉輔助圍堰下沉，并隨時注意調整圍堰姿態（以上吃水深度均為計算所得）。圍堰下沉時，隨時注意調整姿態，采用偏心吸泥和不均勻注（抽）水配載法糾偏。圍堰下沉至頂標高+5.0m暫停，轉入第三節圍堰安裝。此時圍堰入泥約5.3m，刃腳處不吸空，保留一定端阻力，以便支撐第三節圍堰重量，在這種狀態下第一、二節鋼圍堰受橫向和豎向約束相對較為穩固，進行圍堰接高相對安全方便。第三節鋼圍堰接高完成后，繼續吸泥下沉，并分2個批次完成剩余10.6m高夾壁混凝土，第一批次澆筑6m高水下混凝土，然后根據下沉情況，選擇合理時機和施工順序，澆筑第二批次4.6m高水下混凝土，使鋼圍堰能夠順利下沉。當下層連通器距離河床泥面還有約1m距離時，及時進行封堵。在澆筑夾壁混凝土過程中，有兩個注意事項：（1）進行水下混凝土的澆筑，導管宜選用275mm或325mm直徑，導管懸空不能過高，以10～15cm為宜;（2）保證混凝土有較好的流動性，首封順利進行，確保夾壁混凝土質量，夾壁混凝土涉及到鋼圍堰的結構安全問題，一定不能忽視。鋼圍堰在終沉階段，尤其在刃腳底距離設計底標高2m的時候，適當放慢下沉速度，吸泥方量和吸泥速度應加強控制，確保圍堰平穩下沉，期間嚴格監測圍堰下沉姿態和趨勢，并注（抽）水調整下沉系數。鋼圍堰即將下沉到設計標高時，及時止沉，并連續監測，確保圍堰準確下沉到位并保持穩定。終沉穩定后，將外圈鋼護筒與鋼圍堰內壁用型鋼臨時焊接固定，對鋼圍堰最終定位。

4 夾壁注水和澆筑混凝土施工

4.1 注水施工

鋼圍堰四周均勻布置水泵，即每個獨立隔艙布置一臺水泵，總注水能力不小于500m3/h，均勻對稱地對夾壁注水。

4.2 夾壁混凝土施工

一般夾壁混凝土采用標號為C25的混凝土，除圍堰刃腳采用干澆筑工藝外，其余采用水下澆筑混凝土工藝，而且水下混凝土澆筑均在鋼圍堰著床之后，并可以與吸泥施工同時進行。夾壁混凝土澆筑需采用2臺汽車泵形成2個工作面均勻對稱進行。

5 鋼圍堰墩位拼接施工

鋼圍堰接高選擇在平潮時段進行，圍堰接高時，利用浮吊將上節圍堰緩慢落放在下節圍堰上，使下節圍堰均勻緩慢受力，確保在此期間圍堰不發生突沉。在平潮時段，圍堰上下浮動很小，漲潮或落潮時，可以根據水位升落情況，抽（注）夾壁內水，減小圍堰上下浮動范圍，以滿足圍堰接高施工要求;在第二次接高時，第一、二節圍堰已經入泥穩定，第三節圍堰完全落放在第二節圍堰上時，圍堰整體下沉很小。鋼圍堰在拼接處設置臨時定位卡槽，第二節或第三節圍堰吊運至墩位后，精確調整其平面位置及姿態，緩慢下放浮吊吊鉤，使其安全、穩定地落放在第一節或第二節圍堰頂面臨時定位卡槽中。然后，對鋼圍堰姿態進行調整，滿足要求后將上、下節鋼圍堰用碼板臨時固定，進行匹配連接，保證兩節鋼圍堰平順連接。接著，浮吊解鉤，轉入接縫焊接。焊接包括內外壁板及豎向加勁肋、橫隔板等焊縫。施焊完成后，應進行焊縫檢測及水密性試驗，檢驗合格后，方可進入下道工序。重點對鋼圍堰關鍵受力部位以及吊耳索具進行觀測和檢查，確保鋼圍堰吊運、沉放安全。

6 鋼圍堰加固

6.1 隔艙

根據圍堰壁體局部受力以及沉放期間姿態調整的需要，沿四周在相應位置設置腹板和翼緣板厚度均為16mm的工字形截面梁，并與內、外壁板焊接形成隔艙板，形成10個密閉注水獨立隔艙，通長布置。

6.2 鋼支撐

鋼支撐共分為四層設置，其中第一、二節圍堰各有一層鋼支撐，第三節圍堰有兩層支撐，滿足每節鋼圍堰吊裝和使用期間結構受力需要，支撐點與隔艙板位置相對應。主支撐采用Φ1000mm×10mm鋼管，角部斜撐采用Φ800mm×10mm鋼管，所有平聯均采用Φ630mm×8mm鋼管。

6.3 結構加固

鋼支撐設置在獨立隔艙位置，對稱布置，以此工程為例，最大水頭差為23m，對鋼圍堰的結構安全要求相當高。因此，建議在獨立隔艙澆筑高強度混凝土，以滿足結構需要。以圍堰橫橋方向為例（長邊方向），圍堰外側水壓力及土應力在平面上呈均勻分布，在空間上呈三角形分布（為方便說明，暫忽略局部沖刷作用），橫橋方向上彎矩是中間大兩端小的受力狀態，類似于簡支梁彎矩圖（如圖1），如在獨立隔艙內澆筑混凝土，相當于在橫橋方向上增加約束，受力圖近似于多跨連續梁彎矩圖（如圖2），將有效改變其受力形態，大大減小了圍堰的結構風險。

為了日后拆除施工的方便，應先在隔艙內圍堰拆除位置（承臺頂標高處）放入砂袋，后澆筑混凝土（承臺以下位置同樣澆筑混凝土），起到分離作用。

7 鋼圍堰拆除施工

主體工程基本完工后，需要對承臺頂面標高以上的鋼圍堰進行拆除。按照“分塊切割、分塊拆除、確保安全”的總體思路進行鋼圍堰拆除施工。鋼圍堰以承臺頂面標高為基準，基準以下部分保留，基準標高以上部分分塊切割拆除。根據工程實際情況，選擇合適吊機進行拆除作業。

7.1 拆除準備工作

鋼圍堰在拆除之前，須將承臺頂面預埋件嚴格按照設計要求進行處理。鋼圍堰夾壁內進行雜物清理，為施工人員預留通道。同時對鋼圍堰夾壁內混凝土標高進行復測，對鋼圍堰外側河床泥面進行連續觀測，對觀測數據及時采集、分析，確保鋼圍堰拆除的順利進行。另外，撤除圍堰內所有機具設備以及臨時支架等，打開連通器，保證圍堰內外的水位平衡，然后水下割除圍堰內鋼支撐。

7.2 鋼圍堰切割及起吊施工

鋼圍堰按照“自上而下，先豎縫再水平縫”的總體順序進行。切割安排在風力小于6級的平潮時段進行，切割時，首先切割上、下游側的壁體，以減小切割后，水流的正面沖擊，確保切割過程中鋼圍堰的結構安全。

單塊壁體切割時，水位以上的部分采用氧氣-乙炔切割，可趁低潮時將低水位以上部分豎縫切割完成。低水位以下部分派潛水員進行水下切割，切割采用電弧-氧切割。為確保潛水員水下作業安全，在進行水下切割時，必須在平潮時段進行，漲落潮時嚴禁下水切割。同時，切割過程中，被切割的單塊壁體應先與吊車進行連接，通過吊車將鋼圍堰進行固定，防止壁體傾倒。潛水員進入鋼圍堰夾壁內進行切割作業，由于鋼圍堰夾壁寬度為1.5m，滿足人員通過和作業要求，又可確保人員安全。

壁體切割完成后，潛水員迅速撤離。單塊壁體進行起吊，放置在平板車或運輸駁船轉運至指定地點堆放。

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（責任編輯：黃銀芳）