深水裸巖雙壁鋼圍堰的設計及施工

鄧海洪

【摘 要】雙壁鋼圍堰為大中型跨水域橋梁下部結構常規施工方法，本文以柳州市白沙大橋為例，詳細介紹雙壁鋼圍堰在深水裸巖區域的設計與施工。

【關鍵詞】裸巖；深水；雙壁鋼圍堰；爆破

Design and Construction of Double - wall Steel Cofferdam for Deep Water

Deng Hai-hong

（China Railway Engineering Group Southern Engineering Consulting Co.， Ltd Zhuhai Guangdong 519000）

【Abstract】Double-wall steel cofferdam for large and medium-sized across the waters of the conventional construction method of bridge foundation based on the liuzhou baisha bridge as an example， introduced in detail the double-wall steel cofferdam bare rock in the deep area of design and construction.

【Key words】Bare rock；Deep water；Double wall steel cofferdam

1. 引言：雙壁鋼圍堰具有制作方便、抗水壓、施工迅速、適應面廣等優點，給深水橋梁下部施工帶來無水施工環境。設計施工人員對工程現場環境條件進行充分了解，并在此基礎上制定科學而富有針對性的施工方案，確保鋼圍堰施工安全順利地進行。

2. 工程概況

（1）白沙大橋位于柳州市河東大橋和壺東大橋之間，西起柳北區躍進路東至河東片區高新三路與海關路交叉口，全長1920m。白沙大橋主要分為主橋與引橋兩大部分，主橋為2×200m單塔雙索面斜拉橋。其中主塔采用8根300cm分離式樁基礎，承臺為矩形承臺，橫橋向寬12m，縱橋向長27.5m，高8m。承臺施工采用鋼圍堰施工工藝，鋼圍堰設計為雙壁形式，壁厚1m，尺寸為27.6m×12.1m（箱內尺寸），根據柳江水位情況設定圍堰頂標高為79.5m，高于常水位2m，封底混凝土頂標高為64.0m，圍堰總長度為18.5m，共分為三節，首節長度為6.5m，二、三兩節長度為6m。內支撐采用630×8mm鋼管，圍檁采用I45a雙拼工字鋼。

（2）橋位處河床面為裸巖地質，卵石覆蓋層僅為0.3m～0.7m高，根據封底混凝土標高，圍堰需要嵌入巖層3m左右，需要采用爆破施工后清渣方可下放圍堰，特定環境給圍堰施工增加了極大的難度（雙壁鋼圍堰平面布置圖見表1）。

3. 水下爆破

河床設計開挖覆蓋層后可進行控制爆破，覆蓋層（砂卵石）開挖邊坡取1：3，按規范要求，超寬值取3.0m，超深值取0.5m。巖石開挖邊坡取1：1，按規范要求，超寬值取1.0m，超深值取0.4m。按《爆破安全規程》爆破工程分級表規定，距爆區500m范圍內有重要的建筑物（橋梁），屬于B級巖石爆破。

4. 雙壁鋼圍堰設計

采用madis civil進行建模計算，雙壁鋼圍堰受到靜水壓力、動水壓力及自重荷載的共同作用，靜水壓力作用于圍堰的四周，動水壓力作用于圍堰迎水面（雙壁鋼圍堰結構驗算見表2）。

5. 雙壁鋼圍堰下放及安裝

5.1 圍堰焊接組裝。

（1）雙壁鋼圍堰的加工流程：下料→鋼板對接、骨肋對接→單片桁架內組拼→內外壁組合制造（在胎模上焊骨肋）→調整焊接變形→脫模。

（2）下料所劃的切割線必須準確清晰，下料允許偏差±1mm、對角線偏差±2mm。下料應根據鋼板厚度預留切割量。

（3）單元件寬度、高度下料時要考慮焊接收縮量，一般控制在L/1000mm。

圖2 雙壁鋼圍堰結構驗算

（4）下料寬度允許偏差±1mm。切割后的熔渣予以清除，焰切起始側（切割面上緣）用砂輪倒棱，倒棱寬度0.5～2mm，對深度不大于2mm的崩坑和缺口用砂輪沿縱向修磨勻順。

5.2 河床整平。

靜態爆破后無法精確控制圍堰下放位置河床平整度，鋼圍堰拼裝前對圍堰刃腳處河床進行鑿平處理，利用HTZ-8型沖擊鉆，鉆錘直徑為1.5米，對圍堰刃腳處逐點進行鑿平后采用空壓機抽渣保證圍堰下放設計標高。

5.3 鋼圍堰拼裝。

首節鋼圍堰采用對稱安裝，首先安裝對角處節段，然后再依次對稱安裝相鄰模板，模板安裝采用浮吊 吊裝至施工平臺上，吊起首節鋼圍堰模板緩緩落置I25b工字鋼橫梁上，經測量校核圍堰的定位點及垂直度無誤后，用[22a槽鋼將圍堰內側與鋼管樁之間焊接，使其臨時固定及限位，松吊鉤，這樣第一片圍堰作為定位基準塊，依次吊裝其余圍堰，依次就位完畢，經測量校核其平面位置及垂直度均合乎要求后，利用8m長掛梯依次滿焊合攏豎向拼縫。中間合攏段鋼圍堰采用在精確測量預留寬度后，現場對中間節段切割、下料，開好坡口后，再吊裝到位，并對接縫進行滿焊。首節鋼圍堰施焊完畢，焊縫處涂煤油作滲透性試驗。

5.4 鋼圍堰下沉。

（1）首節鋼圍堰在拼裝平臺上拼裝完成后，采用大重量整體提升分段自浮式安裝圍堰的方法下沉首節圍堰。

（2）鉆孔平臺頂標高為82.5m，拼裝平臺標高為79.87m，門架橫梁頂標高設置為89.77m。

（3）在吊點位置設置1個100t千斤頂提升系統進行吊裝，提升系統采用精軋螺紋鋼作為吊線，每幅門架設置1個吊點，共8個吊點，鋼圍堰處吊點采用型鋼制作，滿焊于鋼圍堰內壁。

（4）在大重量整體提升分段自浮式安裝圍堰系統安裝完成后，檢查系統各個部件安裝質量，確保結構安全后，進行鋼圍堰下放作業。

（5）千斤頂開始頂升時，由指揮人員通過旁站觀測人員返回數據，統一指揮8個同步器同時供油，并通過觀測，及時糾偏。確保千斤頂回油后8個吊點能夠同時均勻受力，直到圍堰被頂起約50cm并確定無異常后拆除拼裝平臺，然后下沉鋼圍堰直至鋼圍堰產生自浮，拆除門架。在下沉過程中利用手拉葫蘆將圍堰與鋼管樁連接實時調整圍堰位置。

（6）第二、三節鋼圍堰拼裝與首節鋼圍堰拼裝順序相同，拼裝時確保鋼圍堰平衡。鋼圍堰拼縫焊接水平縫宜從四角向板中焊接，豎縫宜從底向上焊接。鋼圍堰對接合攏后，檢查上下兩節圍堰的接縫是否密貼，各隔艙分隔線是否對齊，焊接采用氣保焊進行焊接，每節焊接完畢利用煤油對焊縫進行滲透試驗，檢查焊縫的水密性，如有滲漏應及時補焊。鋼圍堰應緩慢下沉，每下沉一定深度，要全面檢查是否漏水。處于懸浮狀態的鋼圍堰，采取分艙對稱加水的方法使鋼圍堰下沉至設計標高。

5.5 鋼圍堰范圍內河床清理。

鋼圍堰下沉完畢后，采用長臂挖掘機、抓斗及空氣吸泥機三項配合的施工工藝，把鋼圍堰范圍內的覆蓋層及垃圾全部清除。當吸泥至設計高程后，滿足封底厚度要求后，潛水工下水對鋼圍堰刃腳內側、鋼護筒周邊進行沖洗，確保鋼圍堰內側、鋼護筒周邊與封底混凝土接觸面有良好的握裹性。

5.6 澆筑封底混凝土。

由于鉆孔樁與鋼圍堰下沉施工時間較長，在鋼護筒外壁及鋼圍堰內壁上會存有其他雜物，為保證混凝土與鋼管（圍堰內壁）的握裹力，在封底前需要潛水員用鋼絲刷清除封底混凝土范圍內圍堰表面、鋼護筒表面的氧化物和附著物。封底混凝土在鋼圍堰下沉到位后即可進行，混凝土采用商品混凝土集中攪拌供料，運料至現場。為防止封底時圍堰內水位高于箱外水位，可在圍堰下游略高于常水位處開孔，排出封底時置換的水量。圍堰抽水時用鋼板封堵。導管采用內徑300mm的鋼管共2套進行澆筑。澆筑采用一次性澆筑。

6. 結束語

水中雙壁鋼圍堰在深水基礎中施工較常見，設計及施工中要綜合考慮地質、水文、工期、圍堰設計加工質量等綜合風險因素。

參考文獻

[1] 柳州市白沙大橋實施性施工組織設計.

[2] 柳州市白沙大橋承臺專項施工方案.

[3] 《公路橋涵施工技術規范》JTG/F50-2011.

[4] 柳州市白沙大橋工程施工招標文件、設計圖紙及說明.