深水裸巖雙壁鋼圍堰的設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)常規(guī)施工方法，本文以柳州市白沙大橋?yàn)槔敿?xì)介紹雙壁鋼圍堰在深水裸巖區(qū)域的設(shè)計(jì)與施工。

【關(guān)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(yīng)面廣等優(yōu)點(diǎn)，給深水橋梁下部施工帶來無水施工環(huán)境。設(shè)計(jì)施工人員對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件進(jìn)行充分了解，并在此基礎(chǔ)上制定科學(xué)而富有針對(duì)性的施工方案，確保鋼圍堰施工安全順利地進(jìn)行。

2. 工程概況

（1）白沙大橋位于柳州市河?xùn)|大橋和壺東大橋之間，西起柳北區(qū)躍進(jìn)路東至河?xùn)|片區(qū)高新三路與海關(guān)路交叉口，全長(zhǎng)1920m。白沙大橋主要分為主橋與引橋兩大部分，主橋?yàn)?×200m單塔雙索面斜拉橋。其中主塔采用8根300cm分離式樁基礎(chǔ)，承臺(tái)為矩形承臺(tái)，橫橋向?qū)?2m，縱橋向長(zhǎng)27.5m，高8m。承臺(tái)施工采用鋼圍堰施工工藝，鋼圍堰設(shè)計(jì)為雙壁形式，壁厚1m，尺寸為27.6m×12.1m（箱內(nèi)尺寸），根據(jù)柳江水位情況設(shè)定圍堰頂標(biāo)高為79.5m，高于常水位2m，封底混凝土頂標(biāo)高為64.0m，圍堰總長(zhǎng)度為18.5m，共分為三節(jié)，首節(jié)長(zhǎng)度為6.5m，二、三兩節(jié)長(zhǎng)度為6m。內(nèi)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(zhì)，卵石覆蓋層僅為0.3m～0.7m高，根據(jù)封底混凝土標(biāo)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(huán)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(shè)計(jì)開挖覆蓋層后可進(jìn)行控制爆破，覆蓋層（砂卵石）開挖邊坡取1：3，按規(guī)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(guī)范要求，超寬值取1.0m，超深值取0.4m。按《爆破安全規(guī)程》爆破工程分級(jí)表規(guī)定，距爆區(qū)500m范圍內(nèi)有重要的建筑物（橋梁），屬于B級(jí)巖石爆破。

4. 雙壁鋼圍堰設(shè)計(jì)

采用madis civil進(jìn)行建模計(jì)算，雙壁鋼圍堰受到靜水壓力、動(dòng)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(dòng)水壓力作用于圍堰迎水面（雙壁鋼圍堰結(jié)構(gòu)驗(yàn)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(duì)接、骨肋對(duì)接→單片桁架內(nèi)組拼→內(nèi)外壁組合制造（在胎模上焊骨肋）→調(diào)整焊接變形→脫模。

（2）下料所劃的切割線必須準(zhǔn)確清晰，下料允許偏差±1mm、對(duì)角線偏差±2mm。下料應(yīng)根據(jù)鋼板厚度預(yù)留切割量。

（3）單元件寬度、高度下料時(shí)要考慮焊接收縮量，一般控制在L/1000mm。

圖2 雙壁鋼圍堰結(jié)構(gòu)驗(yàn)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(cè)（切割面上緣）用砂輪倒棱，倒棱寬度0.5～2mm，對(duì)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(tài)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(duì)圍堰刃腳處河床進(jìn)行鑿平處理，利用HTZ-8型沖擊鉆，鉆錘直徑為1.5米，對(duì)圍堰刃腳處逐點(diǎn)進(jìn)行鑿平后采用空壓機(jī)抽渣保證圍堰下放設(shè)計(jì)標(biāo)高。

5.3 鋼圍堰拼裝。

首節(jié)鋼圍堰采用對(duì)稱安裝，首先安裝對(duì)角處節(jié)段，然后再依次對(duì)稱安裝相鄰模板，模板安裝采用浮吊 吊裝至施工平臺(tái)上，吊起首節(jié)鋼圍堰模板緩緩落置I25b工字鋼橫梁上，經(jīng)測(cè)量校核圍堰的定位點(diǎn)及垂直度無誤后，用[22a槽鋼將圍堰內(nèi)側(cè)與鋼管樁之間焊接，使其臨時(shí)固定及限位，松吊鉤，這樣第一片圍堰作為定位基準(zhǔn)塊，依次吊裝其余圍堰，依次就位完畢，經(jīng)測(cè)量校核其平面位置及垂直度均合乎要求后，利用8m長(zhǎng)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(cè)量預(yù)留寬度后，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)中間節(jié)段切割、下料，開好坡口后，再吊裝到位，并對(duì)接縫進(jìn)行滿焊。首節(jié)鋼圍堰施焊完畢，焊縫處涂煤油作滲透性試驗(yàn)。

5.4 鋼圍堰下沉。

（1）首節(jié)鋼圍堰在拼裝平臺(tái)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(jié)圍堰。

（2）鉆孔平臺(tái)頂標(biāo)高為82.5m，拼裝平臺(tái)標(biāo)高為79.87m，門架橫梁頂標(biāo)高設(shè)置為89.77m。

（3）在吊點(diǎn)位置設(shè)置1個(gè)100t千斤頂提升系統(tǒng)進(jìn)行吊裝，提升系統(tǒng)采用精軋螺紋鋼作為吊線，每幅門架設(shè)置1個(gè)吊點(diǎn)，共8個(gè)吊點(diǎn)，鋼圍堰處吊點(diǎn)采用型鋼制作，滿焊于鋼圍堰內(nèi)壁。

（4）在大重量整體提升分段自浮式安裝圍堰系統(tǒng)安裝完成后，檢查系統(tǒng)各個(gè)部件安裝質(zhì)量，確保結(jié)構(gòu)安全后，進(jìn)行鋼圍堰下放作業(yè)。

（5）千斤頂開始頂升時(shí)，由指揮人員通過旁站觀測(cè)人員返回?cái)?shù)據(jù)，統(tǒng)一指揮8個(gè)同步器同時(shí)供油，并通過觀測(cè)，及時(shí)糾偏。確保千斤頂回油后8個(gè)吊點(diǎn)能夠同時(shí)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(tái)，然后下沉鋼圍堰直至鋼圍堰產(chǎn)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(shí)時(shí)調(diào)整圍堰位置。

（6）第二、三節(jié)鋼圍堰拼裝與首節(jié)鋼圍堰拼裝順序相同，拼裝時(shí)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(duì)接合攏后，檢查上下兩節(jié)圍堰的接縫是否密貼，各隔艙分隔線是否對(duì)齊，焊接采用氣保焊進(jìn)行焊接，每節(jié)焊接完畢利用煤油對(duì)焊縫進(jìn)行滲透試驗(yàn)，檢查焊縫的水密性，如有滲漏應(yīng)及時(shí)補(bǔ)焊。鋼圍堰應(yīng)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(tài)的鋼圍堰，采取分艙對(duì)稱加水的方法使鋼圍堰下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

5.5 鋼圍堰范圍內(nèi)河床清理。

鋼圍堰下沉完畢后，采用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)、抓斗及空氣吸泥機(jī)三項(xiàng)配合的施工工藝，把鋼圍堰范圍內(nèi)的覆蓋層及垃圾全部清除。當(dāng)吸泥至設(shè)計(jì)高程后，滿足封底厚度要求后，潛水工下水對(duì)鋼圍堰刃腳內(nèi)側(cè)、鋼護(hù)筒周邊進(jìn)行沖洗，確保鋼圍堰內(nèi)側(cè)、鋼護(hù)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(shí)間較長(zhǎng)，在鋼護(hù)筒外壁及鋼圍堰內(nèi)壁上會(huì)存有其他雜物，為保證混凝土與鋼管（圍堰內(nèi)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(nèi)圍堰表面、鋼護(hù)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(jìn)行，混凝土采用商品混凝土集中攪拌供料，運(yùn)料至現(xiàn)場(chǎng)。為防止封底時(shí)圍堰內(nèi)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(shí)置換的水量。圍堰抽水時(shí)用鋼板封堵。導(dǎo)管采用內(nèi)徑300mm的鋼管共2套進(jìn)行澆筑。澆筑采用一次性澆筑。

6. 結(jié)束語

水中雙壁鋼圍堰在深水基礎(chǔ)中施工較常見，設(shè)計(jì)及施工中要綜合考慮地質(zhì)、水文、工期、圍堰設(shè)計(jì)加工質(zhì)量等綜合風(fēng)險(xiǎn)因素。

參考文獻(xiàn)

[1] 柳州市白沙大橋?qū)嵤┬允┕そM織設(shè)計(jì).

[2] 柳州市白沙大橋承臺(tái)專項(xiàng)施工方案.

[3] 《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTG/F50-2011.

[4] 柳州市白沙大橋工程施工招標(biāo)文件、設(shè)計(jì)圖紙及說明.