武穴長江公路大橋14#墩雙壁鋼圍堰施工關鍵技術

1 工程概況

武穴長江公路大橋全長2051.5m，結構為（56+100+56）m連續箱梁+6×30m預應力混凝土T梁+（56+100+56）m連續箱梁+（80+290+808+3×75）m雙塔雙索面鋼箱混合梁斜拉橋。14#塔承臺設計為矩型，承臺橫橋向總寬29m，縱橋向寬16.5m，承臺頂面高程+7m，承臺底面高程+2m，承臺厚度5m。承臺下行列式布置16根直徑2.5m的鉆孔灌注樁。14#雙壁鋼圍堰平面結構圖見圖1。

圖1 14#雙壁鋼圍堰平面結構圖（單位：mm）

2 總體施工方案

14#墩鋼圍堰施工總體施工方案為：整個圍堰分為28個單元件在工廠加工制造，根據履帶吊的起重量最終將圍堰分為16個塊段在橋位現場焊接。圍堰焊接完成后，利用安裝在護簡上的下放系統下放圍堰至設計標高，然后澆筑封底混凝土，圍堰施工完成[1][2]。施工流程圖見圖2。

圖2 14#鋼圍堰施工流程圖

3 圍堰制作

3.1 圍堰加工制造

按照武穴長江大橋14#墩鋼套箱圍堰施工設計文件，14#圍堰為矩型圍堰，其尺寸為32.43m*19.93m*14.90m。圍堰在工廠進行加工制造，加工流程見圖3。

圖3 14#鋼圍堰加工流程圖

3.2 圍堰的分塊制作

根據圍堰的結構形式，將圍堰分為28個單元件，單元件由內、外壁板、隔艙板、水平桁架及豎肋等部件組焊接而成。單元件制作順序：胎架平臺制作→按圍堰線型焊接支撐→鋪設內壁板→劃線（堅向型材及隔艙板的位置、水平環形板的位置）→安裝內壁板豎肋→安裝水平環板→安裝內隔艙板→安裝環形板的水平桁架→安裝外壁水平環板→安裝外壁板豎肋→鋪設外壁板焊接內部構件[3]。14#雙壁鋼圍堰加工見圖4。

圖4 14#雙壁鋼圍堰加工

3.3 塊段組拼

28個單元件制作完成后，為減少在橋位現場的焊接工作難度及根據橋位現場設備的起吊能力，將每2-3個單元件在船廠組拼成一個塊段，最終圍堰分為16個塊段運到橋位現場。

4 圍堰現場施工

4.1 圍堰現場拼裝

圍堰拼裝前，首先拆除14#鉆孔平臺圍堰區域的分配梁及貝雷組，在護簡頂安裝圍堰吊放系統，利用2臺履帶吊按分段現場對稱組拼雙壁鋼圍堰，最后圍堰在橋位的南北向中間合攏。拼裝完成后對焊縫進行檢查，并進行水密性試驗[4][5]。

4.2 施工平臺拆除

原有施工平臺影響圍堰的拼裝及后面施工，在拼裝圍堰前先在鉆孔平臺上標出雙壁鋼圍堰的安裝位置。拆除圍堰區域的分配梁、貝雷片和枕頭梁，拔除圍堰區域的鋼管樁。

4.3 吊掛系統安裝

平臺拆除后進行吊掛系統的安裝，整個圍堰設置三組吊掛系統，安裝過程中，確保每一組吊掛系統的主梁處于水平狀態。確保主梁開孔與下錨座開孔在同一豎直面上，以便鋼絞線穿接。

4.4 圍堰組拼

根據履帶吊的起吊能力，整個圍堰組拼分為16個塊段，單個塊段最大重量控制50t左右。所有塊段均用船舶從工廠運至橋位處，每個塊段設置4個吊耳，利用130t履帶吊將圍堰塊段吊起，并緩慢落到護筒上支撐牛腿上。在平臺上設置2臺130t的履帶吊對稱組拼鋼圍堰。在圍堰組拼前先在已施工的護筒上焊接牛腿（圍堰所有的臨邊護筒上均設置牛腿，共14個牛腿），牛腿頂面標高與設計的鋼圍堰刃腳底標高齊平。然后測量放線，在牛腿上標出圍堰的平面位置，并設置定位型鋼。拼裝時，使圍堰刃腳踏板的內邊線直接靠在內側的定位型鋼上。在圍堰位置定好之后，圍堰外側安裝限位型鋼并在護筒上設置上下兩層型鋼固定圍堰。

將已定位好的塊段與相鄰塊段利用馬板臨時焊接，然后焊接內外壁板及水平環板。完成后，再將新吊裝的圍堰塊段下端固定，繼續拼接下一塊圍堰。圍堰最終在兩個長邊的中間合攏。合攏塊段的尺寸大小根據現場的實際尺寸進行加工制造和調整。圍堰組拼完成后，安裝圍堰內支撐，內支撐分上下兩層，從下到上按設計位置依次安裝。圍堰拼裝見圖5。

圖5 圍堰拼裝

圍堰塊段拼裝時，前定位型鋼位置應準確，圍堰塊段到位后，應及時安裝后定位型鋼及上下兩層固定型鋼，防止圍堰塊段前后移動和傾覆。

4.5 圍堰下放

經檢查，焊縫及水密試驗均符合要求后，穿接鋼絞線，開始下放圍堰。刃腳進入水面以前，利用兩臺天泵澆筑刃腳混凝土，然后繼續澆筑艙壁混凝土、吸泥直至圍堰下沉到位，最后澆筑封底混凝土。

圍堰下放前應檢查雙壁艙漏水情況，發現有漏水情況及時封堵，圍堰下放前，確保雙壁艙不漏水。檢查所有雙壁艙水泵數量與功能是否正常。圍堰下水見圖6。

圖6 圍堰下水

打開圍堰雙壁上的連通孔，圍堰雙壁上設置有4個連通孔，其目的是保證圍堰封底施工過程中圍堰內外江水連通，使圍堰內外水位保持平衡，在圍堰下放前需要將連通孔打開。

圍堰整個下放過程采用糾偏式吸泥方法，輔以灌水和壁艙澆筑混凝土等壓重措施。在圍堰下沉中，必須做好記錄工作，將圍堰下沉的有關資料隨時記錄在工程日志和記錄表格中，記錄下圍堰高度、刃腳高程、頂面高程、本次灌水高度、累計灌水高度、圍堰外水位、圍堰內外水頭差等關鍵技術數據。

為了使鋼圍堰在下放過程中保持垂直度，整個下放過程必須使每臺千斤頂帶荷載50t至100t。圍堰在著床之前，呈懸浮狀態，此階段的圍堰下沉較容易，只要向井壁內灌水，克服水的浮力，圍堰即可平衡下沉。在向井壁內灌水時，應遵循對稱加載的原則，對稱的隔艙，同時灌水，且流量一致，以防圍堰傾斜。雙壁艙加水下沉，布置6臺20m揚程潛水泵，在加水過程中觀察油頂壓力變化，當油頂達到100t荷載時，開始松頂下沉；當油項壓力接近50t荷載時，停止下放，繼續加水。鋼絞線每次下放高度控制在20cm左右。為增強圍堰刃腳的剛度以便于圍堰能更好地切入河床內，在圍堰底口刃腳距離河床面約0.5m左右時，暫停下放，進行圍堰刃腳混凝土澆筑。直接利用天泵在平臺，上分次對稱澆筑1.7m高刃腳混凝土。

圍堰刃腳混凝土澆筑完成，待混凝土強度達到設計強度后，繼續下沉至圍堰著床。當圍堰進入河床一定的深度后，刃腳受力不均，圍堰會產生一定的高差，此時的圍堰工況，采用糾偏式吸泥下沉。下沉時，首先是采用灌水配重，每次灌水高度根據千斤頂的受力大小確定（每臺千斤頂受力不超過100t）。當圍堰雙壁艙內水已灌滿，圍堰底高程還未下到設計底標高-1m時，此時向雙壁艙內灌注混凝士進行壓重，灌注的原則與灌水一樣。在整個下沉的過程中，通過糾偏式吸泥的方式輔助圍堰進行下沉。吸泥時，先吸圍堰中間，再兩邊，始終保持圍堰內部是一個“鍋底”。圍堰刃腳邊2m范圍內禁止用吸泥機吸泥，以防圍堰刃腳出現涌砂現象。

當圍堰刃腳底接近設計標高時，放緩鋼絞線下放高度，每次下放高度控制在10cm左右。最終使圍堰底標高控制在-1（+0，-0.1m）范圍之內。在圍堰下沉中，必須做好記錄工作，將圍堰下沉的有關資料隨時記錄在工程日志和記錄表格中，記錄下圍堰高度、刃腳高程、頂面高程、本次灌水高度、累計灌水高度、圍堰外水位、圍堰內外水頭差等技術數據。

4.6 圍堰封底

圍堰封底混凝士高度為3m，為水下C30混凝土，分兩次澆筑，先澆筑2.7m，后澆30cm的調平層，總方量約為1400m3。

圍堰下放到位后，對圍堰內部進行清淤、封堵。清淤、封堵完成后，在施工現場利用貝雷片搭設封底平臺。封底前準備工作完成后，進行封底混凝土的澆筑，封底砼初灌采用翻板拔球法，在施工前應根據各集料斗的具體情況做好翻板，初灌時導管距底板項15cm左右，拔球后連續灌注，直至混凝土達到設計標高。灌注時應注意測量砼面，避免任何一根導管長時間得不到混凝土供應，任一點混凝土灌注間隔時間不宜超過30分鐘，砼灌注過程中應使砼面整體均勻上升。在灌注的過程中，會時刻測量灌注點影響直徑范圍內的混凝土高度，對于局部灌注不到的位置會及時進行補灌。

5 圍堰切割拆除

承臺頂標高+7.0m，圍堰頂標高+13.9m，圍堰底標高-1.0m。在承臺頂標高以下的圍堰壁艙內填充混凝土，混凝土填充高度共8m（-1.0m～+7.0m）。承臺項面以上的鋼圍堰全部切割與拆除。剩下的6.9m高圍堰分為水上部分拆除和水下部分拆除。

5.1 施工準備

①圍堰拆除前，須確定圍堰內各分項工程實體結構已完工，并經相關部門、單位檢查驗收，確定在后續施工工序中無圍堰內無水相關施工活動，且圍堰拆除不影響后續其他施工工序。②實體結構驗收后，在圍堰拆除前，須對圍堰內的施工邊角料等雜物進行清理。

5.2 切割拆除

①水上部分拆除流程：在靠近水面處開孔→清除圍堰內壁砂→圍堰分塊拆除。在圍堰每個隔艙靠近水面約10cm處外壁板上開孔。孔口尺寸為50cm×50cm，間距為1m，采用高壓空氣或高壓射水沖擊圍堰，使其排除。根據起重設備性能和起吊能力，圍堰分塊切割。根據圍堰結構確定分塊重量和切割位置。水平切割位置原則上以每個節段接縫或環形板處為準。每塊圍堰設置4個吊點，吊點設置在圍堰內外壁板開孔。②水下部分拆除流程：圍堰內注水→在靠近圍堰艙壁混凝土處開孔→清除圍堰內壁砂→圍堰內支撐拆除→圍堰分塊拆除。在圍堰內內注水，使其與拆除時圍堰外水位一致。先拆除承臺頂面的內支撐鋼管，內支撐拆除完畢后再分塊拆除圍堰主體結構。在每個隔艙靠近艙壁混凝土約10cm處外側壁板上開孔。孔口尺寸為50cm×50cm，間距為1m，采用高壓空氣或高壓射水沖擊圍堰，使其排除。根據起重設備性能和起吊能力，圍堰分塊切割。根據圍堰結構確定分塊重量和切割位置。水平切割位置原則上以每個節段接縫或環形板處為準。圍堰分塊重量以不超過10t為準。潛水員下水，在圍堰外側壁版切割分塊標志線。每塊圍堰設置4個吊點，吊點設置在圍堰內外壁板開孔。

圍堰燒割成上下兩半節時，上節圍堰受到水流沖擊向下游移動，而且在圍堰斷開的一瞬間突然移動，為了使潛水員安全施工，可以在燒割線上下各焊一個連接件，其間以倒插螺桿連接，并能夠承受水平力。圍堰起吊時，將螺桿拔出，同時用方木或其他防傾覆結構將圍堰支撐于墩身，以防圍堰傾倒。切割順序原按照從下游向上游切割，可有效防止在水流沖擊下圍堰錯位對潛水員造成安全隱患。

6 結語

武穴長江公路大橋橋14#墩與14#墩圍堰施工具有施工難度大、工序繁多、質量控制要求高的特點，14#墩雙壁鋼圍堰加工制造、現場拼裝、下放、吸泥下沉、封底、切割拆除等施工關鍵技術與質量控制要點具有安全可靠的特點，保證了工程質量與施工工期。