某橋梁主墩承臺雙壁鋼圍堰施工技術分析

李健明

(廣西路橋工程集團有限公司, 廣西 南寧 530200)

0 引言

隨著“一帶一路”倡議的逐漸推進，大跨橋梁的建設需求越來越多。由于雙壁鋼圍堰施工方式簡單[1]，施工質量易于控制，且對水流湍急的深水基坑施工具有較高的安全性和適用性，被廣泛應用于橋梁主墩承臺施工。因此，對雙壁鋼圍堰施工關鍵技術和控制要點展開研究，對于保證圍堰整體施工質量，提升橋梁應對外部環境復雜多變情況的施工技術更新具有重要的意義。

通過研究分析發現，國內曾采用多種類型的雙壁鋼圍堰施工技術方法。其中，覃早等[2]研究了后拉纜與氣囊法下水施工技術，通過控制氣囊充氣密實狀態完成入水過程，雖在一定程度上減少投入成本，但單方向后拉纜難以適應橫向水流湍急施工情況，且氣囊充放氣入水速度較慢，導致施工受外部水流環境影響較大；梁新禮等[3]分析應用現場拼接并整體下放圍堰的施工技術，雖在一定程度上減少了水下施工時間，但由于圍堰整體涉水面積較大，受水流阻力影響較大，導致施工過程不安全問題尤為突出；為了克服上述施工技術的不足，黃鳳莉[4]提出采用分段懸吊拼接技術，通過起重機械(浮吊)吊裝技術，將鋼圍堰分節組裝至定位平臺，提高了施工過程抵抗水流沖擊的能力和施工控制精度，但是單純依賴懸吊拼接法這種遠程施工控制技術，缺乏近端施工控制，導致現場吊運時間較長且對人工技術依賴程度較大，難以兼顧精度和效率。因此，有必要建立一種能夠有效兼顧施工精度、效率和安全穩定性的雙壁鋼圍堰施工關鍵技術。

鑒于此，本文以廣西某大橋主墩承臺建設采用的雙壁鋼圍堰施工技術為工程背景，采用懸吊拼接與導向滑輪組結合的新型技術，對圍堰懸吊分節拼裝、導向控制裝置、首節下沉著床及分節段拼接工藝、內支撐設置和封底混凝土等施工關鍵技術進行研究。

1 工程概況

某大橋總長370 m，上部結構采用(85+160+85) m連續剛構箱梁+(1×30) m T梁，兩側橋臺下部結構均采用重力式橋臺。設計公路等級為二級公路，設計汽車荷載為公路—Ⅱ級，通航等級為Ⅳ級，最高通航水位為10年一遇水位，防洪標準為100年一遇。其中，主橋的1#、2#的主墩承臺為整體式。橋位區屬溶蝕、侵蝕巖溶中山峽谷地貌。擬建橋梁跨越河流，兩岸坡度陡，地形起伏大，地面標高約218～372 m，地表為第四系地層覆蓋，植被較發育，未見崩塌、滑坡或塌陷等不良地質作用，自然岸坡穩定性較好。

根據本工程主橋承臺特點及現場平面尺寸、水文和地質實際情況，擬避開洪水期施工。1#、2#主墩承臺采用雙壁鋼圍堰施工，設計圍堰厚度為1.226 m，1#墩圍堰水深約11 m，2#墩圍堰最大水深約19.8 m。1#墩封底混凝土厚度為2.0 m、2#墩封底混凝土厚度為4 m，倉內均灌注混凝土5 m。1#墩圍堰分三節共(6+6+3) m=15 m，2#墩圍堰分四節共(6+6+6+6) m=24 m。橋墩圍堰總體布置如下頁圖1所示。

2 雙壁鋼圍堰關鍵技術方案及施工步驟

雙壁鋼圍堰的具體施工流程為：工作平臺建設→圍堰懸吊分節拼裝和導向控制裝置設置→圍堰各節段下沉技術要點和內支撐設置→導管封底混凝土澆筑工藝要點→鋼圍堰拆除起吊[5]。

2.1 圍堰工作平臺拼接及材料要求

工作平臺由鋼管樁、連接桿件和分配梁等裝置組成。其中，鋼管樁采用φ1 200 mm×12 mm；分配梁采用2HM588 mm×300 mm。按照設計圖紙的施工要求，首先拆除樁基作業平臺，利用鋼護筒中線的位置設置圍堰拼裝平臺。圍堰拼裝平臺使用工字鋼和鋼護筒等基本支撐技術進行連接[6]。

(a)截面 (b)平面圖1 橋墩圍堰總體布置圖(mm)

2.2 圍堰懸吊下沉裝置及導向系統設置

2.2.1 懸吊下沉裝置技術要點

下沉裝置由千斤頂、鋼絞線、分配梁和扁擔梁等裝置組成。其中，千斤頂為穿心式液壓千斤頂；分配梁采用800 mm×25 mm的鋼板。鋼圍堰在吊裝的過程中，需要依據其吊點通過千斤頂進行下放。

2.2.2 圍堰下沉拼接技術要點

鋼圍堰在加工分塊并驗收合格后，將其轉運到拼裝現場進行拼裝。如果發現拼接過程中存在水平或豎直方向誤差較大的問題時，應采取切割的方式，保障該段能夠滿足設計方面的要求。在圍堰焊接過程中，焊接縫需要使用滿焊的方式進行施工，且在相隔1 m的位置加焊加勁板[7]。

2.2.3 導向裝置技術要點

圍堰導向裝置使用16#槽鋼和Ⅰ22b工字鋼進行組裝施工。在上下游分別設置4個和3個限位器，進而在上游護筒的方向使用滑軌裝置，利用水流的作用，逐漸將圍堰下沉，最終達到其設計的位置。3個限位器的位置需要在其上設置滑軌，滑軌預留2 cm的空隙，以減小在施工中存在的摩擦力，保證工程能夠順利進行。

2.3 圍堰下沉與著床的施工關鍵技術步驟

下沉與著床是鋼圍堰施工過程中一項重要的工序，通過對各節段的下放、拼裝以及后期的內支撐施工，保證工程的整體安全穩定。

2.3.1 首節圍堰的下沉施工

首節圍堰拼裝完成后，需要對懸吊系統進行相應的驗收。通過千斤頂將首節圍堰提升到距拼裝平臺5 cm的位置，然后觀察螺紋鋼是否存在受力問題。當首節鋼圍堰施工能夠達到與水面的平衡后，需要對其進行相應的滲漏檢驗。同時，對首節鋼圍堰的位置和實際尺寸進行相應的復核，保證在后續的施工中能夠有效地對其尺寸進行控制。鋼圍堰在水面應露出5 m的高度。為了保證后期安裝的銜接，在首節鋼圍堰進行混凝土灌注后，使其高出水面2 m，確保后續施工的正常進行。

需要說明的是，鋼圍堰下沉到任何一個設計標高的位置時，就應停止下沉。在這個過程中應對刃腳進行檢查，并收集詳細的資料技術。當鋼圍堰下沉和著床到相應位置時，應重點對其進行封底、承臺等方面的施工。本工程中，在221.6 m標高處設置連接孔，當水位高于圍堰時，應停止施工。在這個過程中，應確保鋼圍堰沒有發生變形，位置仍能滿足設計與規范的要求。

2.3.2 其余節段接高施工

經過岸上的加工并做好相應拼裝標記后，應將第二節圍堰運送到拼裝平臺上。在結構安裝的過程中，需要對圍堰外圈使用掛籃進行內外壁工作平臺的施工，搭設相應的施工垂直梯[8]。在焊接過程中，應保證內外壁焊接密實，確保不出現滲漏的現象。同時，安裝每一片圍堰時，為了保證整體的平衡，應將對應的底節艙的水抽出，按照隔艙的水位進行控制，在圍堰內部標注刻度。

在第二節圍堰施工過后，繼續準備下沉和著床的施工作業。在著床前，需要對著床的位置進行精準地測繪，利用鋼圍堰的準確定位，保證工程的平衡。下沉過程應垂直，在實施過程中應對其相應的位置進行有效監測，避免出現偏沉的現象。通過連接定位平臺卷揚機，保證兩側在施工過程中同時收緊，這樣才能保證在下沉和著床過程中的整體平衡[9]。

2.3.3 內支撐設置施工

在接高完成后，需要在圍堰上部1 m的位置安裝內支撐。內支撐應由支撐鋼管等部分組成。在底部的位置設置牛腿，牛腿一般使用30 cm的工字鋼，通過其與圍堰緊密焊接。在施工過程中，應保證內支撐與圍堰的軸線對準，不產生偏壓的情況，保證施工過程的安全。

2.4 封底混凝土施工

2.4.1 材料要求

水下封底混凝土具有良好的流動性能，坍落度應控制在20 cm左右。砂率控制在45%左右。同時，在封閉前對相應的沖刷情況進行充分檢查，應保證其刃腳下方的縫隙能夠滿足防滲的要求。

2.4.2 封底前的基礎處理

在本工程中，1#墩下沉到標高的位置時，需要由潛水員對水下情況進行檢查，對水下的地形和混凝土縫隙進行封堵。封堵完成后，對淤泥進行清理。2#墩使用拋石法進行施工，通過封閉底層，達到設計標高。同時，在圍堰觀測過程中，應確保其底部與河床之間不存在縫隙，保證后期混凝土澆筑的完整性[10]。

2.4.3 封底混凝土的澆筑

搭設施工平臺后布置水下混凝土的導管，共布置22個點，以每5根為一組導管。其布置原則為：(1)按半徑5 m進行考慮，可以全部覆蓋整體水下混凝土的澆筑過程；(2)鋼圍堰的內外壁應布置一排導管，以確保封底混凝土的整體防滲；(3)導管和外壁之間應有一定的控制距離，使混凝土能夠充分地流動。

封底混凝土的澆筑應從四周到中間進行澆筑：(1)對下游布置的5個導管進行施工；(2)接連不斷地進行混凝土的封底，如果在18個點封閉的施工過程中，有導管顧及不到的部位，應繼續進行補充澆筑。同一導管在施工過程中，前后間隔應<0.5 h。

2.5 雙壁鋼圍堰拆除

2.5.1 雙壁鋼圍堰水上切割

本項目雙壁鋼圍堰在承臺頂面標高以下的部分不拆除，作為承臺的保護和加強，剩余部分利用冬季枯水期進行拆除。整個圍堰每層按照16個單元箱體進行分解(與拼裝時分塊一致)，每個單元箱體重量約為10 t。為徹底消除施工中的吊裝安全隱患，采取分層拆除的方式，使用氧氣乙炔進行切割。

2.5.2 圍堰起吊

在起吊施工前應重視對鋼圍堰平衡的把握，避免其出現傾覆的現象。吊點應對稱，在最后一個單元起吊后，潛水員應拔除其固定螺栓。在起吊過程中，應有專人對現場實施觀察，保證在施工過程中周邊人員的安全。在施工過程中應對受力點進行觀察，如出現問題，應立即停止施工并進行調整，使工程順利并平穩安全地進行。將起吊后的圍堰平緩地放在平臺上，然后運送到岸邊。

3 結語

本文基于廣西區內某連續鋼構箱梁和T梁組合的整體式主墩臺鋼圍堰施工，從圍堰懸吊拼裝工藝、導向裝置精準施工平臺設置和分節段下沉著床技術等方面系統闡述相關的施工方法及關鍵技術，提出了一套安全可靠的雙壁鋼圍堰設計及施工工藝，應用實踐結果表明：

(1)與現有的技術相比，懸吊拼接與導向滑輪組結合技術不僅提高了施工過程抵抗水流沖擊的能力，而且可以減少拼接時間，減少對人工的依賴程度，同時可以兼顧施工精度、效率和穩定性。

(2)采用先樁后堰的施工順序，雙壁鋼圍堰的拼裝待鉆孔樁施工完成后在鉆孔樁施工平臺上進行，有利于對圍堰施工的質量控制，確保現場施工過程的整體安全。

(3)圍堰水下工作采用實時監控的智能化體系，對圍堰分節拼接、水下混凝土封底等步驟實施監控和預警，及時反饋施工過程中出現的如土質不穩定、水文環境差等圍堰施工不安全因素，獲得了良好的施工效果，為橋梁主墩承臺施工建設提供技術支撐。