周 文

(中鐵大橋局集團(tuán)第三工程有限公司,廣州 510800)

1 工程概況

蔡家灣漢江特大橋是新建武漢至宜昌鐵路上的一座主橋跨度最大的雙線鐵路橋梁,橋址位于武漢市東西湖區(qū)、蔡甸區(qū)內(nèi)和漢川市內(nèi)。主橋跨越漢江航道,橋墩號(hào)為165號(hào)～170號(hào),165號(hào)邊墩位于漢江左大堤外側(cè),166號(hào)次邊墩位于漢江左大堤內(nèi)側(cè)護(hù)坡腳處；167號(hào)和168號(hào)主墩位于漢江深水區(qū),且168號(hào)承臺(tái)中心到漢江右堤二級(jí)護(hù)坡坡腳的距離為17.9 m。169號(hào)次邊墩和170號(hào)邊墩位于漢江右大堤外側(cè)。

主橋上部結(jié)構(gòu)為5跨連續(xù)剛構(gòu),跨徑為(64+120+168+120+56) m,單箱單室直腹板、變高度、變截面結(jié)構(gòu),C55混凝土,三向預(yù)應(yīng)力體系,M55管道壓漿。連續(xù)剛構(gòu)箱梁頂板寬12.2 m,底板寬8.5 m,兩側(cè)懸臂翼緣板各寬1.85 m,梁高為4.5～10.5 m。下部結(jié)構(gòu)均為圓端形實(shí)體墩身和承臺(tái)+鉆孔樁基礎(chǔ),其中167號(hào)和168號(hào)主墩為雙薄壁墩身。主橋立面見(jiàn)圖1。

圖1 蔡家灣漢江特大橋主橋立面(單位：m)

168號(hào)主墩樁基設(shè)計(jì)為12根φ2.5 m的嵌巖柱樁,樁長(zhǎng)24 m,3行4列布置。承臺(tái)設(shè)計(jì)尺寸為20.4 m×15 m×5.5 m,承臺(tái)四角均帶1/4圓弧角,圓弧半徑為2.0 m。承臺(tái)底面設(shè)計(jì)高程為+5.134 m,承臺(tái)頂面設(shè)計(jì)高程為+10.634 m。

2 工程地質(zhì)和水文情況

2.1 水文情況

168號(hào)墩位于漢江河道深水中,施工時(shí)受漢江水位影響很大。漢江水文成果(橋位處)如下：H1%=28.04 m,Q1%=9 000 m3/s,V1%=1.73 m/s；最高通航水位設(shè)計(jì)為27.81 m,最低通航水位設(shè)計(jì)為13.85 m。河床面的實(shí)際高程為10.19 m。

漢江水流方向橫穿過(guò)橋梁,由線路右側(cè)→線路左側(cè),線路法線與水流方向夾角為3°。

漢江(橋位處)在1999～2007年間的水位情況見(jiàn)表1。

表1 漢江(橋位處)1999～2007年水位統(tǒng)計(jì) m

2.2 工程地質(zhì)

168號(hào)主墩處從河床面至下依次為：粉砂、細(xì)砂、弱風(fēng)化灰?guī)r,具體地質(zhì)情況見(jiàn)表2。

表2 蔡家灣漢江特大橋168號(hào)主墩地質(zhì)情況

3 168號(hào)主墩承臺(tái)施工擋水結(jié)構(gòu)選擇

168號(hào)主墩承臺(tái)全部埋置于河床中,屬于低樁承臺(tái),施工時(shí)需要專門設(shè)置擋水結(jié)構(gòu)擋水。168號(hào)主墩承臺(tái)施工具有以下難點(diǎn)。

(1)承臺(tái)處漢江水流速大：168號(hào)主墩位于漢江主河道中,水流速度大,平常最大流速可達(dá)1.6 m/s,河床沖刷大。

(2)施工時(shí)水位高且承臺(tái)設(shè)計(jì)埋置深：①168號(hào)主墩承臺(tái)施工安排在2009年4月左右,查表1得4月份平均水位為17.44 m,河床面以上的水深達(dá)7 m以上；②承臺(tái)底設(shè)計(jì)高程為5.134 m,河床面的實(shí)際高程為10.19 m,承臺(tái)施工時(shí)需要開(kāi)挖河床5.056 m。

(3)承臺(tái)施工擋水結(jié)構(gòu)受到的沖擊力大：承臺(tái)迎水面與漢江流水方向基本垂直，引起承臺(tái)截面阻水面積大,從而使擋水結(jié)構(gòu)受到的沖擊力大。

(4)168號(hào)主墩承臺(tái)中心到漢江右堤二級(jí)護(hù)坡坡腳的距離為17.9 m,河床高差大,擋水結(jié)構(gòu)施工后進(jìn)行基坑開(kāi)挖時(shí)靠大堤側(cè)會(huì)出現(xiàn)較大的側(cè)壓力,而擋水結(jié)構(gòu)前后方向兩側(cè)上的側(cè)壓力差異會(huì)使擋水結(jié)構(gòu)向河中方向移動(dòng),擋水結(jié)構(gòu)向河中方向移動(dòng)會(huì)使大堤護(hù)坡出現(xiàn)裂紋,進(jìn)而會(huì)影響到漢江右堤的穩(wěn)定。

從上述施工難點(diǎn)可以看出,168號(hào)主墩承臺(tái)施工的擋水結(jié)構(gòu)需要具有抗沖刷穩(wěn)定性好、剛度大、抗側(cè)壓力和水流沖擊能力強(qiáng)的功能,并且又要施工方便,而雙壁鋼圍堰具有以上功能,因此，168號(hào)主墩承臺(tái)施工擋水結(jié)構(gòu)選用雙壁鋼套箱圍堰。

4 雙壁鋼圍堰構(gòu)造

168號(hào)主墩雙壁鋼圍堰平面尺寸為23.9 m×18.5 m,四角均設(shè)1/4圓弧角,內(nèi)、外圓弧半徑分別為2.25 m、3.75 m。鋼圍堰總高度為17.8 m,分3個(gè)節(jié)段,分節(jié)高度為6 m(底節(jié))、6.28 m(第2節(jié))、5.52 m(第3節(jié)),每節(jié)鋼圍堰又分14塊。鋼圍堰內(nèi)外壁厚為1.5 m,共設(shè)置2層鋼管內(nèi)支撐。水下混凝土封底厚度不小于3.0 m,內(nèi)壁混凝土填充高度設(shè)計(jì)為8.0 m。雙壁鋼圍堰示意見(jiàn)圖2和圖3。

圖2 雙壁鋼圍堰立面(單位：mm)

圖3 雙壁鋼圍堰平面(單位：mm)

5 雙壁鋼圍堰施工工藝

雙壁鋼圍堰施工工藝流程：鋼圍堰拼裝平臺(tái)搭設(shè)→鋼圍堰底節(jié)、第2節(jié)及底層內(nèi)支撐拼裝→提升裝置安裝→鋼圍堰提升、拆除拼裝平臺(tái)→鋼圍堰下放至水中→隔倉(cāng)混凝土填充→鋼圍堰定位著床→提升裝置拆除→隔倉(cāng)混凝土填充→鋼圍堰第3節(jié)接高及頂層內(nèi)支撐拼裝→隔倉(cāng)混凝土填充→鋼圍堰吸泥下沉、灌水助沉→鋼圍堰水下封底→施工承臺(tái)[1]。

5.1 鋼圍堰拼裝施工

鋼圍堰采用35 t浮吊進(jìn)行對(duì)稱拼裝。鋼圍堰底節(jié)、第2節(jié)和底層內(nèi)支撐在圍堰拼裝平臺(tái)上拼裝,第3節(jié)和頂層內(nèi)支撐在鋼圍堰底節(jié)底口進(jìn)入河床穩(wěn)定后拼裝。鋼圍堰拼裝平臺(tái)示意見(jiàn)圖4。

圖4 雙壁鋼圍堰拼裝平臺(tái)及提升裝置示意(單位：mm)

鋼圍堰拼裝方法如下。

(1)鋼圍堰拼裝前要放出底部拼裝輪廓線,一般先拼裝圓弧塊段,再按對(duì)稱原則進(jìn)行剩余塊段拼裝,具體順序如下：(3)→(10)→(6)→(13)→(2)→(9)→(7)→(14)→(4)→(11)→(5)→(12)→(1)→(8)。

(2)圓弧塊段拼裝時(shí)采取35 t浮吊垂直起吊,人工微調(diào)好刃腳位置,再調(diào)整塊段上口位置,最后用型鋼將鋼圍堰塊段內(nèi)、外壁固定。

(3)其余直塊段拼裝時(shí),塊段后端以前一塊段前端位置為準(zhǔn),塊段前端以測(cè)量放線為準(zhǔn)。塊段調(diào)整好位置后用型鋼固定,再將前、后兩塊段之間的豎向焊縫用小鋼板進(jìn)行定位焊接。

(4)每節(jié)鋼圍堰定位焊接完成,再按對(duì)稱的原則將豎向焊縫全部焊牢。當(dāng)?shù)?節(jié)鋼圍堰拼裝時(shí)定位焊接完成后,先對(duì)稱焊接與底節(jié)之間的水平焊縫,再對(duì)稱焊接塊段之間的豎向焊縫。

(5)檢查鋼圍堰底節(jié)、第2節(jié)焊縫,并進(jìn)行滲透和水密試驗(yàn)[2],進(jìn)行軸線和尺寸測(cè)量。

(6)在第2節(jié)鋼圍堰內(nèi)壁上安裝內(nèi)支撐墊座,事先在駁船上將內(nèi)支撐拼成整體,利用35 t浮吊整體吊裝對(duì)孔,安裝螺栓并擰緊。

(7)第3節(jié)鋼圍堰按(1)～(4)方法對(duì)稱拼裝接高[3],檢查焊縫,進(jìn)行軸線、尺寸測(cè)量和滲透試驗(yàn),同時(shí)按步驟(6)方法進(jìn)行頂層內(nèi)支撐拼裝。

5.2 鋼圍堰提升、拆除拼裝平臺(tái)

割除鋼圍堰拼裝時(shí)的固定型鋼支撐,利用鋼圍堰提升裝置的提升設(shè)備將鋼圍堰底節(jié)、第2節(jié)及底層內(nèi)支撐整體提升10 cm高，鎖緊φ32 mm精軋螺紋鋼筋吊桿螺帽。圍堰靜置2 h后,人工開(kāi)始拆除拼裝平臺(tái)。先拆除圍堰刃角下的鋼支墊,再將鋼圍堰下方的部分I25型鋼縱梁移走,最后將拼裝平臺(tái)牛腿中間部分割除,保留兩端部分作施工走道。

5.3 鋼圍堰下放至水中

將提升設(shè)備千斤頂上方的螺帽擰松,開(kāi)動(dòng)油泵使16臺(tái)千斤頂油缸均伸出15 cm,再將螺帽擰緊,開(kāi)動(dòng)油泵使千斤頂油缸繼續(xù)伸出1 cm,擰松千斤頂下方的螺帽,然后16臺(tái)千斤頂同時(shí)回油(速度保持相同)，使千斤頂伸出的油缸縮回15 cm,擰緊千斤頂下方的螺帽,繼續(xù)回油使千斤頂油缸全部縮回。循環(huán)操作將鋼圍堰下放入水使鋼圍堰處于自懸浮狀態(tài)。

5.4 隔倉(cāng)內(nèi)混凝土填充

棧橋上的混凝土泵車分次均勻?qū)ΨQ地對(duì)鋼圍堰各隔倉(cāng)進(jìn)行混凝土填充,以防鋼圍堰的偏移[4]。混凝土每次填充高度為50 cm,人工配合振搗密實(shí)。隔倉(cāng)內(nèi)混凝土分4階段進(jìn)行填充,每階段填充高度分別為2、1.4、3.1、1.5 m,共8 m。鋼圍堰在水中懸浮時(shí),所有的隔倉(cāng)內(nèi)對(duì)稱均勻填充50 cm高混凝土后,利用提升裝置將鋼圍堰下沉到懸浮狀態(tài)。再次向隔倉(cāng)內(nèi)填充50 cm高混凝土,再次利用提升裝置將鋼圍堰下放。循環(huán)填充至隔倉(cāng)內(nèi)混凝土填充至設(shè)計(jì)高度。鋼圍堰在河床中下沉?xí)r,所有的隔倉(cāng)內(nèi)對(duì)稱均勻填充50 cm高混凝土后,再按原來(lái)填充順序進(jìn)行下一輪50 cm高混凝土填充,循環(huán)填充隔倉(cāng)內(nèi)混凝土至設(shè)計(jì)高度。

5.5 鋼圍堰定位著床

圍堰底口離河床面60 cm時(shí)停止下沉,讓吊桿承力,分次對(duì)稱向隔倉(cāng)內(nèi)填充1.4 m高的混凝土,再利用圍堰4個(gè)方向上的16根纜繩和牽引裝置調(diào)整鋼圍堰底口的平面位置,檢查圍堰的傾斜度,開(kāi)動(dòng)提升設(shè)備讓鋼圍堰底口著床,再填充隔倉(cāng)混凝土使圍堰下沉至河床中穩(wěn)定,拆除起吊裝置。

5.6 鋼圍堰吸泥下沉、灌水助沉

鋼圍堰采用空氣吸泥機(jī)吸泥下沉。吸泥管直徑為250 mm,且下端加工成鋸齒狀,空壓機(jī)排氣量為20 m3/min。鋼圍堰吸泥下沉方法如下。

(1)吸泥機(jī)吸泥應(yīng)從圍堰中部開(kāi)始,對(duì)稱、均勻、逐步分層向刃腳前進(jìn),吸泥管下口不能低于圍堰刃腳尖高程,防止吸泥坑過(guò)深引起翻砂。

(2)開(kāi)通圍堰連通管閥門,保持圍堰內(nèi)、外水位平衡[5]。專人觀察,水位差大時(shí)停止吸泥補(bǔ)水。

(3)吸泥時(shí)用浮吊拎住吸泥管，上、下?lián)v動(dòng)搗松土體加快吸泥。

(4)吸泥出水口遠(yuǎn)離鋼圍堰外側(cè)設(shè)置且經(jīng)常移動(dòng)位置,從而使吸出的泥土遠(yuǎn)離圍堰且堆放均勻。

(5)在隔倉(cāng)內(nèi)均勻?qū)ΨQ加水,增加鋼圍堰質(zhì)量幫助下沉。

(6)鋼圍堰底口離設(shè)計(jì)高程差1.5 m時(shí),緩慢吸泥下沉,勤測(cè)量,隨時(shí)糾偏調(diào)整,使鋼圍堰高程到位時(shí)底口的位置和底節(jié)的傾斜度滿足承臺(tái)的結(jié)構(gòu)尺寸和位置要求。

5.7 鋼圍堰水下混凝土封底

鋼圍堰水下混凝土封底采用φ300 mm的導(dǎo)管進(jìn)行垂直導(dǎo)管法施工[6]。鋼圍堰水下混凝土封底施工從下游向上游進(jìn)行,同排導(dǎo)管灌注混凝土?xí)r先施工挨近圍堰周圈的導(dǎo)管。水下混凝土封底步驟如下。

(1)采用空氣吸泥機(jī)對(duì)圍堰內(nèi)河床進(jìn)行吸泥清基,派潛水員對(duì)圍堰刃腳下鋼板面、鋼護(hù)筒側(cè)面及圍堰內(nèi)的河床面進(jìn)行檢查[7]。

(2)打開(kāi)在圍堰四面安裝的12個(gè)φ150 mm內(nèi)外連通管閥門使圍堰內(nèi)、外連通。

(3)在圍堰的頂層內(nèi)支撐上搭設(shè)圍堰水下封底平臺(tái),在平臺(tái)上成4行4列布置16根水下導(dǎo)管,在4個(gè)導(dǎo)管頂口設(shè)置儲(chǔ)料斗(倒用,首批混凝土后換用小斗)。

(4)將天泵或地泵前端的輸送軟管接到儲(chǔ)料斗上,將儲(chǔ)料斗儲(chǔ)滿混凝土。打開(kāi)儲(chǔ)料斗的閥門使混凝土快速下落,與之同時(shí)天泵或地泵繼續(xù)輸送混凝土到儲(chǔ)料斗中,使首批混凝土下落完成后埋住導(dǎo)管底口0.5 m以上。當(dāng)導(dǎo)管首批混凝土筑堆成功后,該導(dǎo)管即轉(zhuǎn)入正常灌注混凝土狀態(tài)[8]。

(5)同排靠圍堰周圈的1根導(dǎo)管的混凝土首批混凝土灌注后,再進(jìn)行旁邊的另一根導(dǎo)管的首批混凝土灌注。后排導(dǎo)管首批混凝土灌注后,再進(jìn)行前排導(dǎo)管首批混凝土灌注。同時(shí)繼續(xù)向后排的導(dǎo)管中下混凝土,直到后排導(dǎo)管周圍的混凝土面高程滿足設(shè)計(jì)要求,抖動(dòng)拔管,洗凈堆放。

(6)勤量測(cè)鋼護(hù)筒周邊及圍堰死角處等混凝土面,當(dāng)封底厚度不夠時(shí)，應(yīng)立即向該部位附近的導(dǎo)管補(bǔ)充混凝土。

6 鋼圍堰施工中問(wèn)題處理

6.1 大堤方向土體側(cè)壓力大處理

為了減小雙壁鋼圍堰下沉?xí)r大堤方向土體側(cè)壓力,防止鋼圍堰受側(cè)壓力后在下沉?xí)r向河中方向移動(dòng),保待施工期間大堤穩(wěn)定,提前對(duì)大堤進(jìn)行防護(hù)。在離168號(hào)主墩承臺(tái)中心15.1 m位置(即離漢江右堤二級(jí)護(hù)坡坡腳2.8 m)，用打樁機(jī)沿橫橋向插打1排拉森Ⅵ型鋼板樁,在漢江右堤防護(hù)平臺(tái)上，打樁機(jī)沿橫橋向用插打1排12根φ800 mm的鋼管樁(每2根1組)，再在鋼板樁后設(shè)置1根長(zhǎng)水平錨梁,在每2根鋼管樁后設(shè)置1根短水平錨梁,用6組鋼絞線(6φ15.24 mm)分別前后將長(zhǎng)、短水平錨梁錨住。

6.2 河床起伏大鋼圍堰著床后易傾斜處理

河床起伏大鋼圍堰著床后易傾斜,提前對(duì)河床進(jìn)行清理。168號(hào)主墩鋼圍堰外側(cè)(大堤方向)與大堤防護(hù)鋼板樁之間的高河床采取長(zhǎng)臂挖掘機(jī)挖除表面砂層，以降低高程,其余位置用吸泥船將鋼圍堰下沉范圍內(nèi)河床進(jìn)行吸泥降低河床高程,并使圍堰內(nèi)、外的河床面大致水平。鋼圍堰下沉范圍內(nèi)河床清理后高程為+8.000 m。

6.3 漢江水流速大,圍堰底口迎水面沖刷大不能封口處理

由于漢江水流速大,圍堰底口著床后在迎水面始終沖刷大且不能封口。處理方法：停止吸泥,在鋼圍堰迎水面外側(cè)投填一船碎石防沖刷,將吸泥的棄土堆填在碎石上,同時(shí)向圍堰用大功率水泵補(bǔ)水使圍堰內(nèi)水位略高于外側(cè),然后再進(jìn)行吸泥,一段時(shí)間后圍堰底口全部進(jìn)入河床。

6.4 吸泥翻砂處理

圍堰下沉處河床為砂層,鋼圍堰吸泥補(bǔ)水不及時(shí)就會(huì)出現(xiàn)翻砂現(xiàn)象。施工時(shí)專人觀察內(nèi)外水位差,及時(shí)用大功率的水泵向圍堰內(nèi)補(bǔ)水,使圍堰內(nèi)水位高于外側(cè)30 cm左右。吸泥操作時(shí)從中間往周圍擴(kuò)展形成鍋底防止翻砂現(xiàn)象,同時(shí)吸泥時(shí)吸泥管底部不能超過(guò)圍堰刃腳底。

6.5 筑堤黏土層處理

鋼圍堰在漢江右堤側(cè)吸泥時(shí)遇到硬度較高的筑堤黏土層,吸泥困難。施工時(shí)采用高壓射水將黏土層沖松動(dòng)后,邊用吸泥管鋸齒上、下?lián)v松土體邊用吸泥機(jī)吸泥。

6.6 鋼圍堰傾斜和位移處理

鋼圍堰吸泥操作不當(dāng)時(shí)容易出現(xiàn)傾斜和水平位移。鋼圍堰糾偏調(diào)整要分次進(jìn)行,一般是先調(diào)整傾斜度，保證鋼圍堰頂口高程一致,再調(diào)整鋼圍堰底口的水平位置。具體方法如下。

(1)鋼圍堰傾斜度調(diào)整：在頂口高一側(cè)的圍堰內(nèi)、外側(cè)吸泥并使之緩慢下沉,并使圍堰頂面逐步調(diào)平,逐步減小鋼圍堰傾斜度。

(2)鋼圍堰底口水平位移調(diào)整：根據(jù)測(cè)量資料確定鋼圍堰底口要移動(dòng)的方向,在鋼圍堰底口要準(zhǔn)備移動(dòng)方向的后面一側(cè)的鋼圍堰內(nèi)、外側(cè)進(jìn)行緩慢吸泥,使后面一側(cè)的鋼圍堰先下沉,再對(duì)鋼圍堰底口要移動(dòng)的方向的前面一側(cè)的鋼圍堰內(nèi)、外側(cè)進(jìn)行緩慢吸泥,使前面一側(cè)的鋼圍堰在下沉的同時(shí)繞已經(jīng)下沉完成的后面一側(cè)的底口轉(zhuǎn)動(dòng),從而使鋼圍堰底口向要移動(dòng)方向移動(dòng)。

7 結(jié)語(yǔ)

(1)鋼圍堰施工前插打鋼板樁和鋼管樁形成錨固體系對(duì)漢江右堤進(jìn)行防護(hù),減小了鋼圍堰下沉?xí)r大堤方向的側(cè)壓力,也保證了漢江右堤的安全。

(2)提前利用挖掘機(jī)挖除和吸泥船吸泥降低河床高程,既減小了鋼圍堰在河床內(nèi)下沉的深度和施工難度,又加快了施工進(jìn)度,還節(jié)省了施工費(fèi)用。

(3)在鉆孔樁施工的同時(shí)進(jìn)行鉆孔平臺(tái)外圍部分拆除和安裝圍堰拼裝平臺(tái)施工,加快了施工進(jìn)度。

(4)鋼圍堰在現(xiàn)場(chǎng)拼裝,既利用了現(xiàn)有樁基施工的35 t浮吊,又減少了大型的鋼圍堰浮運(yùn)機(jī)械和定位設(shè)備進(jìn)場(chǎng),節(jié)省了施工費(fèi)用。

(5)鋼圍堰下沉施工時(shí)遇到了筑堤黏土層,吸泥困難,采取了高壓射水與吸泥相結(jié)合的方式,并用浮吊拎起吸泥管利用其下端鋸齒搗松黏土層,加快了吸泥施工進(jìn)度。

(6)鋼圍堰糾偏施工和最后1.5 m緩慢吸泥下沉,使圍堰的下沉精度良好,確保了承臺(tái)的設(shè)計(jì)位置和尺寸。

[1] 付彥生.靈江特大橋41號(hào)墩矩形雙壁鋼圍堰施工技術(shù)[J].鐵道建筑,2008(4):15-16．

[2] JTJ041—2000,公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S]．

[3] 謝媛媛,張建輝.阿蓬江大橋4號(hào)墩雙壁鋼圍堰的設(shè)計(jì)和施工[J]. 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2003(S1):161-164．

[4] 鐘振云.深水基礎(chǔ)圍堰施工方案比選[J]. 鐵道建筑,2009(2):6-8．

[5] 曾億忠.南京三橋北主塔承臺(tái)啞鈴形雙壁鋼圍堰施工[J].橋梁建設(shè),2005(6):59-62．

[6] 翁典鴻.特殊條件下雙壁鋼圍堰水下封底施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2001(4):27．

[7] 張俊慶,黃永紅.印家坡梅江1號(hào)大橋3號(hào)墩鋼圍堰下沉施工[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2003(S1):178-180．

[8] 吳勝東.潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江公路大橋建設(shè)第四冊(cè)—斜拉橋[M].北京:人民交通出版社,2005．