韓偉奇

(中鐵十八局集團(tuán)有限公司,天津 300222)

1 工程概況

東北東部鐵路新建前陽(yáng)至莊河段工程 DT-2標(biāo)段大洋河特大橋全長(zhǎng) 1.418 km,橋梁跨度均為 32m。本橋跨越大洋河,河面寬度約 320m,該河為潮汐河,每天潮起潮落兩次,河水面至承臺(tái)底面深度最深達(dá)到18m,潮汐差 3～5m,潮汐期間的水流速度達(dá) 4m/s,給承臺(tái)的施工帶來(lái)很大的困難。

2 施工方案

大洋河特大橋所處地段的地層以淤泥層和砂層為主,采用雙壁鋼套箱圍堰進(jìn)行基礎(chǔ)施工,鋼套箱在工廠加工,浮運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng),拼裝、下沉。采用空氣吸泥機(jī)清除套箱內(nèi)河床土層輔助下沉,分別通過焊接在鋼護(hù)筒上的牛腿和定位平臺(tái)的鋼絲繩控制鋼套箱圍堰下沉的位置與方向。雙壁鋼套箱圍堰下沉到位后,灌注水下混凝土進(jìn)行封底,封底混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,抽干水進(jìn)行護(hù)筒切除、樁頭鑿除,進(jìn)行鋼筋綁扎及安裝冷卻水管,最后進(jìn)行承臺(tái)混凝土澆筑。

3 施工方法

3.1 雙壁鋼套箱施工

3.1.1 鋼套箱設(shè)計(jì)與加工

本橋鋼套箱設(shè)計(jì)為采用雙層薄壁結(jié)構(gòu),壁厚 1.0 m。采用廠制,除鋼套箱底節(jié)刃腳部分整體船運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)外,其余接高部分按隔水艙分為 16塊浮運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)拼裝成形。鋼圍堰結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

圖1 鋼圍堰平面(單位:cm)

圖2 鋼圍堰立面(單位:cm)

鋼套箱上下分為 4節(jié),第一節(jié)高 3.15m,底部設(shè)有刃腳,以利下沉和著床。其余三節(jié)均為 5m。圍堰外徑為 22.4m,內(nèi)徑為 20.4m,平面分為 16塊,現(xiàn)場(chǎng)拼接成形。圍堰內(nèi)外壁均設(shè)有防水結(jié)構(gòu),加工后必須作水密試驗(yàn)。為保持吸泥下沉灌注封底混凝土過程中圍堰內(nèi)外水的平衡,在圍堰底部 3m范圍內(nèi)對(duì)稱設(shè)置2個(gè) φ400mm的通水孔,以便調(diào)整鋼套箱下沉?xí)r的重心及垂直狀態(tài)。另外還要在上部設(shè)置吊耳、四周設(shè)錨耳等,以便吊裝及定位錨固。

3.1.2 鋼套箱運(yùn)輸與拼裝

由于鋼套箱加工量大,且要求加工質(zhì)量較高,因此,本橋鋼套箱采用工廠加工,現(xiàn)場(chǎng)用 60 t浮吊進(jìn)行拼裝。為保證圍堰起吊平穩(wěn)及防止變形,在圍堰上設(shè) 8個(gè)吊點(diǎn),進(jìn)行對(duì)接。

底節(jié)鋼圍堰在靜水區(qū)域的拼裝船上拼裝,利用浮吊起吊,拼裝船用兩艘 400 t駁船中間焊接 I30b型鋼連接而成,上面鋪板材作為操作平臺(tái),拼裝船組拼示意如圖3所示。

圖3 拼裝船組拼示意

鋼圍堰拼裝工藝為對(duì)稱拼焊,要求上下隔艙板對(duì)齊、各相鄰水平環(huán)形板對(duì)齊、上下豎向肋角與水平環(huán)形板焊牢;內(nèi)外壁鋼板接縫盡量采用對(duì)接焊,確有困難時(shí),采用搭接焊或貼板焊接,但必須滿焊,并確保水密性。鋼套箱內(nèi)、外壁板為 δ6mm鋼板,其上有75mm×75mm角鋼豎肋和 δ10mm環(huán)形板加強(qiáng),兩壁板之間用隔艙板和水平桁架連接,隔艙板為 δ6mm鋼板,水平桁架為75 cm×75 cm角鋼。節(jié)與節(jié)之間采用 δ10 mm厚的節(jié)間環(huán)板連接。16塊隔艙板將鋼套箱均分成16個(gè)互不相通的隔艙。為防止刃腳與封底混凝土之間滲水,在刃腳內(nèi)側(cè)加焊 2道 100mm×10mm鋼板止水帶。

完成后對(duì)鋼套箱尺寸、焊接質(zhì)量、桿件部位、附加結(jié)構(gòu)部位進(jìn)行全面檢查驗(yàn)收,并作水密試驗(yàn)(即油浸試驗(yàn))。水密試驗(yàn)的方法是先在鋼套箱外壁用排筆沿著焊縫刷上石灰漿,待漿干后,在內(nèi)壁沿著焊縫刷上體積比為 7∶3的煤油和汽油的混合液。

鋼套箱底節(jié)拼裝完成后,在夾壁中注水使鋼套箱呈浮體狀態(tài)(r＞h,其中 r—定傾半徑,h—浮心到重心距離)以保持浮運(yùn)穩(wěn)定性,然后用拖輪將鋼套箱頂推浮運(yùn)至墩位平臺(tái)上準(zhǔn)備定位。

3.1.3 鋼套箱定位

鋼套箱浮運(yùn)就位后,利用在導(dǎo)向船上的萬(wàn)能桿件起落架將底節(jié)鋼圍堰吊起,在綁定錨纜后退出拼裝船,底節(jié)下水,絞拉錨纜將鋼圍堰定位,然后用 16臺(tái)抽水機(jī)向圍堰的 16個(gè)隔艙均勻灌水,當(dāng)套箱刃尖距離河床0.5m左右即暫停灌水下沉,對(duì)鋼套箱進(jìn)行精確定位。受每日潮汐影響,漲落潮時(shí)水流對(duì)鋼套箱的精確定位增加一定難度,需要設(shè)置定位錨固系統(tǒng)。

在河道中設(shè)置可移動(dòng)拼裝的錨塊,采用 I22型鋼焊接成底部為長(zhǎng)方體頂部為三棱錐形的錨箱,長(zhǎng)方體與三棱錐相接處采用鉸接方式。棱錐坡面平行于流水方向,減小流水阻力以利錨塊穩(wěn)定,錨箱內(nèi)部放置混凝土塊,水下錨塊與錨定船固定后再通過錨纜固定鋼圍堰,共同組成鋼圍堰準(zhǔn)確定位的錨定系統(tǒng)。錨定船與鋼圍堰之間設(shè)置上下兩層錨纜,分別控制鋼圍堰頂部和底部,以控制潮汐期間水流對(duì)鋼圍堰的影響,底部錨纜在鋼圍堰沉入河床 1m之后拆除。在鋼套箱距河床0.5m時(shí),由岸上測(cè)量人員與錨定船上調(diào)系纜人員配合實(shí)現(xiàn)鋼套箱的精確定位,然后立即啟動(dòng) 16臺(tái)抽水機(jī)向圍堰的 16個(gè)隔艙快速灌水,使套箱圍堰刃腳迅速落入河床。鋼圍堰錨定示意見圖4、圖5。

3.1.4 吸泥下沉

鋼套箱的下沉主要是采取在圍堰內(nèi)吸泥,并往隔艙內(nèi)注水,靠圍堰自重和水重使之下沉。整體下沉前,首先在圍堰較高一側(cè)吸泥,將圍堰頂面找平,然后將φ460mm吸泥管放在圍堰中心附近開始吸泥,使中間形成鍋底形狀,并逐漸向刃腳方向移動(dòng),沿四周對(duì)稱均勻進(jìn)行。為防止圍堰不均勻下沉,正常情況下各點(diǎn)吸泥時(shí)間不要過長(zhǎng)?？刂茋邇?nèi)除土深度,在圍堰刃腳處,除土面不得低于刃腳尖。

圖4 鋼圍堰錨定平面

圖5 鋼圍堰錨定立面

當(dāng)鋼套箱刃腳已基本懸空且頂面高差、中心位置偏差符合要求,但鋼套箱停止下沉?xí)r就要澆筑壁艙混凝土或拋填砂石等,增加鋼套箱重力以克服下沉摩擦力,混凝土澆筑要對(duì)稱均勻,嚴(yán)格控制澆筑高度,盡量使每個(gè)壁艙混凝土澆筑到統(tǒng)一高程,使圍堰均勻下沉。在下沉過程中,發(fā)現(xiàn)障礙物時(shí),立即停止吸泥下沉,潛水進(jìn)行詳細(xì)勘察,摸清情況,分析原因,采取措施及時(shí)處理。吸泥過程中由于吸泥機(jī)排水量較大,要打開在圍堰的上下游方向設(shè)置的 φ420mm的補(bǔ)水孔,以保持圍堰內(nèi)外水位差,防止內(nèi)外水頭差過大而引起刃腳翻砂。

圍堰下沉的允許偏差為(25+H/50)cm(其中 H為圍堰高度)。

下沉過程中,要定時(shí)用全站儀監(jiān)控圍堰頂面的 4個(gè)點(diǎn),計(jì)算出偏位和傾斜情況,發(fā)現(xiàn)問題要及時(shí)糾正。

3.1.5 鋼套箱接高

第一節(jié)鋼套箱著床下沉到一定深度后,就要將圍堰接高,采用墩旁60 t浮吊在墩位處分塊拼接,鋼圍堰接高時(shí)應(yīng)結(jié)合每天潮汐時(shí)間,應(yīng)在水位平穩(wěn)時(shí)施做。首先是間隔艙焊接,待全部合龍,檢查尺寸符合要求后再進(jìn)行滿焊。

鋼套箱下沉往往是跳躍式的,并非理想中的均勻下沉,當(dāng)外壁與土層摩擦力及刃腳支撐力大于自重時(shí),圍堰就不動(dòng)。下沉初期主要是刃腳支撐力的大小決定著圍堰是否下沉,當(dāng)內(nèi)部吸空,刃腳支撐力減小到一定程度,圍堰就會(huì)突然下沉很多。所以初期要特別注意及時(shí)接高,以防圍堰突然下沉,使頂部淹沒水中。每次接高后,鋼圍堰頂部錨纜逐步上移至鋼圍堰頂部位置。

3.1.6 刃腳支墊、封堵

圍堰到達(dá)設(shè)計(jì)高程后,經(jīng)測(cè)量確認(rèn)位置偏差在設(shè)計(jì)要求之內(nèi)后,用袋裝混凝土填縫,使圍堰內(nèi)部緊閉。然后進(jìn)行吸泥清基,并用 2 cm的鋼板焊成的楔形盒子及 φ420mm鋼管制做的鋼板凳支墊鋼套箱刃腳,以確保圍堰穩(wěn)定。為保證封底混凝土的可靠性,在圍堰外周圍拋填片石鋼筋籠護(hù)腳,并用袋裝混凝土封堵圍堰內(nèi)刃腳。同時(shí)在鋼護(hù)筒上焊接牛腿并安裝吊梁,通過精軋螺紋鋼連接鋼圍堰,以更好地穩(wěn)定鋼圍堰。

3.1.7 清基

為了保證水下封底混凝土與鋼套箱內(nèi)壁結(jié)合緊密,避免出現(xiàn)夾砂層。采用 φ460mm直管吸泥機(jī)先從中部開始,逐漸向圍堰內(nèi)壁移動(dòng)吸取圍堰內(nèi)淤泥和泥砂。吸泥機(jī)不能直接對(duì)著刃腳底部吸泥,以免將刃腳處的堵塞物吸走,引起涌水翻砂。封底混凝土厚度范圍內(nèi)鋼套箱內(nèi)壁上的淤泥由潛水員用高壓水沖洗干凈,并用鋼刷拉毛封底混凝土厚度范圍內(nèi)鋼套箱內(nèi)壁,利于封底混凝土與圍堰內(nèi)壁緊密結(jié)合。清基完成后用測(cè)深儀測(cè)基底高程,供下放導(dǎo)管時(shí)使用。

利用鉆孔樁將雙壁鋼套箱固定,復(fù)核其中心位置及頂面高程,并隨時(shí)檢查其變化情況,經(jīng) 72 h觀測(cè),無(wú)變化時(shí),要立即將懸空部分用工字鋼墊或袋裝混凝土填塞,保持雙壁鋼套箱位正、平穩(wěn)。

3.1.8 混凝土封底

雙壁鋼套箱圍堰封底混凝土施工見圖6。

圖6 雙壁鋼套箱圍堰封底混凝土施工示意

封底前,由潛水員對(duì)雙壁鋼套箱圍堰刃腳處的基底情況及雙壁鋼套箱圍堰內(nèi)的情況再次進(jìn)行準(zhǔn)確探摸,以確定水下封底混凝土的施工方案。封底混凝土厚度以鋼套箱總重 +封底混凝土重以滿足克服抽水后雙壁鋼套箱總浮力的原則確定,并進(jìn)行強(qiáng)度檢算。其抗浮檢算公式為:抽水后雙壁鋼套箱浮力 Q=D(鋼套箱自重 D1+封底混凝土重量 D2+雙壁鋼套箱壁間水重 D3)。鉆孔樁的抗拔力作為安全系數(shù)考慮,不列入抗浮檢算。封底混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C20。

在灌注封底混凝土前,沿雙壁鋼圍堰周圍拋填片石堵塞漏洞,防止漏漿造成混凝土的流失,以及對(duì)雙壁鋼圍堰內(nèi)基底淤泥拋填一定數(shù)量的片石,以擠淤增強(qiáng)淤泥層的密實(shí)度;再對(duì)雙壁鋼圍堰內(nèi)基底用吸泥機(jī)普遍吸一遍,確保封底混凝土的厚度和質(zhì)量。

封底混凝土的施工平臺(tái)利用鉆孔時(shí)的平臺(tái),在平臺(tái)工字鋼間隙,布置 10根 φ325mm混凝土灌注導(dǎo)管,制做 2個(gè) 2.0m3的混凝土漏斗,循環(huán)使用。在平臺(tái)的中心,利用萬(wàn)能桿件拼裝 1個(gè)2m×2m×5m的鋼骨架,頂上安放 1個(gè) 10m3的旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)料斗(儲(chǔ)料斗的旋轉(zhuǎn),是在料斗底部和鋼骨架頂部各焊接一塊鋼板,鋼板上各焊接 3 cm高、半徑 80 cm的圓環(huán)槽,內(nèi)放 70個(gè) φ70mm的鋼球,并注滿潤(rùn)滑油,上下對(duì)放,進(jìn)行旋轉(zhuǎn)),儲(chǔ)料斗對(duì)稱設(shè)置兩個(gè)出料口,利用可上下及伸縮的混凝土縮槽將混凝土放到漏斗內(nèi),依次進(jìn)行,灌注封底混凝土。在每根工字鋼上布設(shè) 6個(gè)測(cè)點(diǎn),共布設(shè) 48個(gè)點(diǎn)。以控制封底混凝土的高程及混凝土的灌注情況。

3.1.9 混凝土灌注

先灌注鋼套箱雙壁間混凝土,待其混凝土終凝后,形成固結(jié)整體穩(wěn)定雙壁鋼套箱圍堰;再灌注雙壁鋼套箱內(nèi)的封底混凝土。

雙壁鋼圍堰水下封底混凝土施工是大橋水中基礎(chǔ)施工的一道重要工序,也是大橋施工的關(guān)鍵。由于一次灌注的混凝土量較大,混凝土的生產(chǎn)運(yùn)輸是決定封底成功與否的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地形和大橋配備的設(shè)備情況,混凝土主要在拌和站集中拌制,通過設(shè)置在施工棧橋上的混凝土輸送管道將混凝土送至承臺(tái)位進(jìn)行混凝土施工。

封底混凝土采用垂直導(dǎo)管法灌注水下混凝土,即在雙壁鋼圍堰內(nèi)垂直放入內(nèi)徑為 φ300 mm的鋼制導(dǎo)管,管底距基底面 30 cm,在導(dǎo)管頂部連接有一定容量的漏斗,在漏斗頸部安裝球塞,并用繩索系牢,漏斗內(nèi)滿盛坍落度較大的混凝土,然后利用索吊提拔球塞,同時(shí)迅速不斷地向漏斗內(nèi)灌入混凝土,此時(shí)導(dǎo)管內(nèi)之空氣和水均受混凝土重力擠壓由管底排出,瞬間,混凝土在管底周圍堆筑成一圓錐體堆,將導(dǎo)管下端埋入混凝土堆內(nèi)至少 1m以上,使水不能流入管內(nèi),將以后再灌注的混凝土在無(wú)水的導(dǎo)管內(nèi)源源不斷地灌入混凝土堆內(nèi),隨灌隨向周圍擠動(dòng)、攤開及升高。

混凝土的灌注順序?yàn)橄戎苓吅笾虚g的原則進(jìn)行;因封底的底部為淤泥,在灌注前,在雙壁鋼圍堰內(nèi)先拋填片石,進(jìn)行擠淤,提高淤泥的密實(shí)度;且在導(dǎo)管口下端即淤泥面上安放一塊 150 cm×150 cm的厚 4mm鋼板,以防止混凝土沖入淤泥,將淤泥翻起,影響封底混凝土質(zhì)量。

在混凝土初凝以前,使 10根導(dǎo)管全部灌注一遍(每根導(dǎo)管的灌注時(shí)間不得超過 1.5 h),以保證混凝土將淤泥全部覆蓋,再進(jìn)行第二次循環(huán)。

混凝土的灌注,嚴(yán)格按照水下混凝土的灌注要求進(jìn)行,導(dǎo)管的埋置深度不小于 0.5m,導(dǎo)管的提拔和拆卸通過浮吊進(jìn)行?；炷猎陂_盤后,即做一組試件,核實(shí)混凝土的初凝時(shí)間,以便調(diào)整導(dǎo)管灌注順序,保證導(dǎo)管不至于埋在已初凝的混凝土內(nèi),并避免混凝土形成斷層。混凝土灌注至頂時(shí),高程要比設(shè)計(jì)高程略高 20～30 cm,因?yàn)轫敳康幕炷翞楦{和淤泥的混合物,在抽水施做承臺(tái)時(shí)要將之鑿除。

3.2 承臺(tái)混凝土施工

3.2.1 割鋼護(hù)筒、鑿樁頭

封底完畢,混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度后,先抽干套箱內(nèi)積水,邊抽水邊加強(qiáng)內(nèi)支撐,水排干后即可割除鋼護(hù)筒,鑿除樁頭。φ2.5m大直徑鉆孔樁樁頭鑿除是一項(xiàng)耗時(shí)多的工序,為盡量減少這一工序時(shí)間,嚴(yán)格按規(guī)范規(guī)定控制混凝土灌注高程比樁頂高程超高 0.8～1.0m,然后再鑿除樁頭,以加快施工進(jìn)度。

首先核實(shí)承臺(tái)底面高程及每根基樁埋入承臺(tái)長(zhǎng)度,并對(duì)封底混凝土表面進(jìn)行修整;承臺(tái)底面以上到設(shè)計(jì)高程范圍的基樁頂部應(yīng)露出新鮮混凝土面,基樁埋入承臺(tái)長(zhǎng)度及樁頂主鋼筋錨入承臺(tái)長(zhǎng)度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2.2 承臺(tái)鋼筋加工和安裝及散熱管的安裝

鋼筋在岸上加工車間制作,嚴(yán)格按照施工規(guī)范和圖紙要求檢驗(yàn)材質(zhì)及加工,現(xiàn)場(chǎng)綁扎,嚴(yán)禁漏綁。特別注意預(yù)埋鋼筋的位置及加固,防止?jié)仓炷習(xí)r跑位。底部設(shè)置的鋼筋網(wǎng),在越過樁頂處不得截?cái)?。在鋼筋與模板之間設(shè)置混凝土墊塊,墊塊與鋼筋扎緊,并相互錯(cuò)開,根據(jù)圖紙預(yù)埋各種預(yù)埋件。

在鋼筋綁扎的同時(shí)布置和安裝冷卻循環(huán)水管道和測(cè)溫孔。

3.2.3 承臺(tái)混凝土灌注

混凝土嚴(yán)格按照試驗(yàn)并經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)的配合比準(zhǔn)確計(jì)量,集中拌和,輸送泵輸送,用串筒送混凝土至灌注部位。為確保施工質(zhì)量,采用斜向水平推進(jìn)法施工。混凝土自由下落高度不超過 2m,保持水平分層,且分層厚度不超過 30 cm。采用插入式振搗棒振搗,振搗棒插入下層混凝土 8 cm左右,插入間隔小于其 1.5倍作用半徑,不漏搗和重?fù)v。每一層邊振動(dòng)邊逐漸提高振動(dòng)棒,避免碰撞模板。澆筑過程中,設(shè)專人負(fù)責(zé)檢查圍堰、鋼筋和墩柱預(yù)埋鋼筋的穩(wěn)定情況,發(fā)現(xiàn)問題,立即處理。澆至設(shè)計(jì)高程后,振搗時(shí)觀察混凝土不再下沉,表面泛漿,水平有光澤即可緩慢抽出振搗棒,防止混凝土內(nèi)產(chǎn)生空洞?；炷翝仓瓿珊?對(duì)混凝土裸露面及時(shí)進(jìn)行修整、抹平,等定漿后再抹第二遍進(jìn)行壓光。混凝土初凝后覆蓋養(yǎng)護(hù),并做好測(cè)溫和循環(huán)水循環(huán)工作,安排專人負(fù)責(zé)此項(xiàng)工作。

3.3 水中承臺(tái)施工技術(shù)措施

根據(jù)橋梁承臺(tái)設(shè)計(jì)尺寸在加工廠加工制作雙壁鋼套箱,當(dāng)套箱刃尖距離河床 0.5m左右即暫停灌水下沉,由岸上測(cè)量人員與平臺(tái)上調(diào)系纜人員配合實(shí)現(xiàn)鋼套箱的精確定位,然后立即啟動(dòng)抽水機(jī)向圍堰的隔艙快速灌水,使套箱圍堰刃腳迅速落入河床。

當(dāng)鋼套箱刃腳已基本懸空且頂面高程、中心位置偏差符合要求,但鋼套箱停止下沉?xí)r就要澆筑隔艙混凝土或拋填砂石等,增加鋼套箱重力以克服下沉摩擦力。

在下沉過程中,發(fā)現(xiàn)障礙物時(shí),立即停止吸泥下沉,潛水進(jìn)行詳細(xì)勘察,摸清情況,分析原因,采取措施及時(shí)處理。

封底混凝土厚按 2m計(jì),采用多導(dǎo)管灌注水下混凝土法封底施工,每根導(dǎo)管的封底面積按照作業(yè)半徑3m計(jì)算導(dǎo)管數(shù)量。

4 結(jié)語(yǔ)

在大洋河特大橋跨大洋河的施工中,我單位按照上述要點(diǎn)進(jìn)行質(zhì)量控制,取得了較好的效果。

[1]劉自明.橋梁深水基礎(chǔ)[M].北京:人民交通出版社,2003.

[2]TB10415.1—2003,鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]周文海,張志國(guó).流水河大橋 4號(hào)墩雙壁鋼吊箱的設(shè)計(jì)與施工[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2008(3).

[4]石立成.澳門西灣大橋吊箱圍堰施工承臺(tái)技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2006(1).