周 輝

（中鐵上海工程局，上海 200436）

某橋梁深水基礎(chǔ)雙壁鋼圍堰設(shè)計與施工

周 輝

（中鐵上海工程局，上海 200436）

針對橋梁基礎(chǔ)位于水庫深水區(qū)，宜采用雙壁鋼圍堰施工的特點，進(jìn)行了雙壁鋼圍堰的設(shè)計。并對雙壁鋼圍堰進(jìn)行了有限元分析，分析表明，本文設(shè)計的雙壁鋼圍堰滿足全部施工過程的安全要求，且節(jié)約材料，造價低。

橋梁工程，深水基礎(chǔ)，雙壁鋼圍堰，設(shè)計，施工

近幾十年來的橋梁工程建設(shè)中，深水基礎(chǔ)或水中承臺的施工，或采用鋼圍堰或鋼套箱。但在橋梁較大深水基礎(chǔ)的施工中，則宜采用雙臂鋼圍堰。本文結(jié)合深水庫區(qū)大橋的水中基礎(chǔ)施工，進(jìn)行了雙壁鋼圍堰的設(shè)計，詳細(xì)介紹較大深水基礎(chǔ)的雙壁鋼圍堰方案設(shè)計與計算分析。

1 工程概況

項目所在水庫區(qū)橋梁全長610.5m，上部結(jié)構(gòu)為10孔50m預(yù)制箱梁，全橋共11個墩臺。其中5#～8#墩位于水庫深水區(qū)，水中承臺尺寸為900×1200cm，承臺高度3.0cm。墩底尺寸約400×1000cm。施工水位高程12.57m，承臺底標(biāo)高6號墩最低，為10.658m?？紤]封底混凝土厚度1.0m～1.5m。按照設(shè)計圖紙所提供的施工水位計算，考慮封底厚度，基坑底部水下深度約為13m。按照橋梁深水基礎(chǔ)常規(guī)的施工方法，對于這樣的深水區(qū)施工，采用雙壁鋼圍堰安全可靠。

雙壁鋼圍堰是用于水下施工的臨時性擋水設(shè)施，主要由三部分組成：雙壁鋼圍堰側(cè)板、圍堰內(nèi)支撐體系和封底砼。鋼圍堰的作用是通過圍堰側(cè)板和封底混凝土擋水，為承臺施工提供無水的施工環(huán)境。鋼圍堰側(cè)板兼做承臺側(cè)向模板，封底混凝土兼做承臺施工底模。

2 雙壁鋼圍堰方案設(shè)計

圍堰寬度為1.4m，鋼圍堰側(cè)板由內(nèi)外側(cè)鋼板、豎向加勁肋、水平桁架（水平桿、豎桿和斜桿）及豎向隔艙板（隔艙桁架和隔艙面板）組成。內(nèi)外側(cè)鋼板厚度δ＝6mm；豎向加勁肋采用L75×8等邊角鋼，間距為40cm；水平加勁肋間距為80cm，采用75×8等邊角鋼；隔艙板設(shè)置在圍堰分塊的兩端，面板采用δ＝10mm鋼板，桁架桿件采用L75×8等邊角鋼，刃角封口板采用δ＝10mm鋼板。內(nèi)支撐采用600×12mm鋼管（，圍檁采用2I45b和 2I56b雙拼工字鋼。雙壁鋼圍堰的二分之一立面圖平面圖如下圖1和圖2。

圖1 雙壁鋼圍堰立面圖

圖2 雙壁鋼圍堰平面圖

3 鋼圍堰力學(xué)分析

采用有限元軟件Midas.Civil，建立鋼板樁圍堰的整體空間模型，應(yīng)用軟件的單元激活與鈍化功能，模擬全部施工過程，進(jìn)行強度、變形力學(xué)分析。

本模型用板單元模擬內(nèi)外鋼壁，用梁單元模擬橫向和豎向主龍骨內(nèi)撐，桁架單元模擬斜撐，實體單元模擬混凝土。有限元模型如下圖3所示。

圖3 雙壁鋼圍堰有限元模型

僅以驗算最不利受力工況—澆筑完封底混凝土，抽干圍堰中的水之后，進(jìn)行力學(xué)分析。得到混凝土、鋼板和支撐的應(yīng)力如下各圖4-8所示。

圖4 圍堰底節(jié)混凝土主應(yīng)力

圖5 鋼板X-X方向正應(yīng)力

（1）底節(jié)填充混凝土部分變形和強度均滿足要求。

（2）承臺以上雙壁鋼圍堰部分，在抽水之后的變形和應(yīng)力滿足要求。

但變截面處的支撐和主龍骨，應(yīng)力較大，出現(xiàn)了，局部失穩(wěn)的現(xiàn)象，如下圖9所示：

考慮到模型簡化的誤差，依據(jù)施工經(jīng)驗，對變截面處的主龍骨不做加強設(shè)計，采用底節(jié)內(nèi)部混凝土灌注到變截面以上的措施。

圖6 鋼板y‐y方向正應(yīng)力

圖7桁架單元正應(yīng)力

圖8 梁單元正應(yīng)力

圖9 變截面處的主龍骨局部失穩(wěn)

4 雙壁鋼圍堰施工技術(shù)要點

鋼圍堰統(tǒng)一在加工場分塊分節(jié)加工制作成型，半成品加工完成后經(jīng)現(xiàn)場技術(shù)人員驗收合格后，龍門吊起吊到平板車，運送到鋼圍堰臨時堆放場地堆放。制作時圍堰上下共分為3節(jié)（7m+7m+3.5m），每節(jié)圍堰共14塊組成。

雙壁鋼圍堰施工，首先拆除水上鉆孔平臺，用抓斗或水上長臂挖掘機清理圍堰范圍內(nèi)的河床，然后在鋼護(hù)筒頂安裝縱橫向主梁（作圍堰下沉對位、固定用），并在護(hù)筒距離水面高約1.3m處安裝牛腿，然后將岸邊分塊加工制作好的鋼圍堰，用浮吊運至墩位處，將底節(jié)圍堰分塊吊裝至牛腿上，對位、固定、焊接、合攏，灌注刃腳砼，且在圍堰內(nèi)壁焊接下沉定位設(shè)置、安裝固定導(dǎo)鏈，利用導(dǎo)鏈將底節(jié)鋼圍堰吊起，拆除牛腿，下放底節(jié)鋼圍堰，下沉到位后，再按同樣方法拼裝焊接下沉第二、三節(jié)鋼圍堰，最后利用吸泥機進(jìn)行吸泥清基，灌注封底砼，待承臺施工完畢并且墩身施工出水面之后,將鋼圍堰拆除。

為確保圍堰的定位準(zhǔn)確，在圍堰內(nèi)壁每對應(yīng)承臺四周鋼護(hù)筒位置處，豎向間隔3m焊接一道定位支撐，定位支撐采用雙拼的22a槽鋼焊接而成，定位支撐與鋼護(hù)筒之間預(yù)留5cm的空隙，便于圍堰下沉。由于定位支撐與圍堰一起下沉，確保了圍堰的定位準(zhǔn)確。

圍堰下沉選擇在水流較平穩(wěn)時進(jìn)行，利用16個性能完好的30t手拉葫蘆、16根直徑Ф32.5mm的鋼絲繩和30t的卡環(huán)將圍堰吊在鋼護(hù)筒上，在現(xiàn)場總指揮的統(tǒng)一指揮下，16名操作工人同時拉動葫蘆，收10cm，使鋼圍堰脫離裝懸臂梁支撐，此時檢查葫蘆及吊耳受力狀態(tài)，確定懸掛系統(tǒng)無變形后割除鋼護(hù)筒上的牛腿，注意牛腿要割除干凈不留突出鐵件，避免造成圍堰下沉困難。

當(dāng)圍堰進(jìn)尺到最后1m時就進(jìn)入到終沉階段，在終沉?xí)r，挖土鍋底形狀由“凹"面逐步過度到“凸"形反鍋底，并且適當(dāng)放慢吸泥速度和數(shù)量，嚴(yán)格按照均勻?qū)ΨQ的原則布置吸泥范圍，當(dāng)圍堰四個控制點高差大于20mm時，及時糾偏，糾偏方法以調(diào)整各隔倉吸泥速度為主。

圍堰刃腳踏面標(biāo)高達(dá)到設(shè)計標(biāo)高時，立即停止吸泥,測量密切注意觀測，8h內(nèi)圍堰下沉不大于10mm，即為圍堰沉停成功。圍堰到位后，錨好圍堰四周錨繩，且圍堰與鋼護(hù)筒之間臨時焊接牢固，確保圍堰穩(wěn)定。測量要求每間隔6h觀察一次四個方向標(biāo)高，校核圍堰終沉后位置有無放生變化。

當(dāng)鋼圍堰完成終沉后，后續(xù)的施工步驟為：鋼圍堰內(nèi)水下砼封底→抽干鋼護(hù)筒→水下切割鋼護(hù)筒→焊接第一層圍檁托架→架設(shè)第一層圍檁→架設(shè)支撐→抽圍堰中的水至第二層圍堰支撐下1.2m位置（封底砼澆筑7天后才能抽水）→焊接第二層圍檁托架→架設(shè)第二層圍檁→架設(shè)支撐→第三層支撐架設(shè)同第二層。

5 結(jié)論

（1）方案設(shè)計充分考慮了承臺施工和橋墩施工所需的空間。計算分析表明，滿足施工安全性要求。較大的節(jié)約了材料，降低了施工費用；

（2）圍堰拼裝完成后，應(yīng)首先對圍堰范圍內(nèi)的河床清理，可提高圍堰的下沉速度，并確保圍堰的精確對位。

[1]中華人民共和國建設(shè)部. 基坑工程技術(shù)規(guī)范DG/TJ08-61-2010（J11577-2010）[S].2010

[2]中華人民共和國建設(shè)部.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB50017-2003[S].2003

[3]中華人民共和國鐵道部.鐵路橋涵工程施工安全技術(shù)規(guī)程TB10303-2009（J946-2009）[S].2009

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