葉洪兵，劉成鋼，李洪松

(中建三局基礎(chǔ)設(shè)施工程有限公司,湖北 武漢　430065)

1　工程概況

惠新大道跨東江大橋是廣東省惠州市東江水系的一座大型連續(xù)剛構(gòu)橋，全長(zhǎng)約957.6 m，寬42 m。該橋上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，共5聯(lián)24跨，其中主跨采用(76+2×128+76)m(第4聯(lián))預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)、多邊形箱形墩。該橋11#～21#墩位于東江中，基礎(chǔ)采用承臺(tái)接鉆孔灌注樁。15#～17#墩為主墩(如圖1所示)，采用左右幅分離式承臺(tái)，每個(gè)墩設(shè)置2個(gè)承臺(tái)，單個(gè)承臺(tái)尺寸為9 m×14 m×4 m。每個(gè)承臺(tái)下各設(shè)6根φ200 cm的鉆孔灌注樁。16#墩承臺(tái)頂面標(biāo)高-1.585 m，對(duì)應(yīng)東江河床面標(biāo)高-1.489 m，屬于深水低樁承臺(tái)。

圖1　惠新大道跨東江大橋主橋立面(單位：cm)

橋址范圍內(nèi)的主要水系為珠江水系，東江流量較大，水流速度較快，水深最大可達(dá)13.5 m，水位10.5～15.2 m。河流上中游處于丘陵地區(qū)，保持有天然殘次林，下游多微丘，水土保持良好，河深坡緩，自然災(zāi)害較少。橋梁樁基礎(chǔ)主要地層自上而下分別是砂層、卵石、強(qiáng)風(fēng)化礫巖、中風(fēng)化礫巖。

2　工程特點(diǎn)及施工方案

2.1　工程特點(diǎn)

東江大橋16#主墩承臺(tái)位于橋址處東江河水中部位置，工程特點(diǎn)如下：

1)承臺(tái)為深水區(qū)埋入式低樁長(zhǎng)方形承臺(tái)結(jié)構(gòu)，鋼圍堰內(nèi)外最大水位差可達(dá)17.5 m。

2)最高洪水位與最低枯水位之差為6.56 m，江面水位落差較大，洪水期流量達(dá)到700 m3/s。

3)圍堰埋入河床覆蓋層主要為砂卵石層，局部為強(qiáng)風(fēng)化巖，從河床至設(shè)計(jì)標(biāo)高下沉深度達(dá)8.6 m，圍堰尺寸大(40.54 m×15.04 m×26.69 m)，質(zhì)量大(1 768 t)，要確保鋼圍堰整體平穩(wěn)下沉，難度很大。

2.2　施工方案

16#主墩承臺(tái)選用“無(wú)底矩形雙壁鋼圍堰”和“先樁后圍堰[1]”的施工方案，即先搭設(shè)鋼棧橋和鉆孔平臺(tái)進(jìn)行鉆孔樁施工，并同步進(jìn)行雙壁鋼圍堰的加工；然后待樁基施工完成后，憑借原樁基鋼護(hù)筒作為導(dǎo)向和支撐進(jìn)行鋼圍堰的施工。主要施工工藝流程為：

在鋼護(hù)筒上焊接牛腿→搭建組拼平臺(tái)→鋼圍堰分塊制作(分80塊)→原位拼裝首節(jié)雙壁鋼圍堰→安裝限位系統(tǒng)→安裝提升系統(tǒng)→吊起雙壁鋼圍堰→使用千斤頂下放首節(jié)鋼圍堰，使之下沉自浮水面上→接高第2節(jié)雙壁鋼圍堰→澆注刃腳混凝土，下沉至河床→焊接圍堰內(nèi)支撐→抽砂輔助下沉→精準(zhǔn)就位→清理圍堰內(nèi)封底厚度部分的泥渣→灌注水下封底混凝土→抽水，施做承臺(tái)。

3　雙壁鋼圍堰結(jié)構(gòu)

16#主墩承臺(tái)圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為矩形雙壁鋼圍堰，承臺(tái)為2個(gè)分離式承臺(tái),間距6 m，平面尺寸均為14 m×9 m，圍堰平面尺寸為40.54 m×15.04 m，夾壁厚度為2.0 m，圍堰內(nèi)側(cè)距承臺(tái)外邊1.0 m。

雙壁鋼圍堰內(nèi)外壁板均采用8 mm厚鋼板，鋼箱采用12 mm厚鋼板焊接而成，豎肋選用120×80×12不等肢角鋼，將其釘焊在內(nèi)外壁體上，角鋼長(zhǎng)肢釘入壁體深度為3 mm，豎肋與壁體之間焊接為滿焊。環(huán)向鋼板選用16 mm厚鋼板，通過(guò)環(huán)向鋼板與壁體以及鋼箱的焊接，將圍堰分成多個(gè)隔箱形式，環(huán)向鋼板的豎向分布間距根據(jù)圍堰在不同深度而有所不同，從上至下由1.3 m逐漸減小為0.6 m，夾壁壓艙混凝土澆筑部分環(huán)向鋼板分布間距為1.5 m。斜向支撐選用100×80×10不等肢角鋼，斜向支撐焊接于環(huán)向鋼板上，其與環(huán)向鋼板接觸部分的焊接均為滿焊；內(nèi)支撐選用φ630×10圓鋼管。雙壁鋼圍堰平面、立面分別見(jiàn)圖2和圖3。

圖2　16#主墩雙壁鋼圍堰平面(單位：cm)

圖3　16#主墩雙壁鋼圍堰立面(單位：cm)

4　雙壁鋼圍堰主要施工工藝

4.1　鋼圍堰加工及原位拼裝

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)加工運(yùn)輸條件及現(xiàn)場(chǎng)拼裝的起吊能力，鋼圍堰在岸邊加工場(chǎng)內(nèi)分節(jié)分塊制作，再運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)原位拼裝[2]。16#主墩雙壁鋼圍堰按設(shè)計(jì)分為5節(jié)，每節(jié)16塊，制作完成后進(jìn)行檢查、校正、圍焊。在底板刃腳上沿雙壁鋼圍堰外側(cè)對(duì)每個(gè)隔艙的中部焊一個(gè)閥門，在注水試驗(yàn)后放水；放水后，將閥門割除進(jìn)行補(bǔ)焊。

鉆孔樁施工結(jié)束后，利用鋼護(hù)筒和鋼管樁做支撐，焊接牛腿，并搭設(shè) I28b 工字鋼作為分配梁構(gòu)成拼裝平臺(tái)頂面[3]。為了保證首節(jié)鋼圍堰拼裝時(shí)標(biāo)高持平，先在鋼護(hù)筒與鋼管樁指定位置畫線，根據(jù)線位焊接牛腿。然后通過(guò)牛腿上安裝工字鋼墊梁精細(xì)調(diào)平，以保證拼裝平臺(tái)頂面水平。平臺(tái)做好后，由動(dòng)力舟將每塊鋼圍堰運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，用130 t履帶吊從圍堰短邊向兩側(cè)長(zhǎng)邊對(duì)稱拼裝。

首節(jié)拼裝時(shí)，由于圍堰底部為刃腳段，需在支架處焊臨時(shí)牛腿作為圍堰支承點(diǎn)，同時(shí)在圍堰內(nèi)加焊臨時(shí)支撐。采用在鋼護(hù)筒外側(cè)焊接導(dǎo)向架固定刃腳段上口，導(dǎo)向架既對(duì)鋼圍堰壁體拼裝起到臨時(shí)支撐作用，也對(duì)鋼圍堰垂直度進(jìn)行控制。下口通過(guò)定位碼子限位后與定位碼子臨時(shí)焊接加以固定(見(jiàn)圖4)。通過(guò)測(cè)量?jī)x器校檢平面位置和垂直度，達(dá)到要求后，鋼圍堰壁板與平臺(tái)底板臨時(shí)焊接固定，鋼圍堰壁板間進(jìn)行剛性連接。

圖4　首節(jié)鋼圍堰拼裝示意

4.2　鋼圍堰首節(jié)下放

1個(gè)主墩圍堰設(shè)置6個(gè)下放點(diǎn)，分別位于左右幅的鋼護(hù)筒上。圍堰下放采用液壓提升系統(tǒng)，在每個(gè)吊點(diǎn)設(shè)置額定提升力為200 t的千斤頂2臺(tái)，每臺(tái)千斤頂配置19根φ15.24強(qiáng)度為 1 860 MPa 級(jí)的鋼絞線。

在鋼圍堰下放前對(duì)提升系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，以確定每臺(tái)千斤頂都處于良好工作狀態(tài)，并檢測(cè)各臺(tái)千斤頂伸縮行程是否一致，待檢查無(wú)誤后割去圍堰的焊接牛腿正式開(kāi)始下放。

當(dāng)鋼圍堰下放時(shí)，先由千斤頂?shù)南聤A持器夾緊鋼絞線，主頂活塞向上前進(jìn)，活塞到位后夾緊上夾持器，主頂活塞繼續(xù)向上前進(jìn)3 cm，打開(kāi)下夾持器，主頂活塞向下回縮，鋼圍堰下放。主頂活塞回縮到位后，下夾持器再次夾緊鋼絞線，完成1次下放循環(huán)。通過(guò)液壓系統(tǒng)使鋼圍堰下放到預(yù)定的位置。此外，在圍堰的壁體上設(shè)置若干個(gè)水準(zhǔn)儀，隨時(shí)觀察圍堰下放的同步性，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某點(diǎn)的標(biāo)高超過(guò)最大允許偏差時(shí)即對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整以保證圍堰的平衡下放[4]。

4.3　鋼圍堰自浮拼裝

首節(jié)鋼圍堰入水自浮后，澆筑壓艙混凝土，下放到指定位置后，進(jìn)行第2節(jié)圍堰接高[5]。為了保證鋼圍堰下放精度，采用“導(dǎo)向架+導(dǎo)向鋼管”組合導(dǎo)向定位系統(tǒng)。即第2節(jié)圍堰通過(guò)焊接在鋼護(hù)筒外側(cè)的導(dǎo)向架固定之外，還對(duì)稱布置φ630 mm長(zhǎng)度為1 m的鋼管進(jìn)行水平方向限位，允許其在豎直方向均勻下沉(見(jiàn)圖5)。首節(jié)雙壁鋼圍堰內(nèi)壁外加牛腿，與鋼管焊接固定，且與鋼護(hù)筒間存在30 mm的空隙。當(dāng)圍堰垂直下放不發(fā)生左右偏移時(shí)，鋼管不受力；當(dāng)圍堰發(fā)生偏移時(shí)，鋼管會(huì)緊靠在鋼護(hù)筒上產(chǎn)生受力，防止圍堰繼續(xù)偏移。為了使鋼管受力不發(fā)生變形，在其內(nèi)壁等間距焊接4塊等直徑圓形鋼板作為支撐。這種方法既有效地防止了鋼圍堰在強(qiáng)涌潮下發(fā)生偏移，對(duì)控制下放精度起到了關(guān)鍵性作用，又避免了施打定位樁的工序。接高圍堰第3,4,5節(jié)時(shí)均采用組合導(dǎo)向系統(tǒng)。

圖5　第2節(jié)圍堰接高示意

4.4　雙壁鋼圍堰著床和輔助下沉就位

當(dāng)圍堰整體下沉到承臺(tái)頂標(biāo)高時(shí)，圍堰底部刃腳會(huì)觸碰河床，在著床后由于河床起伏變化，會(huì)影響鋼圍堰的平衡。因此，首先采用探測(cè)儀器提前對(duì)河床表面情況進(jìn)行摸查，發(fā)現(xiàn)障礙物及時(shí)清理，使圍堰內(nèi)外的河床面大致水平[6]。施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)16#主墩雙壁鋼圍堰下面存在較大石塊(達(dá)70 m3左右)以及施工不慎掉落的工字鋼，無(wú)法利用抓斗等設(shè)備直接去除。對(duì)于體積較小的石塊，利用繩鋸對(duì)障礙物進(jìn)行水下切割，效果很好。對(duì)于體積較大、較硬的石塊，將沖擊鉆改裝為扁平鉆頭，利用扁平鉆頭對(duì)石塊的沖擊力切割石塊，再利用抓斗成功將碎石清理出去。工字鋼的取出方法則是先抽砂然后派遣專業(yè)潛水員采用水下切割技術(shù)，將工字鋼切割成多截再打撈上來(lái)。

鋼圍堰著床穩(wěn)定后，繼續(xù)向圍堰內(nèi)注水或混凝土壓艙下沉，并開(kāi)動(dòng)空壓機(jī)吸泥抽沙輔助下沉。另外，啟動(dòng)泥漿套系統(tǒng)將事先配置的優(yōu)質(zhì)泥漿均勻注入圍堰外壁四周，在圍堰與覆蓋層間形成一層泥漿隔層，以減小圍堰在覆蓋層內(nèi)下沉的側(cè)摩阻系數(shù)。如下沉困難，可派專業(yè)潛水員裝備水槍下水，在刃腳處高壓射水以破土下沉。鋼圍堰下沉就位后，用型鋼將圍堰與鋼護(hù)筒焊接固定[7]。

4.5　鋼圍堰水下混凝土封底施工

在雙壁鋼圍堰頂利用工字鋼搭設(shè)水下混凝土澆筑平臺(tái)，布置水下混凝土封底用導(dǎo)管，導(dǎo)管布置7個(gè)固定點(diǎn)進(jìn)行封底，1根流動(dòng)。在雙壁鋼圍堰內(nèi)上、下游位置先布置2個(gè)導(dǎo)管點(diǎn)，澆筑時(shí)首先批料封底，接著連續(xù)不斷地進(jìn)行混凝土澆筑。封底混凝土大部分通過(guò)前7根導(dǎo)管來(lái)完成，第8根導(dǎo)管作為流動(dòng)導(dǎo)管使用。其灌注順序從低處至高處逐個(gè)進(jìn)行，同時(shí)從周邊至中間，避免基底浮漿集中在基礎(chǔ)邊緣，以穩(wěn)固雙壁鋼圍堰，預(yù)防雙壁鋼圍堰向河中心滑移[8-11]。

5　主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

1)組合導(dǎo)向定位系統(tǒng):①在首節(jié)鋼圍堰拼裝時(shí)，保證臨時(shí)拼裝平臺(tái)水平的情況下，采用“導(dǎo)向架+定位碼子”組合定位系統(tǒng)，即首節(jié)鋼圍堰上口通過(guò)導(dǎo)向架焊接在鋼護(hù)筒上，下口通過(guò)焊接在平臺(tái)橫梁上的定位碼子限位。因此導(dǎo)向架既對(duì)鋼圍堰壁體拼裝起到臨時(shí)支撐作用，也對(duì)鋼圍堰垂直度進(jìn)行控制，保證其精準(zhǔn)水平。②在首節(jié)鋼圍堰下水自浮并接高第2節(jié)時(shí)，采用“導(dǎo)向架+導(dǎo)向鋼管”組合導(dǎo)向定位系統(tǒng)。即第2節(jié)圍堰通過(guò)焊接在鋼護(hù)筒外側(cè)的導(dǎo)向架固定，自浮于水中的首節(jié)鋼圍堰內(nèi)壁布置φ630 mm長(zhǎng)度為1 m的鋼管進(jìn)行限位。其原理是，鋼管與鋼護(hù)筒外壁間存在 30 mm的空隙，在接高過(guò)程中，下部圍堰不發(fā)生偏移時(shí)，鋼管不受力；當(dāng)圍堰發(fā)生偏移時(shí)，鋼管會(huì)緊靠在鋼護(hù)筒上產(chǎn)生受力，防止圍堰繼續(xù)偏移。既有效地防止了鋼圍堰在強(qiáng)涌潮下發(fā)生偏移，保證其自由、精準(zhǔn)下放；又避免了施打定位樁的工序，簡(jiǎn)單可靠，節(jié)約了施工成本。

2)江底大體積障礙物水下破除。圍堰下放前，通過(guò)探測(cè)儀器發(fā)現(xiàn)圍堰著床部位存在體積較大的石塊、工字鋼等障礙物，阻礙圍堰下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，必須進(jìn)行清除。實(shí)踐證明：①對(duì)于體積較小的石塊，利用繩鋸對(duì)障礙物進(jìn)行水下切割，效果很好。②對(duì)于體積較大、較硬的石塊，必須先破碎，利用扁平鉆頭對(duì)石塊的沖擊力切割石塊，破碎效果很好。③特殊情況下，當(dāng)鋼圍堰著床后才發(fā)現(xiàn)有埋入砂卵石地層中的工字鋼等型鋼，此時(shí)已壓在鋼圍堰下，應(yīng)先在型鋼對(duì)應(yīng)位置處抽砂使其松動(dòng)，然后派遣專業(yè)潛水員水下打撈。型鋼過(guò)長(zhǎng)時(shí)，可采用水下切割技術(shù)，將工字鋼切割成多截再打撈上來(lái)。

6　結(jié)語(yǔ)

本文所述惠州大道跨東江大橋16#主墩雙壁鋼圍堰施工，通過(guò)先搭設(shè)鋼棧橋和鉆孔平臺(tái)進(jìn)行鉆孔樁施工，并同步進(jìn)行雙壁鋼圍堰的設(shè)計(jì)與加工，合理利用了工期。鋼圍堰施工期間，利用樁基鋼護(hù)筒作為支撐，采用組合導(dǎo)向定位系統(tǒng)限位，在拼裝平臺(tái)進(jìn)行對(duì)稱拼裝，采用千斤頂起吊系統(tǒng)下放，充分控制了鋼圍堰下放精度。設(shè)備簡(jiǎn)單，受力明確，操作方便，下放順利，安全性高。著床前先清理河床表面障礙物，啟動(dòng)泥漿套系統(tǒng)將事先配置的優(yōu)質(zhì)泥漿均勻注入圍堰外壁四周，在圍堰與覆蓋層間形成一層泥漿隔層，再結(jié)合空壓機(jī)抽砂及水槍破土，使圍堰順利下沉、精準(zhǔn)就位。實(shí)踐證明，該橋16#主墩雙壁鋼圍堰施工工藝可行，安全可靠，操作方便，易于周轉(zhuǎn)，經(jīng)濟(jì)效益高，對(duì)類似橋梁深水區(qū)低樁承臺(tái)雙壁鋼圍堰施工有借鑒意義。

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