余丕東

摘要：文章以左江大橋主墩承臺安全專項(xiàng)施工工程為例，介紹了承臺圍堰的設(shè)計(jì)方案，并分析了圍堰施工的主要內(nèi)容，為同類型雙壁方形鋼圍堰施工提供參考。

關(guān)鍵詞：鋼套箱圍堰;拼裝;下沉

0 引言

與單壁圍堰相比，雙壁圍堰抗壓能力更強(qiáng)，適合于深水、高流速水環(huán)境的基礎(chǔ)施工。雙壁圍堰由于噸位重、體積大，在拼裝、吊運(yùn)過程中往往會遭遇施工難題，因此，應(yīng)認(rèn)真總結(jié)此類工程施工中的經(jīng)驗(yàn)，以為同類施工提供借鑒。

1 案例工程概況

本案為橋梁承臺施工工程，項(xiàng)目在廣西崇左市寧明縣，為新建崇左西左江大橋工程的主要組成部分。左江大橋是崇水高速公路的組成部分。大橋起止樁號為RK1+265.46～RK1+654.5，長度為389.04m。主橋?yàn)椋?7+145+77）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，主墩為鋼筋混凝土薄壁墩，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，橋臺采用肋板式及U型橋臺。主橋4#、5#主墩承臺采用左右幅結(jié)構(gòu)，單個(gè)承臺為正方形，外形輪廓尺寸為12m×12m（橫×順），厚度為4.0m。承臺采用C30高性能混凝土，頂面標(biāo)高分別為+94m、+95m。

2 鋼套箱圍堰設(shè)計(jì)

案例工程左江段水位受下游左江水電站調(diào)節(jié)，左江電站正常蓄水位為108.0m，20年一遇水位為111.0m。工程主橋墩處河床標(biāo)高落差較大，低處標(biāo)高為86.1m，高點(diǎn)為88.4m。以108.0m的正常蓄水位計(jì)算，水深在20m左右。豐水期該河段水流的最高流速達(dá)2.5m/s。按照《鋼圍堰工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T51295-2018），圍堰類型不宜采用單壁圍堰。結(jié)合成本等因素考慮，工程選擇采用無底雙壁鋼套箱方案。

無底鋼套箱抗壓能力強(qiáng)，可以適應(yīng)水流流速較高的施工現(xiàn)場。圍堰套箱的尺寸根據(jù)承臺的外形尺寸來設(shè)定。本案中，兩個(gè)主墩4#墩和5#墩均采用同樣尺寸的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，每個(gè)主墩設(shè)兩個(gè)承臺，單個(gè)承臺的外形尺寸為（12×12×4）m，分左右兩幅，兩幅間的間距為2.93m。因此，每個(gè)墩臺設(shè)計(jì)一個(gè)鋼套箱圍堰，囊括兩個(gè)承臺。單個(gè)鋼套箱圍堰外壁輪廓尺寸為30.13m×15.2m，壁厚為1.5m。根據(jù)水深和河床標(biāo)高，設(shè)計(jì)圍堰側(cè)板最大高度為23.5m。

無底鋼套箱圍堰需要采用水下混凝土封堵底部，以營造無水環(huán)境。封底水泥太厚增加工程成本，太薄則會導(dǎo)致圍堰上浮，基礎(chǔ)不穩(wěn)定。因此，應(yīng)通過圍堰自重等參數(shù)來計(jì)算封底水泥的厚度。

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，抗浮安全系數(shù)Kf宜>1.15。代入各參數(shù)，可以計(jì)算出水泥自重，然后根據(jù)鋼套箱底面積等參數(shù)，可以求出封底水泥高度。本案根據(jù)公式計(jì)算結(jié)果，封底水泥宜采用4m厚值。

結(jié)合橋位處水位布置情況，選擇+109.5m作為圍堰頂標(biāo)高，在108.5m處設(shè)連通管，如果出現(xiàn)高于該水位的情況，約20年一遇水位的111m，可以在圍堰頂增設(shè)1.5m單壁圍堰（視具體情況確定），可滿足圍堰施工要求。如果水位進(jìn)一步增加，可以選擇圍堰臨時(shí)被淹，避開洪水高峰期后再進(jìn)行施工。圍堰內(nèi)設(shè)置三層橫向內(nèi)支撐，以及兩道豎向內(nèi)支撐。

圍堰的立面圖見圖1。

3 套箱圍堰施工主要內(nèi)容

鋼套箱圍堰主要施工內(nèi)容包括：單元件場外制作、運(yùn)輸，單元件場內(nèi)拼裝、護(hù)筒接高、吊掛系統(tǒng)制造安裝、套箱下放、套箱定位、封底混凝土澆筑、圍堰抽水等內(nèi)容[1]。

3.1 拼裝

鋼套箱的制作在場外進(jìn)行，整體上共分三節(jié)，第一節(jié)為8.5m，第二節(jié)為7.7m，第三節(jié)為7.3m。按規(guī)格制作好所有的單元件，驗(yàn)收后通過汽車運(yùn)輸至圍堰拼裝平臺。拼裝前，可利用鉆孔樁的鋼護(hù)筒導(dǎo)向，接高4個(gè)邊角的鋼護(hù)筒，利用鋼護(hù)筒來初步定位和導(dǎo)向鋼圍堰。測量安裝導(dǎo)向架的護(hù)筒垂直度，根據(jù)護(hù)筒垂直度加工導(dǎo)向架。導(dǎo)向架主要由45a工字鋼及10mm鋼板加工而成，與鋼圍堰接觸面設(shè)置硬橡膠，導(dǎo)向架與鋼圍堰內(nèi)壁板之間間隙按50mm控制安裝。

第一節(jié)鋼圍堰共16個(gè)單元，單個(gè)單元重約20t，利用50t吊車起吊，下部墊支撐，初步固定。各單元間采用埋弧焊和手工電弧焊焊接，務(wù)必仔細(xì)焊接，防止漏水。16個(gè)單元拼裝完畢后，利用千斤頂系統(tǒng)控制圍堰入水。千斤頂系統(tǒng)以接高鋼護(hù)筒作為承載支撐。下水前，首先利用千斤頂同時(shí)提升鋼圍堰至刃腳離開拼裝平臺5cm，臨時(shí)固定鋼圍堰，盡快拆除鋼圍堰的拼裝臨時(shí)工作平臺。平臺拆除后，開始第一節(jié)鋼圍堰的入水自浮。鋼圍堰的下放要有專人統(tǒng)一指揮，下放前在護(hù)筒上做好刻度標(biāo)記，保持鋼圍堰的平衡，直到鋼圍堰不再下沉達(dá)到自浮平衡，停止下放。第一節(jié)鋼圍堰入水自浮后，檢查鋼圍堰是否有漏水現(xiàn)象，若有，必須進(jìn)行補(bǔ)焊處理，同時(shí)檢查整個(gè)鋼圍堰的平面尺寸和垂直度，以便在拼裝下一節(jié)鋼圍堰時(shí)能及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。首節(jié)鋼圍堰在自重懸浮狀態(tài)下堰頂露出水面高度為5.6m，圍堰頂面高出平臺1.1m，可方便接高安裝下節(jié)圍堰。

第一節(jié)圍堰穩(wěn)定后，接高第二節(jié)圍堰。節(jié)間連接采用螺栓栓接，接口位置墊設(shè)5mm密封橡膠條。在接高時(shí)，利用導(dǎo)向裝置固定圍堰，同時(shí)提升系統(tǒng)起吊受力，防止雙壁鋼圍堰在接高過程中轉(zhuǎn)動。為方便安裝節(jié)段對接頭及圍焊壁板，在雙壁鋼圍堰內(nèi)外圈用環(huán)形爬梯作為內(nèi)外壁工作平臺。第二節(jié)圍堰拼裝完畢后，安裝底層和中層內(nèi)支撐。第三節(jié)圍堰的接高在第二節(jié)圍堰下沉到合適位置后開始。在鋼圍堰內(nèi)灌水，使鋼圍堰下沉，待下沉到合適位置后，停止灌水，并采取同樣步驟接高頂節(jié)。接高時(shí)應(yīng)對稱接高，不允許從一側(cè)轉(zhuǎn)圈焊接以防止圍堰傾斜。拼裝完畢后，完成頂層內(nèi)支撐和豎向內(nèi)支撐。

3.2 下沉

鋼圍堰的下沉是逐步加深的過程，第一、二節(jié)下沉?xí)r，要注意河床上無障礙物。圍堰整體安裝完畢后，開始著床定位下沉。下沉前需要調(diào)平河床，本案中，4#墩處河床標(biāo)高在88.4m左右，河床覆蓋物為卵石層，強(qiáng)行下沉容易損壞刃腳。而根據(jù)設(shè)計(jì)，圍堰的刃腳底部標(biāo)高為86m，河床距承臺底平均為1.6m，不能滿足4m厚封底的要求。因此，采用抓斗和潛水員配合清理并平整河床，清理河床至封底混凝土底標(biāo)高。5#墩承臺處的河床為中風(fēng)化白云巖，大樁號處河床距承臺2.6m，小樁號處河床距承臺3.9m，河床不平整，容易造成鋼圍堰傾斜，為避免形成高低刃腳，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，提前進(jìn)行河床水下爆破，然后采用抓斗和潛水員配合清理并平整河床，利用抓斗將爆破坑洞填充平整，將河床清理至封底混凝土標(biāo)高，填充后用細(xì)碎石將空隙填充至無大孤石外露，盡量避免圍堰底封底混凝土泄露。

河床找平后，在鋼套箱內(nèi)注水，利用鋼套箱自重使其下沉，下沉進(jìn)度的控制由千斤頂系統(tǒng)完成。下放過程中通過計(jì)算機(jī)控制柜和遠(yuǎn)程控制柜控制油泵和千斤頂，通常用1臺油泵控制2臺千斤頂，盡可能保證下放同步，確保各頂受力均勻。發(fā)現(xiàn)個(gè)別頂受力過大時(shí)，油表讀數(shù)相差較大，需停止并排查出故障后繼續(xù)下沉，切忌盲目快速下沉。下放速度由千斤頂行程決定，單個(gè)頂行程按30cm控制，單個(gè)行程平均按3min控制，則整個(gè)圍堰下沉入水到位，可輕松控制在一個(gè)白天內(nèi)完成。

保證鋼圍堰四周平穩(wěn)、均衡著床后，拆除懸吊系統(tǒng)，檢查平面位置符合要求后，進(jìn)行雙壁鋼圍堰內(nèi)壁倉混凝土施工，該施工主要是為了加強(qiáng)圍堰底部的抗壓能力[2]。施工時(shí)，對稱澆筑18個(gè)隔倉混凝土，施工時(shí)采用全站儀進(jìn)行全過程監(jiān)控。若存在圍堰偏位時(shí)可通過調(diào)整混凝土灌注進(jìn)度進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠胶庑哉{(diào)整，直至混凝土灌注全部完成。混凝土強(qiáng)度采用C20，坍落度為16～18cm，緩凝時(shí)間為12h，一次性對稱澆筑至標(biāo)高94.0m處。澆筑完成后，復(fù)核其中心位置及頂標(biāo)高，并隨時(shí)檢查其變化情況。經(jīng)72h觀測，無變化時(shí)，即可進(jìn)行圍堰封底工作。

3.3 封底

封底后，圍堰內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)無水環(huán)境。封底前檢查定位、漏水等情況，基底應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)封底基面標(biāo)高，誤差≤150mm，且不得有淤泥。由于淤泥、散落混凝土及灰漿對鋼護(hù)筒和鋼圍堰內(nèi)壁板的污染，在外表形成了泥膜、油膜的薄套層，影響混凝土與圍堰、護(hù)筒的粘結(jié)和與鋼護(hù)筒的握裹。為保證封底的質(zhì)量，要對表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行清理和毛糙處理。

本案中，由于江水清澈，且5#墩位置無覆蓋層，無需對5#墩圍堰內(nèi)壁進(jìn)行清洗。針對4#墩，由于淤泥、散落混凝土及灰漿對鋼護(hù)筒和鋼圍堰內(nèi)壁板的污染，需潛水員下水使用高壓水槍或鋼刷對鋼護(hù)筒外壁和鋼圍堰內(nèi)壁板進(jìn)行清理。

圍堰清理和毛糙處理后，開始封底。封底采用C30水下混凝土，封底混凝土厚度為4.0m，采用導(dǎo)管推進(jìn)法施工?；炷脸跄龝r(shí)間為20h，流動半徑為4～6m。導(dǎo)管采用300mm、壁厚10mm的無縫鋼管，導(dǎo)管底口距離基底20cm左右。根據(jù)圍堰的截面積，初步計(jì)算封底混凝土的總噸重，并實(shí)時(shí)觀測表層混凝土的標(biāo)高，根據(jù)測量的標(biāo)高數(shù)據(jù)，提升導(dǎo)管，調(diào)整灌注的位置，直到封底厚度超過標(biāo)高10cm左右即停止灌注水泥。

封底完成后，待混凝土硬度符合施工標(biāo)準(zhǔn)，即可開展承臺施工。承臺施工前，可抽干圍堰，割除鋼護(hù)筒。由于封底混凝土表面硬度不達(dá)標(biāo)，且存在凹凸不平現(xiàn)象，因此，應(yīng)找平封底。按照設(shè)計(jì)標(biāo)高值，對超出設(shè)計(jì)標(biāo)高的部分，用風(fēng)鎬鑿除;低于設(shè)計(jì)標(biāo)高的凹陷區(qū)，用混凝土找平，以作為承臺施工的底模。承臺施工完畢后，可部分回收鋼圍堰。

4 結(jié)語

雙壁方形鋼圍堰的設(shè)計(jì)與施工應(yīng)嚴(yán)格按照國家新出臺的《鋼圍堰工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T51295-2018）來執(zhí)行，圍堰的尺寸、形狀應(yīng)結(jié)合安全性和成本等來考慮。本案中，鉆孔樁基礎(chǔ)截面呈長方形，因此采用了方形圍堰，另外利用了鉆孔樁的鋼護(hù)筒作為懸吊千斤頂系統(tǒng)的支撐和導(dǎo)向基礎(chǔ)，方便施工且節(jié)約了成本，值得類似項(xiàng)目參考借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]嚴(yán)德平.西江特大橋雙壁鋼圍堰散拼下沉技術(shù)分析[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2019（23）：101-102，105.

[2]胡 浩，賀 鵬，楊學(xué)祥.武穴長江公路大橋鋼套箱圍堰施工關(guān)鍵技術(shù)[J].世界橋梁，2019，47（5）：39-43.