陳偉堅(jiān)，揭典民，王龍輝

（1、廣東建科建筑工程技術(shù)開發(fā)有限公司 廣州 510500；2、廣東省建科建筑設(shè)計(jì)院有限公司 廣州 510010）

0 引言

對(duì)水中環(huán)境的橋墩、承臺(tái)或基礎(chǔ)進(jìn)行維修加固時(shí)，施工過程中通常需要考慮圍堰降水。目前常用的施工圍堰分為土石圍堰［1-2］、板樁圍堰［3-5］和套箱圍堰［6-8］等3類。土石圍堰的修建具有操作簡(jiǎn)單、無(wú)需使用大型設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，但適用范圍小、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，經(jīng)濟(jì)性低，尤其施工區(qū)域水深較大時(shí)，例如水深3.0 m以上，土圍堰或竹籠片石圍堰的施工工期長(zhǎng)、工人勞動(dòng)強(qiáng)度很大，圍堰的功效低，對(duì)周邊水體影響大，安全性和止水效果沒有保障。板樁圍堰可用于深水環(huán)境，但常用的鋼板樁圍堰施工工藝都很復(fù)雜、造價(jià)高昂。套箱圍堰一般是在加工工廠分塊定制，然后運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，再分塊拼裝成一個(gè)整體，最后整體下沉定位到施工現(xiàn)場(chǎng)。工作過程中，不但需要大型起吊設(shè)備，并且存在難以精確下沉定位的問題，經(jīng)常受到多種因素的制約。程伊彪等人［9］在廣州海珠橋中墩基礎(chǔ)改造工程中設(shè)計(jì)了一種分體式雙壁鋼圍堰。該圍堰由2個(gè)U形半體拼裝而成，雖然解決了沒法使用大型起重設(shè)備的難題，拼接效率也大大提高，但還是避免不了需要運(yùn)輸浮船托運(yùn)的問題。

相對(duì)于新建橋的水下圍堰工程，舊橋下部結(jié)構(gòu)維修加固的圍堰工程往往伴隨著舊橋下凈空不足、橋梁上部結(jié)構(gòu)承載能力不足、缺失原始設(shè)計(jì)資料和施工工期緊復(fù)雜等施工約束條件［9-10］。特別是處于景區(qū)區(qū)域的圍堰工程，往往還會(huì)遇到運(yùn)輸浮船吃水深度不夠、施工區(qū)域水較深（約4.0 m）、對(duì)施工區(qū)域水體環(huán)境要求高以及大型機(jī)械設(shè)備（如壓樁機(jī)、鉆孔機(jī)等）無(wú)法進(jìn)場(chǎng)輔助施工等問題，常用的施工圍堰均無(wú)法滿足施工條件要求。

為了解決上述問題，本文提出了一種由鋼管支架和鋼板組合而成的新型圍堰。該類圍堰目前已應(yīng)用在廣東省肇慶市某橋局部維修加固工程當(dāng)中，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 工程應(yīng)用

下面以肇慶市某橋局部維修加固工程為實(shí)例對(duì)該新型圍堰進(jìn)行介紹。

1.1 工程概況

某橋位于肇慶市某景區(qū)入口處，跨越湖泊。全橋總長(zhǎng)160.9 m，橋面全寬11.8 m，橋下水深為1.5～4.0 m左右。橋梁與道路正交，橋面鋪裝為混凝土，橋梁的結(jié)構(gòu)形式為連續(xù)拱橋，橋墩為漿砌石結(jié)構(gòu)。由于1#、2#橋墩的漿砌石突然脫空、塌落（見圖1）造成了橋面下沉嚴(yán)重，業(yè)主單位隨即對(duì)該橋進(jìn)行了全橋交通全封閉處理，并委托有資質(zhì)的檢測(cè)單位出具了《肇慶某橋檢測(cè)項(xiàng)目檢測(cè)報(bào)告》。檢測(cè)報(bào)告顯示該橋技術(shù)狀況等級(jí)評(píng)定為E 級(jí)（危險(xiǎn)狀態(tài)），按照《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：CJJ 99—2017》［11］要求，急需進(jìn)行維修加固處理。

圖1 橋墩脫空狀況Fig.1 The Void Beneath Bridge Pier

本項(xiàng)目由于砌石橋墩破損程度較大不適合采用“濕法加大截面”對(duì)橋墩進(jìn)行加固，因此采取了對(duì)橋墩圍堰降水后再進(jìn)行“干法加大截面”的加固處理方案。但是，此方案對(duì)橋墩圍堰降水時(shí)遇到了以下問題：

⑴由于該橋處于危險(xiǎn)狀況（橋面交通禁行）、湖水深度不滿足大型貨船的吃水深度、橋下凈空不夠等因素，大型設(shè)備根本無(wú)法從橋面或水域進(jìn)入施工區(qū)域，因此，該項(xiàng)目無(wú)法采用鋼板樁圍堰或雙壁鋼圍堰；

⑵由于該橋位于市中心景區(qū)內(nèi)，該項(xiàng)目如果采用堆砌式圍堰，圍堰工程量大，工期長(zhǎng)，對(duì)湖水?dāng)_動(dòng)大，影響景區(qū)美觀，并且由于大型機(jī)械無(wú)法進(jìn)入施工區(qū)域，圍堰的拆除清理也是一個(gè)難題。

由于傳統(tǒng)的圍堰方式在本項(xiàng)目中都不適用，因此提出了一種由鋼管支架和鋼板組合而成的新型圍堰。

1.2 新型圍堰

新型圍堰由腳手架式支架體系、圍堰壁板和沙袋等部件組成，是由圍堰壁板圍繞腳手架式支架體系外側(cè)拼接構(gòu)成的止水結(jié)構(gòu)，其三維示意圖如圖2 所示。本項(xiàng)目的施工圍堰平面示意圖如圖3所示。易于搭設(shè)拆解的腳手架式支架體系作為該圍堰的結(jié)構(gòu)主體，由橫桿、豎桿和剪刀撐等鋼管和扣件組成。圍堰壁板由止水鋼板和止水塑料布組成。其中，止水鋼板的內(nèi)側(cè)設(shè)有加強(qiáng)肋，增強(qiáng)止水鋼板整體穩(wěn)定性（見圖4）。同時(shí)為加強(qiáng)止水效果，止水鋼板的外側(cè)鋪設(shè)止水塑料布。止水塑料布上端綁扎固定在腳手架式支架體系的豎桿上，下端通過沙袋固定，如圖5所示。沙袋堆積于圍堰壁板的底部?jī)蓚?cè)，用于穩(wěn)固整體的結(jié)構(gòu)體系，避免降水后底部淤泥或泥沙等軟質(zhì)土體發(fā)生向圍堰內(nèi)的移動(dòng)而使圍堰發(fā)生滲漏、管涌等問題。本項(xiàng)目圍堰的搭設(shè)效果如圖6所示。

圖2 新型圍堰三維示意圖Fig.2 Three-dimensional Schematic Diagram of a Novel Cofferdam

圖3 圍堰平面示意圖Fig.3 Schematic Plan View of Cofferdam

圖4 加肋止水鋼板Fig.4 Ribbed Water-stop Steel Plate

圖5 止水塑料布布置Fig.5 The Layout of Water-stop Plastic Cloth

圖6 圍堰搭設(shè)效果Fig.6 Cofferdam Erection Effect

1.3 理論計(jì)算

新型圍堰體系中的外側(cè)豎桿和止水鋼板為水壓力傳力構(gòu)件，橫桿為主要受力構(gòu)件。新型圍堰可簡(jiǎn)化為對(duì)稱受壓力學(xué)模型，可按鋼管腳手架體系進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算。驗(yàn)算的內(nèi)容包括圍堰體系最外層豎桿的強(qiáng)度和剛度驗(yàn)算、圍堰體系最外層橫桿的強(qiáng)度和剛度驗(yàn)算、扣件抗滑移驗(yàn)算和圍堰體系內(nèi)部橫桿的穩(wěn)定性驗(yàn)算。本工程理論計(jì)算的結(jié)果如表1所示。由表1結(jié)果可知，所有驗(yàn)算內(nèi)容的設(shè)計(jì)值均低于限值，滿足《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范：JGJ 130—2011》［12］的要求。

表1 理論計(jì)算結(jié)果Tab.1 Heoretical Calculation Results

1.4 施工工藝及注意事項(xiàng)

該圍堰體系搭設(shè)工藝流程為施工準(zhǔn)備?測(cè)量放樣?腳手架式支架體系搭設(shè)?止水鋼板拼接安裝?止水塑料布和沙袋安裝?降水?堵漏?圍堰區(qū)域施工?圍堰拆除。

該圍堰體系應(yīng)用過程中應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

⑴腳手架式支架體系可根據(jù)水深程度，調(diào)整豎桿沿圍堰橫向的間距和橫桿沿水深方向的間距。橫桿沿水深高度方向布置，布置要求為：最上面一排橫桿需高于水面，以防止降水時(shí)豎桿和止水板向圍堰外傾倒；最下面一排桿件可根據(jù)力學(xué)平衡計(jì)算結(jié)果與河床底保持一定間距，但從整體穩(wěn)定性考慮，最下面兩排桿件豎向間距不應(yīng)太大。

⑵圍堰內(nèi)降水開始前、降水過程中應(yīng)關(guān)注各桿件節(jié)點(diǎn)連接情況，如果發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)松動(dòng)應(yīng)及時(shí)擰緊。

⑶ 為防止圍堰桿件在拆除過程中發(fā)生安全事故，拆除的順序應(yīng)為“先搭后拆，后搭先拆”。

2 應(yīng)用效果

新型圍堰施工靈活簡(jiǎn)單，不需大型機(jī)械設(shè)備輔助，也不受施工區(qū)域凈空限制，可以根據(jù)施工實(shí)際情況靈活調(diào)整，施工工期短，對(duì)周邊環(huán)境影響較小，社會(huì)和環(huán)境效益好。腳手架式支架體系搭設(shè)用的鋼制豎桿、橫桿和剪刀支撐可重復(fù)利用，節(jié)約資源的同時(shí)能有效降低工程造價(jià)。

由于新型圍堰在該橋局部維修加固工程中靈活運(yùn)用，使得維修加固方案安全順利完成，為該項(xiàng)目節(jié)約投資約40萬(wàn)元，施工工期提前約30 d。施工完成后的荷載試驗(yàn)結(jié)果表明，加固后的1#、2#橋跨滿足汽-10級(jí)的使用要求。另外，該橋由于新型圍堰的應(yīng)用，在維修加固施工過程中仍能供游客和市民開放使用，沒有耽誤景區(qū)的正常運(yùn)作，贏得業(yè)主和市民的一致好評(píng)。

3 結(jié)論

本文提出一種新型施工圍堰結(jié)構(gòu)，可以在水深較深（1.5～4.0 m）、水體環(huán)境要求高、大型機(jī)械無(wú)法進(jìn)入、凈空高度受限制的區(qū)域施工，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、止水效果良好。對(duì)比板樁圍堰法，該圍堰方法不需大型機(jī)械設(shè)備輔助，也不受施工區(qū)域凈空限制，可根據(jù)施工實(shí)際情況靈活使用，經(jīng)濟(jì)性好。與堆砌圍堰法對(duì)比，該圍堰方法適用范圍更廣，土石方量作業(yè)更少，拆除更簡(jiǎn)單，更環(huán)保。通過實(shí)際工程證明，鋼管支架+鋼板圍堰是一種有效地圍堰降水方法，為圍堰降水提供了更有效的方法，具有大力推廣應(yīng)用的實(shí)際價(jià)值，爭(zhēng)取早日形成一套標(biāo)準(zhǔn)工法，以供業(yè)界使用。