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        不等刃腳雙壁鋼圍堰在水中承臺施工中的應(yīng)用

        2021-12-21 09:07:42
        建筑施工 2021年8期
        關(guān)鍵詞:混凝土施工

        穆 穎

        中鐵建工集團有限公司北京路橋分公司 北京 100070

        目前,在深水基礎(chǔ)施工中,雙壁鋼圍堰因為加工制作便捷、抗水壓等優(yōu)點而應(yīng)用較為廣泛,是橋梁下部施工中的阻水結(jié)構(gòu),其作用是通過四周倉壁、刃腳和封底混凝土圍水來承受較大的水壓,從而為深水基礎(chǔ)提供安全、無水的施工環(huán)境。但圍堰施工對河床面的平整度有著很大的要求。不等刃腳雙壁鋼圍堰與傳統(tǒng)的雙壁鋼圍堰相比,著床前水下爆破、清渣工作量小,施工安全簡便,可有效縮短施工工期。因不等刃腳雙壁鋼圍堰根據(jù)河床坡面進行設(shè)計,減少了圍堰自身鋼材用量和封底混凝土的數(shù)量,降低了施工成本,同時也免去了大量爆破對相鄰墩臺基礎(chǔ)及兩岸居民造成的不利影響[1-9]。

        1 工程概況

        州河鐵路特大橋全長842.46 m,孔跨布置為4×32 m+(72+128+72) m連續(xù)剛構(gòu)+13×32 m預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋。全橋墩臺共計21個,最高墩47 m。主要施工內(nèi)容:橋梁下部基礎(chǔ)、墩臺身、連續(xù)剛構(gòu)懸灌梁。本橋位于河谷區(qū),橋址處州河兩岸地勢陡峭,河水流量大。溝床為軟土,局部為粉質(zhì)黏土地覆蓋,溝床縱坡較大。根據(jù)對現(xiàn)場環(huán)境條件的充分了解,在此基礎(chǔ)上制定了不等刃腳雙壁鋼圍堰的施工方法。不等刃腳雙壁鋼圍堰在特定的工程環(huán)境下,能夠有效應(yīng)對河床坡度的變化,同時具有水下爆破量小、結(jié)構(gòu)用料省等其他圍堰無法比擬的優(yōu)勢。

        2 工程重難點

        不等刃腳雙壁鋼圍堰適用于水深>10 m且河床坡度較大或河床面高低不平的深水基礎(chǔ)施工。河床覆蓋層較厚或是不允許水下爆破及有特定環(huán)保要求的深水基礎(chǔ)也可采用不等刃腳雙壁鋼圍堰進行施工。不等刃腳雙壁鋼圍堰根據(jù)實際探測的河床面高程數(shù)據(jù)進行少量爆破,通過圍堰四周不等刃腳和河床面相契合,有效地應(yīng)對河床坡度的變化,再利用封底混凝土在水中創(chuàng)造一個無水的施工作業(yè)面。

        3 施工工藝流程

        3.1 不等刃腳雙壁鋼圍堰施工工藝流程

        首先對鋼圍堰著床基礎(chǔ)位置進行摸底探測,并結(jié)合水文及地質(zhì)資料設(shè)計鋼圍堰,設(shè)計、驗算完成后進行施工。也可安排有經(jīng)驗的潛水員水下勘察、測量。具體施工工藝流程如下:實際探測→根據(jù)探測結(jié)果設(shè)計不等刃腳雙壁鋼圍堰→加工、制作雙壁鋼圍堰→少量爆破河床并進行清底→運輸不等刃腳雙壁圍堰至施工現(xiàn)場→放樣、定位圍堰位置→按照設(shè)計圖紙逐步拼接、下放鋼圍堰→圍堰封底混凝土施工→抽水后開始深水基礎(chǔ)施工。

        3.2 不等刃腳雙壁鋼圍堰總體設(shè)計方案

        州河鐵路特大橋8#墩所處地形為1∶1.5陡坡,地質(zhì)為鈣質(zhì)泥巖,覆蓋層較薄。設(shè)計不等刃腳雙壁鋼圍堰前、后壁為雙壁鋼圍堰;側(cè)壁后半部分(即河床底高于承臺底部分)采用雙排φ508 mm×10 mm鎖扣鋼管樁,鋼管樁側(cè)壁通過堵頭板與后壁雙壁鋼圍堰之間采用螺栓連接;側(cè)壁前半部分(即河床底低于承臺底部分)雙壁鋼板圍堰與后側(cè)壁之間采用鎖扣相連。

        圍堰平面形狀為矩形,內(nèi)長23 m(承臺長22.6 m),內(nèi)寬16.2 m(承臺寬14.8 m)。雙壁鋼板圍堰采用厚6 mm鋼板做內(nèi)、外壁面板,厚16 mm鋼板做橫梁桁架內(nèi)、外弦,[10型鋼做豎肋桿和支撐桿,刃腳開放并用厚10 mm鋼板加強。設(shè)計刃腳穿過全風(fēng)化鈣質(zhì)泥巖,與中風(fēng)化巖層接觸。圍堰水平內(nèi)支撐采用φ508 mm×10 mm鋼管,設(shè)置3層,上層和中層間距均為6.0 m,中層和下層間距為4.0 m,下層支撐在承臺頂標(biāo)高以上50 cm。3層水平內(nèi)支撐間設(shè)置豎向φ508 mm×10 mm鋼管樁(圖1)。

        圖1 不等刃腳施工方案

        3.3 不等刃腳雙壁鋼圍堰施工方法

        3.3.1 不等刃腳雙壁鋼圍堰加工

        1)材料要求:鋼料、焊劑、焊條等主要材料均應(yīng)符合主墩承臺雙壁鋼圍堰設(shè)計圖和現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求并附有出廠合格證。所用鋼材表面應(yīng)平整光潔,沒有疤痕、分層、夾渣壓入的氧化皮及其他影響強度的缺陷;工廠手工焊和工地手工焊所用焊條主要用J422酸性焊條。有些鋼材由于工期緊,短時間內(nèi)難以在市場采購到,可以向總工程師及設(shè)計部門申請,改變鋼材的型號尺寸,總工程師及設(shè)計部門全部同意后,才可以使用。

        2)加工場地及起重設(shè)備要求:為了滿足從加工廠到橋墩位處的要求,需將圍堰分塊加工運輸,除底節(jié)外,其余各節(jié)均為5 m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。鋼結(jié)構(gòu)加工廠場內(nèi)應(yīng)設(shè)置胎具焊接內(nèi)桁架以防扭曲變形,胎具外徑即為圍堰外壁半徑。場地內(nèi)還應(yīng)有單臺8 t起吊能力的吊機,以滿足焊接拼裝需要。

        3)下料要求:鋼材下料精度按鋼結(jié)構(gòu)加工規(guī)范的有關(guān)要求執(zhí)行,鋼板下料用自動切割機,鋼板切割后,實際切割線與預(yù)定切割線(號料線)的偏差不得超過1 mm,切割后的邊緣不得有裂紋及超過1 mm的缺棱??紤]電焊收縮,雙壁鋼圍堰在弧長方向下料時每單元應(yīng)加長5 mm。焰割后應(yīng)清除表面的金屬毛刺、濺斑和熔瘤。鋼材要用紙板放樣配套才能下料,鋼板、型鋼下料前要求調(diào)直、檢查、編號。

        4)焊接拼裝組成單節(jié):雙壁鋼圍堰分塊制作,按豎向分節(jié),其中前壁和側(cè)壁鋼圍堰分節(jié)相同,分節(jié)均為三大節(jié),底節(jié)和中節(jié)均為10 m(各由長5 m的兩小節(jié)構(gòu)成),頂節(jié)為5 m;后壁鋼圍堰分為兩大節(jié),底節(jié)為8 m,頂節(jié)為5 m。橫向以每一個倉為單位分塊,寬5 m左右前后壁橫向均由5個倉構(gòu)成。在施工現(xiàn)場分塊匹配加工。鋼板電焊組拼和肋角定位點焊,所用焊接材料型號不得低于正式焊接所使用的焊接材料。點焊高度一般不宜超過設(shè)計焊高的1/2。長度為50 mm,間距400~500 mm。鋼板在平臺上組拼時,先用手工點焊,再用自動電焊機焊接,焊接順序應(yīng)先焊橫縫后焊縱縫。焊縫高度和長度滿足施工組織設(shè)計要求。雙壁鋼殼每一單元在胎具內(nèi)施焊完一面之后,經(jīng)檢查認(rèn)可,然后將其翻身進行另一面焊接,平時不得任意翻身。每一單元雙壁鋼殼組拼施焊完畢后,量出其輪廓尺寸進行一些必要的修整。對各單元編號并填寫檢查表格進行出廠前檢查驗收。加工的圍堰塊段,其尺寸精度、表面平整度、焊接的密封性通過檢驗合格后,方可投入使用。

        5)焊縫質(zhì)量檢查:所有焊縫除滿足設(shè)計要求外,還應(yīng)在焊縫處正面用石灰水刷成白色,背面涂刷煤油,觀察其滲透情況。無煤油滲至正面,則為合格。否則鏟除焊縫復(fù)焊。焊縫尺寸及施焊順序的要求需按圍堰設(shè)計圖紙所規(guī)定的內(nèi)容進行檢驗。

        3.3.2 不等刃腳雙壁鋼圍堰底節(jié)拼裝

        1)鋼圍堰安裝前,對圍堰范圍內(nèi)河床進行標(biāo)高測量,應(yīng)在鉆孔完畢后加密測點測量,隨時掌握河床標(biāo)高與設(shè)計圖紙變化情況,根據(jù)測量結(jié)果對河床進行降低或回填處理,以滿足鋼圍堰刃腳均勻著床。

        2)擺放圍堰Ⅰ22b#支承梁,凈距≤25 cm。

        3)圍堰拼裝平臺應(yīng)滿足平整度要求,由測量組放出圍堰外輪廓邊線。圍堰單元在鋼結(jié)構(gòu)加工廠按設(shè)計圖和制造工藝分塊制造合格后,經(jīng)運輸棧橋運至墩位處拼裝。

        4)根據(jù)加工廠對每節(jié)圍堰單元的竣工尺寸進行組合和編碼,最終達(dá)到拼裝后的整體尺寸誤差為最小的目的。

        5)利用25 t吊機拼裝焊接圍堰底節(jié),施工過程中,為防止圍堰單元拼裝過程中傾覆,采用設(shè)置型鋼臨時支撐的方式,型鋼焊接在護筒和圍堰之間。底節(jié)圍堰拼裝完成后,在圍堰刃腳灌注高0.5 m的C25混凝土。

        6)使用空氣吸泥機將底部泥土吸取干凈,從中間位置向兩側(cè)分段分層進行,使鋼圍堰逐步豎直下沉。

        7)分倉注水進行水密試驗,倉內(nèi)注水時,應(yīng)對稱進行。灌水高度為9 m,若發(fā)現(xiàn)有滲漏處,用顏色筆(或石筆)做好記號,待放水后將焊縫鏟除,重新施焊。

        8)在底節(jié)圍堰壁板上焊接雙層導(dǎo)向裝置,使之與鋼護筒保持一定間隙,以便約束圍堰的傾斜和位移。

        3.3.3 不等刃腳雙壁鋼圍堰底節(jié)下沉和接高

        1)鋼圍堰采用千斤頂下沉。先在樁基護筒和棧橋樁上安裝剛性門架,在門架的橫梁上安裝200 t穿心千斤頂,用精軋螺紋鋼作吊桿。千斤頂先空載頂出大部分活塞,再上緊螺帽頂起圍堰,然后落頂下沉。共安裝4臺千斤頂,前、后壁各2臺。安裝好的4臺千斤頂頂起圍堰底節(jié)1 m,其間,將阻擋圍堰落下的構(gòu)件拆除。

        2)在同一時間,同一進度中緩慢下放圍堰,在自身重力和浮力作用下,圍堰下落到水中平衡位置。

        3)圍堰在接高過程中始終保持對稱,對圍堰壁板和支撐進行調(diào)整、焊接,檢查合格即可加水下沉。

        4)圍堰的中節(jié)位置拼裝與底節(jié)位置拼裝過程基本相同,圍堰的中節(jié)位置對接完成,在檢查驗收合格后,開始加水下沉。加水要對稱進行,并且在下沉過程中要盡量使圍堰頂面水平,下沉直至圍堰著床。著床前,測量圍堰的位置和傾斜度是否滿足承臺施工要求。調(diào)整好位置后,下沉使圍堰著床。

        5)在鋼圍堰壁內(nèi)用風(fēng)壓吸泥機吸取河床表面的松砟,使圍堰繼續(xù)下沉。邊下沉邊糾偏,直至圍堰刃腳接觸到中風(fēng)化層。

        6)圍堰著床注意事項:圍堰著床前,保證圍堰內(nèi)通過水壓保證調(diào)平,并且通過測量保證著床位置及刃腳在河床面上0.5 m處。著床后,需保證圍堰內(nèi)水位始終略高于外部水位,以免造成翻砂現(xiàn)象。必要時用水泵往圍堰內(nèi)部注水保持水位。使用空氣吸泥機將底部泥土吸取干凈,從中間位置向兩側(cè)分段分層進行,使鋼圍堰逐步豎直下沉。如果圍堰未能整體下沉,則適當(dāng)擴大吸泥范圍。

        3.3.4 不等刃腳雙壁鋼圍堰頂節(jié)接高和下沉

        在中節(jié)圍堰頂面拼裝焊接頂節(jié)圍堰。焊接順序及要求與中節(jié)對接時相同,拼裝焊接完成并檢查驗收合格后,開始布設(shè)灌注隔倉內(nèi)水封混凝土設(shè)備。使用高壓射水設(shè)備,將圍堰的內(nèi)壁及鋼護筒的外壁反復(fù)沖洗,完成后使用空氣吸泥機清基,達(dá)到澆筑封底混凝土條件。水封混凝土采用C25,灌注時各隔倉對稱進行。灌注過程中圍堰會繼續(xù)下沉,直到灌注完畢,圍堰下沉到位。

        3.3.5 不等刃腳雙壁鋼圍堰封底

        圍堰內(nèi)河心側(cè)(即河床低于承臺底標(biāo)高的地方),采用C25水下混凝土進行封底。封底混凝土高度到達(dá)承臺底標(biāo)高,厚度為2.5 m。封底前用測量繩測河床標(biāo)高,當(dāng)?shù)陀诔信_底標(biāo)高2.5 m以上時,回填石砟至河床距承臺底標(biāo)高2.5 m處。潛水員下水檢查未回填石砟部分的鋼圍堰刃腳,如有局部刃腳懸空處,則由潛水員水工下用砂袋堵塞縫隙。

        河床處理滿足要求后開始布設(shè)水封設(shè)備。封底混凝土灌注方法是用垂直導(dǎo)管法,來灌注水下混凝土。

        在圍堰頂面布置3個下灰點,采用3根(每根長約20 m)水封導(dǎo)管(河心側(cè)呈上、下游均布),另增1根備用,導(dǎo)管的底口高于河底20~30 cm,導(dǎo)管上口安裝下料斗(不小于3 m3)。

        不等刃腳雙壁鋼圍堰導(dǎo)管全長組拼完成后,用鋼尺準(zhǔn)確丈量長度,做好標(biāo)記并編號。每根導(dǎo)管必須作0.6 MPa水密試驗,經(jīng)檢查無漏水、破裂、變形才能使用。每根導(dǎo)管頂配備1 m短節(jié)不少于1節(jié)。

        使用混凝土包作為隔水球,在每次“砍球”前先用準(zhǔn)備灌注的混凝土制作好隔水球,隔水球比導(dǎo)管內(nèi)徑稍小一點,使其能夠塞滿整個導(dǎo)管口,用一根鐵線將其捆扎牢固,將隔水包塞入導(dǎo)管口,將鐵線的另一頭吊掛固定在水封料吊邊上,待“砍球”時將鐵線切斷即可。混凝土總槽的吊耳、支腿及起吊扁擔(dān)千斤等,由于吊重較大,必須檢算強度是否符合要求。

        封底之前,有關(guān)設(shè)施如封底平臺(利用圍堰內(nèi)支撐和鉆孔樁鋼護筒搭設(shè))、儲料設(shè)備、測量設(shè)施等,應(yīng)安裝就位完畢,由項目部成立檢查組,全面進行檢查。封底主電源使用主電路,備用電源采用1套發(fā)電機組。備用柴油發(fā)電機提前檢修試機,主電路等均由項目部檢查組在封底前進行全面檢查。油料儲備充足。

        混凝土工廠開盤和停盤、接力泵的開機和停機、導(dǎo)管“砍球”與停灌、施工中履帶吊機移位等,均由總指揮發(fā)出通知后再進行,隊長或現(xiàn)場負(fù)責(zé)人為總指揮。

        3.3.6 不等刃腳雙壁鋼圍堰抽水、支撐

        在同條件養(yǎng)護混凝土試件強度到設(shè)計強度70%后,開始抽水。抽水共分3次完成。第1次抽水,使水面標(biāo)高低于圍堰上層內(nèi)支撐。安裝上層內(nèi)支撐。上層內(nèi)支撐安裝好經(jīng)檢查合格后,再進行第2次抽水。

        第2次抽水,使水面標(biāo)高低于圍堰中間層內(nèi)支撐位置,然后安裝中間層內(nèi)支撐,中間層內(nèi)支撐安裝完成后,安裝上、中層內(nèi)支撐之間的豎向支撐,使上、中層內(nèi)支撐連接成整體。安裝完成,經(jīng)檢查合格后可進行下步第3次抽水施工。第3次抽水至圍堰底,抽水過程中應(yīng)隨時觀察鋼圍堰內(nèi)水位變化和圍堰結(jié)構(gòu)穩(wěn)定情況,如發(fā)生漏水現(xiàn)象,則采用撒砂等方法堵漏。如圍堰結(jié)構(gòu)穩(wěn)定異常則應(yīng)立即停止抽水作業(yè),并對圍堰進行臨時加固支撐。

        不等刃腳雙壁鋼圍堰加固支撐完成后,即可進入下道工序施工。

        3.4 效益分析

        本工程使用的不等刃腳雙壁鋼圍堰與其他形式圍堰相比,材料用量少,加工制作快。同時可適用于坡度較大河床面的深水基礎(chǔ),大大減少水下爆破及清渣的工程量,節(jié)約了施工成本,同時也消除了爆破對周圍墩臺和當(dāng)?shù)卮迕駧淼牟焕绊憽?/p>

        在工期緊、汛期急的情況下,有力地保證了施工進度、生產(chǎn)安全,避免了大量機械設(shè)備和材料的投入,搶在河流汛期前完成了深水基礎(chǔ)施工,也為項目消除了不可預(yù)見的風(fēng)險。

        4 結(jié)語

        州河鐵路特大橋項目8#墩深水基礎(chǔ)采用不等刃腳圍堰施工,在業(yè)主工期緊、河水深、河床地形復(fù)雜的情況下,充分發(fā)揮了鋼圍堰因地制宜、制造方便、施工迅速、安全可靠等優(yōu)勢,保質(zhì)保量地按時完成了施工任務(wù),取得了良好效果。可見,高、低刃腳雙壁鋼圍堰施工在深水橋梁建設(shè)中優(yōu)勢明顯,且在特定的工程環(huán)境下,能夠有效應(yīng)對河床坡度的變化,有著水下爆破量小、結(jié)構(gòu)用料省等其他圍堰無法比擬的優(yōu)越性。

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