摘要 楊梅西江特大橋主橋?yàn)椋?10+2×190+110）m的連續(xù)剛構(gòu)橋，主墩基礎(chǔ)位于西江深水區(qū)中，高樁承臺(tái)多采用鋼吊箱施工技術(shù)，該橋?yàn)榧涌斐信_(tái)施工進(jìn)度，采用雙壁鋼圍堰施工技術(shù)，圍堰底面至封底混凝土底面回填高度高達(dá)6 m。根據(jù)橋梁施工過程，文章采用有限元軟件計(jì)算，對(duì)雙壁鋼圍堰結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形進(jìn)行模擬分析，結(jié)果表明：構(gòu)件應(yīng)力與變形均在允許范圍內(nèi)，對(duì)同類的橋梁承臺(tái)施工有一定參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞 深水區(qū)；高樁承臺(tái)；雙壁鋼圍堰；施工技術(shù)

中圖分類號(hào) U445.556 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）07-0155-03

0 引言

我國(guó)江河眾多，為跨越江河而修建的橋梁通常需要在水中設(shè)置橋墩。水中基礎(chǔ)施工安全風(fēng)險(xiǎn)極大，經(jīng)常面臨水深、流速快及河床面傾斜等復(fù)雜情況，因此大型臨時(shí)結(jié)構(gòu)鋼圍堰的設(shè)計(jì)與施工顯得至關(guān)重要。高樁承臺(tái)指的是承臺(tái)底面高出河床面的承臺(tái)，高樁承臺(tái)的施工通常采用鋼吊箱圍堰，鋼吊箱圍堰不用沉入河床，其經(jīng)濟(jì)性好，受力明確。雙壁鋼圍堰[1]因其剛度大、防水能力強(qiáng)及穩(wěn)定性好也被廣泛運(yùn)用于水中基礎(chǔ)的施工中，但高樁承臺(tái)的施工極少采用雙壁鋼圍堰。該文依托楊梅西江特大橋8#主墩承臺(tái)施工，分析了在深水中高樁承臺(tái)無底雙壁鋼圍堰的施工。

1 工程概況

肇明高速公路楊梅西江特大橋跨越西江，全長(zhǎng)2 390 m。主橋?yàn)椋?10+2×190+110）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，如圖1所示。主橋基礎(chǔ)均采用群樁加承臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式，主墩均位于西江水域中，水深10～24 m。

2 鋼圍堰設(shè)計(jì)

2.1 方案比選

該橋選取8#墩展開分析，河床面距承臺(tái)底面10 m，對(duì)于高樁承臺(tái)的施工，通常選擇鋼吊箱圍堰方案。鋼吊箱圍堰[2]由底板、側(cè)板、支撐系統(tǒng)、吊裝系統(tǒng)等組成，需設(shè)置支撐桿、支座等部件、吊索、吊鉤等部件，其支撐體系施工較為復(fù)雜。楊梅西江特大橋在樁基沖孔施工時(shí)，所布置的鋼吊箱圍堰相互干擾大，無法同步進(jìn)行。

雙壁鋼圍堰具有整體剛度大、施工快速等優(yōu)點(diǎn)，工廠化生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)拼裝，施工周期短，能節(jié)約大量施工時(shí)間和人力成本。采用雙壁鋼圍堰方案，在樁基施工的同時(shí)安裝雙壁鋼圍堰，樁基施工完成即可進(jìn)行封底混凝土的澆筑，極大縮短了工期。

2.2 雙壁鋼圍堰設(shè)計(jì)

8#墩雙壁鋼圍堰平面尺寸為41.034×17 m，壁間寬度1.5 m，總高度27.3 m。雙壁鋼圍堰頂面高程4.3 m，底面高程?23 m，施工期最高水位1.6 m，最大水頭壓力差?15.6 m。鋼圍堰平面布置如圖2所示。

圍堰內(nèi)外壁面板采用厚度6 mm的鋼板，豎肋采用∠75×8 mm角鋼，其間距300 mm，以加強(qiáng)面板的豎向剛度。

水平橫肋采用厚度14 mm的鋼板，局部范圍為20 mm，寬度為25 cm的鋼板，壁間支撐采用∠125×125×14 mm角鋼。在轉(zhuǎn)角處，水平橫肋的寬度調(diào)整為30 cm。鋼圍堰立面布置如圖3所示。

在同一節(jié)段的每?jī)蓧K安裝單元之間設(shè)置一道隔艙板，即在內(nèi)外壁之間沿著周長(zhǎng)方向設(shè)置22個(gè)互不相通的隔艙，在鋼圍堰下放時(shí)可通過注水調(diào)整鋼圍堰的重心及豎直狀態(tài)。隔艙板采用厚度14 mm的鋼板，設(shè)∠75×8 mm角鋼豎肋，其間距為30 cm。

3 雙壁鋼圍堰施工

河床面是傾斜面時(shí)，鋼圍堰多設(shè)置異型刃腳來適應(yīng)河床面。采用異型刃腳的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可能增加鋼圍堰的施工難度，因?yàn)樾枰獙?duì)河床面的傾斜度進(jìn)行精確的測(cè)量和設(shè)計(jì)，以確保鋼圍堰能夠正確安裝并起到預(yù)期的支撐作用，異型刃腳需要特殊設(shè)計(jì)和制造，增加了施工成本。楊梅西江特大橋不設(shè)置異型刃腳，鋼圍堰下放前，沿著圍堰設(shè)計(jì)范圍區(qū)域，拋填噸袋整平河床面，噸袋內(nèi)裝透水性材料，拋填過程中實(shí)時(shí)測(cè)量河床高程，根據(jù)測(cè)量情況不斷拋填噸袋，不僅鋼圍堰內(nèi)部需拋填，在鋼圍堰外側(cè)附近2～3 m范圍內(nèi)也需拋填找平河床，外側(cè)噸袋需堆碼2～3 m高。

鋼圍堰下放至設(shè)計(jì)位置后，持續(xù)觀測(cè)河床外側(cè)高程變化，若有沖刷還需不斷拋填噸袋，避免局部沖刷引起鋼圍堰平面位置發(fā)生變化。河床面距離承臺(tái)底面設(shè)計(jì)位置9 m，封底混凝土設(shè)計(jì)厚度3 m厚，在圍堰內(nèi)部回填透水性材料至封底混凝土底面，回填至設(shè)計(jì)位置時(shí)，頂面范圍內(nèi)換用沙袋拋填或封口噸袋堆碼回填，回填層頂面澆筑一層50 cm厚的墊層混凝土，能有效避免封底混凝土澆筑時(shí)漏漿，回填材料頂面注意找平，不得超過設(shè)計(jì)高程，避免導(dǎo)致封底混凝土厚度不足。

灌注雙壁鋼圍堰隔倉混凝土，灌注方式采用導(dǎo)管澆注水下混凝土的方式進(jìn)行，應(yīng)及時(shí)測(cè)量其混凝土的澆注面高程，避免少澆或超澆現(xiàn)象。封底混凝土澆灌前須清理圍堰內(nèi)已形成的泥漿和鋼護(hù)筒外側(cè)壁上的泥皮或銹塊。承臺(tái)面積大，澆筑方量多，封底混凝土要求初凝時(shí)間長(zhǎng)，和易性好。封底混凝土澆筑過程中，應(yīng)實(shí)時(shí)測(cè)量，確保封底混凝土厚度能滿足設(shè)計(jì)要求，且不得超澆，避免影響承臺(tái)厚度。

封底混凝土澆筑完成后，混凝土強(qiáng)度達(dá)到90%以上方可在鋼圍堰內(nèi)部抽水。在抽水的同時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)位置安裝內(nèi)撐，同一層內(nèi)撐在承臺(tái)長(zhǎng)邊及短邊方向均布置鋼管，長(zhǎng)邊方向鋼管在短邊方向鋼管之上，這樣能有效地避免鋼管焊接相貫線，且能減小鋼管自由長(zhǎng)度，增大鋼管軸向剛度，鋼管均采用法蘭盤連接，能回收重復(fù)利用。

水抽干后，在封底混凝土頂面清除浮漿和雜物后進(jìn)行承臺(tái)施工，對(duì)圍堰內(nèi)部持續(xù)觀察有無漏水現(xiàn)象，若漏水應(yīng)及時(shí)補(bǔ)漏。

4 雙壁鋼圍堰受力分析

采用Midas Civil模擬鋼圍堰施工過程，對(duì)鋼圍堰結(jié)構(gòu)受力進(jìn)行分析。鋼圍堰面板采用板單元模擬，鋼圍堰夾壁混凝土采用實(shí)體單元模擬，其余桿件均采用梁?jiǎn)卧M。

鋼圍堰在封底混凝土澆筑完成養(yǎng)護(hù)至設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，逐步抽水，安裝圍堰內(nèi)撐，在圍堰內(nèi)部抽水完成，此工況圍堰內(nèi)外水頭壓力差最大為15.6 m，對(duì)此工況進(jìn)行驗(yàn)算。

在軟件內(nèi)輸入材料特性值，自重由軟件自動(dòng)計(jì)入。

式中，p——靜水壓力[3]標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）；γw——水的重度（kN/m3）；h——水深（m），按照15.6 m考慮。

式中，Pw——流水壓力[4]標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）；γw——水的重度；v——設(shè)計(jì)流速，取v =2.5 m/s；K——橋墩形狀系數(shù)，根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》第4.3.9條，取K=0.6；g——重力加速度。

鋼圍堰內(nèi)壁回填了透水性材料，且3 m厚的封底混凝土澆筑時(shí)，均會(huì)對(duì)鋼圍堰內(nèi)壁產(chǎn)生側(cè)壓力。

式中，γ′——土的有效重度（kN/m3）；Ka——主動(dòng)土壓力系數(shù)；γw——水的重度；γ——回填土的容重（kN/m3）；?——回填土的內(nèi)摩擦角，回填的透水性材料為隧道洞渣，按照《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》取35 °。

鋼圍堰漏出水面高度僅2.7 m，不考慮風(fēng)荷載。8#墩技術(shù)參數(shù)如表1所示。

5 雙壁鋼圍堰計(jì)算結(jié)果

5.1 封底混凝土

8#墩封底混凝土底面高程為?17.5 m，目前施工最高水位為1.6 m，封底混凝土底面受到豎直向上191 kPa的水壓。

荷載組合：1×自重+1×水壓邊界條件：圍堰與封底混凝土接觸面約束Dx、Dy、Dz、SRx、SRy、SRz方向。

根據(jù)封底混凝土計(jì)算結(jié)果可知，封底混凝土[5]最大應(yīng)力為1.33 MPa，最大應(yīng)力出現(xiàn)在護(hù)筒間距大的區(qū)域，A11、A8護(hù)筒附近區(qū)域最大約為0.7 MPa，C30抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值僅為1.39 MPa。最大變形為0.011 mm?？梢钥闯?，在鋼護(hù)筒間距較大的位置，封底混凝土拉應(yīng)力最大，在施工過程中不僅應(yīng)注意混凝土澆筑質(zhì)量，還應(yīng)注重鋼護(hù)筒與混凝土間剪力鍵的設(shè)置，以保證鋼護(hù)筒與封底混凝土之間的粘結(jié)力。

5.2 鋼圍堰

為簡(jiǎn)化計(jì)算模型，僅選取封底混凝土底標(biāo)高以上建立有限元模型。

荷載組合：1.2×自重+1.2×靜水壓力+1.2×流水壓力。

邊界條件：圍堰底部封底混凝土約束Dx、Dy、Dz方向。

鋼圍堰在長(zhǎng)邊方向變形最大，且壁間支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)力較大，施工時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注該區(qū)域。鋼圍堰計(jì)算結(jié)果如表2所示。

6 結(jié)語

該文總結(jié)了肇明高速公路楊梅西江特大橋雙壁鋼圍堰施工，計(jì)算并分析了鋼圍堰的受力情況。這種采用雙壁鋼圍堰施工高樁承臺(tái)的方法，適用于承臺(tái)底部距該處河床高度小于10 m的高樁承臺(tái)施工。這種施工方法，能有效縮短工期，避免了設(shè)置鋼吊箱圍堰強(qiáng)大的支撐體系。

參考文獻(xiàn)

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