劉意中 趙 恒 李 政

常德學院 湖南 常德 415000

由于水中橋梁承臺施工廣泛采用單壁鋼套箱、雙壁鋼套箱、吊箱圍堰等方案，因此有關套箱施工圍堰的文獻比較多。文獻[1]研究了橋梁深水基礎通過設置雙壁鋼圍堰保證安全度汛。文獻[2]研究了橋梁雙壁鋼圍堰在大高差河床狀態(tài)下的下沉施工。文獻[3]研究了橋梁水中墩樁基礎與鋼圍堰同步施工，縮短工期，為圍堰安全度汛提供時間保證，解決了圍堰定位難的問題。文獻[4]研究了橋梁圓形無內(nèi)支撐雙壁鋼圍堰制作、下放、下沉、封底等施工研究分析。以上研究都是保證雙壁鋼圍堰套箱如何確保制作、下放、下沉以及封底等滿足設計要求，并沒有給出鋼套箱如何快速拆除并多次合理利用。本文在達到以上要求的同時，通過在機動駁船上焊接貝雷梁門架系統(tǒng)，可以快速拼接、下沉、轉運以及在板船上修復單壁鋼套箱，同時不需要對鋼套箱進行水下切割，既省時省力還經(jīng)濟環(huán)保。因此，在內(nèi)陸湖或者水流不急的河流上建造橋梁時，通過駁船起吊、下放、修復鋼套箱的施工方案在全面推廣上有很大的借鑒意義。

1 工程概況

常德沾天湖棧橋以“山水”為核心，巧妙利用周邊的山水環(huán)境與生態(tài)、景觀資源，通過抽象造型的橋梁藝術，營造“桃花源里水城”、“龍脈”的巧妙構思。棧橋整體由車行橋、人行橋、朱雀廣場三部分組成，以湖面的車行橋為青龍，東側山體為白虎、玄武，仙人洞河汊汊口處的朱雀廣場為朱雀，構筑了“青龍、白虎、玄武、朱雀”的風水布局意象，并實現(xiàn)了“山水合一，龍鳳呈祥”的祥和美景，為柳葉湖旅游度假區(qū)創(chuàng)造了獨特的風水旅游景點。

常德沾天湖東岸棧橋分車行橋與人行橋，其中車行橋橋長2100m，人行橋橋長1500m。橋梁基礎均采用鉆孔灌注樁，車行橋共有樁基礎312根、承臺134個、花瓶型橋墩墩身131個。其中4#承臺尺寸為30×10×2.5m（長×寬×高），采用C25混凝土。62#、63#承臺尺寸為19.5×10.5×2.5m（長×寬×高），采用C25混凝土。其余承臺尺寸均為6.1×2.6×2.0m（長×寬×高），采用C25混凝土。普通承臺施工采用單壁鋼套箱圍堰施工方案，4#、62#、63#墩臺圍堰采用雙壁鋼套箱圍堰施工方案。圍堰施工期間湖水面標高31.0m左右，最高洪水位32.58m，鋼套箱圍堰設計頂標高33.18m。地勘資料顯示，橋位鉆探所達深度范圍內(nèi)，場地地層屬第四系全新統(tǒng)（Q4）淤泥、淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土、圓礫、強風化泥質(zhì)粉砂巖和白堊系（K）砂巖、礫巖、泥質(zhì)粉砂巖。根據(jù)地質(zhì)勘查報告顯示及現(xiàn)場施工情況來看，該橋土層情況大致為：6m深水+2m深淤泥+3m深淤泥質(zhì)土+4m深粉質(zhì)粘土。

本文主要分析單壁鋼套箱圍堰的下放、下沉施工、封底以及圍堰整體取出與轉運。

2 施工方案

橋梁水中墩樁基均為鉆孔樁，設計施工常水位為30.58m，最高洪水位32.58m，根據(jù)當年沾天湖的實測水位變化情況以及最高洪水位32.58m，同時結合本項目上現(xiàn)有材料如鋼板、φ630×8mm鋼管等材料的最大利用綜合比較后，對車行橋承臺施工采取單壁鋼套箱圍堰方案，即駁船貝雷門架系統(tǒng)將單壁鋼套箱拼裝、下放、下沉到位并將套箱平面位置測量無誤后，通過駁船上的汽車吊吊起振動錘先對鋼套箱進行下沉振打，然后用全站儀進行套箱平面位置測量復核無誤后，再在鋼套箱內(nèi)壁四周緊鄰、逐根打設一排φ630×8mm鋼管樁。振打時需要對打設的鋼管樁的平面位置復核，一旦偏差較大需及時調(diào)整，其鋼管樁偏斜控制在1%以內(nèi)，鋼管樁的主要作用是防止鋼套箱在圍堰內(nèi)抽水后、澆筑封底砼前圍堰的變形破壞，起對鋼套箱的支撐作用。

鋼套箱下沉到位后其頂標高按33.18m考慮，高于沾天湖最高洪水位60cm，確保承臺施工安全。

2.1 單壁鋼套箱圍堰設計

棧橋車行橋承臺除4#、62#、63#承臺外，平面尺寸均為6.1m×2.6m，單壁鋼套箱尺寸設計為13.1m×9.6m。鋼套箱圍堰設計高14m，鋼套箱內(nèi)鋼管樁振入深度18m左右。將圍堰與鋼管樁結合成整體，單壁鋼圍堰鐵板主要起防水作用，而鋼管樁主要防止基坑淤泥及淤泥質(zhì)土的隆起。圍堰在下放過程中無法進入基巖，鋼管樁振入深度比圍堰多3m左右。

鋼套箱內(nèi)鋼管樁打設完成后，開始對圍堰進行抽水，抽水至鋼套箱圍堰頂下100cm時加設順橋向第一道雙肢型鋼I45b支撐，然后每間隔100cm加設第二道支撐，鋼套箱順橋向支撐共設5道。順橋向支撐避開承臺與墩身鋼筋安裝位置，同時在鋼套箱每層I36b橫向聯(lián)結桿上焊接角撐，鋼套箱共設置5層雙肢I36b橫向聯(lián)結桿，對撐I45b直接撐在I36b上并焊接牢固，每層橫向聯(lián)結桿上的角撐材料采用H型鋼HN300×150mm。

2.2 鋼套箱圍堰加工

鋼套箱圍堰鋼壁采用10mm厚熱軋鋼板制作，壁體總高14m，分3節(jié)制作，設計每塊尺寸高度為6m+6m+2m。整個壁體背面采用10#槽鋼加勁，槽鋼縱橫間距30cm。壁體每塊鋼板之間均采用滿焊焊透，圍堰下水前，對所有結構焊縫進行檢查，內(nèi)、外壁板對接焊縫必須通過煤油滲透試驗，即在對接焊縫的正面刷上煤油，反面不允許有滲油痕跡，否則滲漏處必須補焊。

套箱采用現(xiàn)場制作，現(xiàn)場制作場地經(jīng)整平后硬化。套箱制作完成后及時進行預拼，以盡早檢查發(fā)現(xiàn)制作過程中出現(xiàn)的偏差并修改，確保結構的完好。

在板船上利用30t汽車吊進行套箱焊接、吊裝等相關作業(yè),分塊鋼套箱通過汽車從制作車間運至碼頭，再通過機動舶配合板船運至施工現(xiàn)場安裝。

2.3 鋼套箱圍堰拼裝

每節(jié)套箱分為4塊，圍堰在下沉前，將每一節(jié)圍堰在板船上進行拼裝，即將每一節(jié)4塊套箱之間用螺栓連接固定。鉆孔樁施工完成后，撤離鉆機，整理施工平臺，利用30T汽車吊配合350T板船進行吊裝然后分塊組拼、分節(jié)接高等相關吊裝作業(yè)，為了便于現(xiàn)場施工，拼裝6套單壁鋼套箱循環(huán)利用以滿足施工需要。

每節(jié)套箱在下沉過程中，對套箱內(nèi)四角用HN300×150mm的H型鋼做斜內(nèi)角支撐，型斜角支撐豎向間距為100cm，共設5道。

2.4 鋼套箱下沉

單個套箱總重168噸，套箱分節(jié)重量見下表：

表1 套箱分節(jié)塊重量表

鋼套箱的下沉采用導向船設備施工。

（1）導向船根據(jù)本工程項目中鋼套箱的規(guī)格采用兩艘350噸鐵駁船，兩艘鐵駁船通過聯(lián)結梁連接為一整體，其連接強度在可能達到的荷載時能保持基準面不致變動。聯(lián)結梁采用I22b型鋼焊接拼裝而成，分別設在鐵駁船的兩側，并將其焊接在鐵駁船上。

（2）鋼套箱的起吊系統(tǒng)由導向船上的主吊點及塔架組成。起吊塔架由6根φ630×8mm鋼管焊接在鐵駁船上，630×8mm鋼管設計3排，每排2根，縱橫向間距均為2m，形成格構柱，每艘鐵駁船上共設計2個格構柱，然后在格構柱頂上各架設一榀雙拼的321貝雷梁形成塔架立柱系統(tǒng)。起吊設備由4臺25T卷揚機、千斤頂、滑車組等電器設備組成。

（3）鋼套箱的下沉通過鐵駁船上的塔架立柱系統(tǒng)整體吊放到設計位置后，再利用板船上的汽車吊配合振動錘先將鋼套箱振打至鋼套箱不再下沉為止，開始在套箱內(nèi)按設計打設鋼管樁。

2.5 鋼管樁施工

鋼套箱下放完畢后利用板船上汽車吊吊起振動錘對鋼套箱進行下沉振打，鋼套箱振打到位后再在套箱內(nèi)壁四周振滿一排φ630×8mm的鋼管樁，鋼管樁打設時鋼管樁之間盡量緊挨，鋼管樁詳細布置見圖1。

圖1 鋼套箱、鋼管樁及聯(lián)結桿件與承臺平面尺寸關系圖

圖2 駁船上塔架立柱立面圖

鋼管樁由機動駁配350T板船運至施工現(xiàn)場，鋼管樁施工采用30T汽車吊和板船配合60T振動錘進行振打下沉，鋼管樁中心軸線與振動錘中心軸線確保一致。若鋼管樁在沉放時發(fā)生偏差，需將鋼管樁拔出重新進行沉放。沉放到位的鋼管樁及時進行連接，確保樁體穩(wěn)定。

2.6 清淤及混凝土封底

由于該橋為低樁承臺，均處于淤泥面以下，單壁鋼套箱下放完畢后對套箱內(nèi)進行抽水并對基坑內(nèi)的淤泥進行清除，淤泥清除先用挖機進行初步清理，然后再用高壓水槍配合長臂細斗挖機進行清淤，清出的淤泥用自卸汽車運出。

淤泥到承臺設計底標高1.5m以下后澆筑1.5m厚C25封底混凝土。若清淤到設計標高后的基底地質(zhì)與設計不符，及時對基底進行換填片石等加固處理后，在澆筑封底混凝土之前在基坑的630×8mm上盡快加設2層縱、橫內(nèi)支撐，間距1m，確保鋼套箱與鋼管樁形成整體受力，內(nèi)支撐采用雙排45#工字鋼，縱橫間距均為2.0m。封底砼采取水下澆筑法，待砼達到齡期后對鋼套箱進行抽水，進入承臺施工。

2.7 單壁鋼套箱下放、取出與轉運

鐵駁船塔架立柱系統(tǒng)將單壁鋼套箱運至圍堰施工現(xiàn)場，整體下放至承臺設計位置并經(jīng)測量合格后，利用350T板船上的汽車吊配合60T振動錘將套箱振打至不再下沉。墩臺施工完成后，通過板船上的汽車吊夾住振動錘振動鋼套箱，將鋼套箱與封底砼剝離，然后在橋梁墩（臺）身蓋梁上利用貝雷梁搭設鋼套箱拔除支架，支架頂部配備4臺200T液壓千斤頂，且在套箱四周用4個50T手拉葫蘆配合汽車吊將套箱吊住，利用千斤頂、手拉葫蘆及汽車吊一起將鋼套箱整體吊出。吊出的鋼套箱利用鐵駁船塔架立柱系統(tǒng)運至下個施工的圍堰處，倘若對鋼套箱進行修復、加固等工序，直接通過駁船將鋼套箱卸至350T板船上，而不必再將鋼套箱轉運至加工場。如圖3所示。

圖3 鐵駁船塔架立柱系統(tǒng)整體轉運鋼套箱圖

2.8 單壁鋼套箱施工驗算

本文中通過矩形321貝雷梁桁架將單壁鋼套箱起吊或下放的荷載，經(jīng)塔架立柱傳遞至鐵駁船。所采用的321貝雷梁桁架梁高1.5m，弦桿由雙10#槽鋼組成；塔架立柱由6根截面為φ630×8mm的鋼管間距2m組合形成，每艘駁船支撐2個鋼格構柱，鋼格構柱與駁船通過焊接連接形成整體，格構柱截面為2000×4000mm。貝雷桁架梁和塔架立柱均采用Q235B鋼材材質(zhì)，桁架梁計算跨度為24m，塔架立柱計算高度為12m，單壁鋼套箱最大起吊重量為168噸，采用SAP2000軟件模擬單壁鋼套箱起吊與下沉施工過程，得到施工過程中桁架梁桿件最大應力比為0.73，格構柱桿件最大應力比為0.52，均小于1；桁架梁最大豎向變形為32.4mm，小于施工規(guī)范要求的容許變形值60mm（跨度l/400），說明在整個施工過程中能滿足承載能力要求。

3 結論

（1）單壁鋼套箱下沉到位對套箱內(nèi)抽水、清淤前，必須對鋼套箱的下部加頂撐、上部加頂撐和角撐來減少傾覆力矩，保證圍堰體系的整體穩(wěn)定性。

（2）基坑底有較厚的淤泥質(zhì)土，抗隆起穩(wěn)定性較差，對基坑底淤泥質(zhì)土采用1.5m厚C25混凝土墊層封底后，抗隆起穩(wěn)定性大大增強，滿足現(xiàn)場施工需要，保證了施工安全。

（3）通過鐵駁船塔架立柱系統(tǒng)整體下放、取出與轉運鋼套箱的形式大大提高了橋梁墩（臺）身施工進度，降低鋼套箱單塊吊裝、拼裝時的安全隱患，節(jié)約了項目施工與管理成本，該套箱的整體下放、取出與轉運的施工方案在同類型的內(nèi)陸湖或者水流不急的河中有借鑒意義，值得推廣。