南疆港区特大桥双壁钢围堰施工技术

赵方刚

中铁十四局集团第五工程公司，山东 兖州 272017

南疆港区特大桥双壁钢围堰施工技术

赵方刚

中铁十四局集团第五工程公司，山东 兖州 272017

天津港南疆港区神华煤炭码头进港铁路二标段南疆特大桥部分桩基础位于水中，承台采用了双壁钢围堰施工。结合工程实际情况，对双壁钢围堰设计进行了检算，对施工工艺和方法进行了总结，并制定了切实可行的技术措施，取得了良好的经济效果。

桥梁；桩基础；双壁钢围堰；承台；施工

1 工程概况

天津港南疆港区神华煤炭码头进港铁路二标段南疆特大桥长1702.17m，桥跨布置为:2孔32m预应力混凝土铁路简支梁+（48+3×64+48）m连续钢桁梁+41孔32m预应力混凝土铁路简支梁。桥梁墩台结构形式为φ1.25m钻孔桩基础，低桩承台，圆端型桥墩，T型桥台。65#和66#墩承台采用双壁钢围堰施工。

2 双壁钢围堰结构设计检算

2.1 双壁钢围堰设计概述

承台底高程11.12m，按封底混凝土厚2.0m、水面高程2.5m、围堰顶超过施工水位1m考虑，钢围堰高度应达到16.62m，取17m。河槽主墩采用双壁钢围堰施工承台是安全的。

围堰拟采取圆形截面结构形式，承台平面设计尺寸为16.3m×12.5m，经计算，其外接圆直径为20.54m，考虑每边20cm施工余量，其围堰内径初步设计取为21.0m，外径取23.0m，双壁间距取1.2m，双壁间用角钢、斜撑组成桁架联结。内外壁板厚取8mm；水平加劲肋为150×10mm+50×10mm不等边角钢，间距1.2m，竖向肋为75×75×8mm角钢，间距0.4m，斜杆为56×56×8mm角钢，间距1m。分4节制造，径向分为8个单元，隔舱板厚4mm，舱间、节间采用角钢橡胶止水带螺栓连接。为便于钢围堰下沉时切入覆盖层，在其底部设1m高的三角形刃脚。其结构构造见图1。

2.2 双壁钢围堰设计检算

2.1.1 围堰下水阶段

钢围堰壁内为空，围堰下水后，利用其自身浮力悬浮在水面上，壁内外水面差h为1.78m。

计算时将竖向肋看作简支梁结构，计算得简支梁最大弯矩Mmax＝1.23KN·m，跨中处应力σ=M/WX=179MPa＜[σ]=215 MPa。满足要求。龙骨应力水平基本上在10 MPa左右，远小于钢材的容许应力。

2.2.2 承台施工阶段

⑴封底砼厚度检算

封底砼与钢围堰一起，共同抵抗水的抗浮作用，参与抵抗水浮力因素有:钢围堰、钢围堰壁中砼、素砼及封底砼的总重力；护筒上竖向焊接的钢板对混凝土的反力；黏土与钢围堰的摩阻力。将上以因素共同考虑，验算围堰抗浮稳定性如下:

式中:F钢板—护筒上竖向焊接的钢板对混凝土的反力；

G—钢围堰G1、钢围堰壁中砼G2、封底砼G3的总重力（kN）；

F—总的上浮力，即地下水位以下的钢围堰、封底的总排水量；

f摩阻力—粘土与钢围堰的摩阻力。

通过计算得K=1.39>1.25（安全）。

图1 双壁钢围堰结构构造图

（2） 封底混凝土强度验算

封底砼在水浮力作用下，承受向上的均布荷载，进行验算如下:

式中:l—基坑底小边尺寸，根据实际情况，本例取最大桩中心距（m）；

q—封底底面静水压力（kPa）；

W—封底混凝土每1m宽截面的抗弯模量（m3）；

h—封底层顶面处高头（m）；

d—假定的封底混凝土最小厚度（m）；

γw—水的重度（kN/m3）；

γc—混凝土的重度（kN/m3）；

[f]—封底混凝土容许抗弯曲强度，采用C20混凝土，考虑荷载作用时间较短，可分别取1200 kPa～1500kPa。

通过计算得:f=983.1 k P a＜[f]=1200kPa。安全。

在其它工况下，围堰本身及混凝土都处于较低的应力水平，不再赘述。

3 双壁钢围堰施工

双壁钢围堰施工工艺流程为:钢围堰加工→钢围堰运输→钢围堰拼装→双组龙门吊起吊→钢围堰下沉→封底混凝土施工→抽水堵漏→割除钢护筒→承台、墩台施工。

3.1 双壁钢围堰的分节拼装

将加工好的基本构件在加工厂先进行试拼，符合设计要求后，按拼装顺序将各种构件编号标识，在现场分节拼装。在缆索吊下平整场地，在地面上先放样画线，然后从一侧开始，先拼好刃脚，再由两侧组拼，最后合龙，见图2。刃脚拼好后，依次往上接拼。并注意刃脚内侧要设置牢固的支撑架，以保持刃脚顶面水平。第一层围堰拼完后进行校正，以确保结构几何尺寸和水平面正确。壁板间用螺栓连接好，连接缝均用10mm的橡胶止水带嵌缝。拼完后再加支撑。

图2 双壁钢围堰的分节拼装

图3 双壁钢围堰成型

图4 水下混凝土封底

3.2 双壁钢围堰的吊装与下沉就位

按双组龙门吊的起重能力50t考虑，双壁钢围堰按6m、6m、5m分节整节吊装，见图2、图3。第一节围堰落河床后，继续接高并在围堰内灌水，增加围堰重量，围堰内以吸泥为主，使围堰迅速下沉，直至围堰刃脚到达设计高程。吸泥管采用φ250mm无缝钢管制作而成，每套吸泥机配置1套空压站，每套空压站配置2台20m3内燃空压机及一只储气罐，以保证达到吸泥所需的最小风压及风量。在吸泥下沉过程中，配合高压射水下沉。

在吸泥下沉过程中，定时测量水位、流速、水下地形及墩位处冲淤变化和围堰的移动，作好原始记录，以便精确定位及提供下沉着床的有关技术参数。围堰吸泥下沉时根据围堰位移和倾斜情况调整吸泥位置，以保证围堰在允许范围内下沉。要经常观察围堰内、外水头差，注意随时补水，避免大的翻砂。

为加强围堰钢壳强度、增加围堰自重，围堰内按设计要求填充一定数量的混凝土，混凝土灌注应按预先编制的程序和时间进行。

为保证围堰的准确均匀下沉，吸泥的第一步工作就是将围堰顶面找平，从钢围堰中心开始吸泥，逐渐向四周扩散，使中间形成锅底形状，直至刃脚。及时调整吸泥机的吸泥部位，每个部位的吸泥量不能过大，使钢围堰均匀下沉。

开始吸泥后测量队定时检查钢围堰位置，以便及时调整围堰偏位。当钢围堰已全部着床且顶面水平、中心位置偏差符合要求，但钢围堰停止下沉时，可在钢围堰顶面压重以克服围堰下沉摩阻力。在下沉过程中，发现障碍物时，立即停止吸泥下沉，潜水进行详细勘察，摸清情况，分析原因，采取措施及时处理。

在吸泥下沉过程中，定时测量水位、流速、水下地形及墩位处冲淤变化和围堰的移动，作好原始记录，以便精确定位及提供下沉着床的有关技术参数。

3.3 双壁钢围堰质量控制

制造钢围堰的钢料、焊条、焊丝、焊剂等主要材料应符合设计和现行标准的要求并附有出厂合格证，必要时应作力学、化学及可焊性试验。

对焊缝的检查应满足规范的要求，焊缝尺寸除满足设计强度要求外，还应在焊缝处涂煤油作水密检查，若煤油渗到反面，则应将该处焊缝铲除，重新按规定施焊，焊后仍需作水密试验，合格后方可使用。

拼装好的钢围堰外形尺寸应与设计相符，每节直径允许误差:顶面±20mm，底面－20mm，壁箱宽度允许误差:±1mm。

围堰下沉至设计高程后其位置的允许偏差:倾斜度不大于1%，底面和顶面中心在桥墩纵、横向的偏差不得大于H/100+0.25m（式中H为围堰高度）。

3.4 水下混凝土封底

封底混凝土浇筑面积净340.2平方米，且水较深，为保证质量，采用在围堰顶部设混凝土总槽，储存一定量的首批混凝土，并设多方向的溜槽，多点均匀布设水封导管，泵送混凝土连续、多点、由下游向上游快速浇注，见图4。首次混凝土的坍落度控制为18cm～20cm，以后坍落度控制为20cm～22cm，拌合站集中供料，产量为60m3/h，确保了混凝土的质量和供应。强度按设计提高2个等级配置，并掺加粉煤灰和高效缓凝剂，以提高混凝土的流动性、延长混凝土的初凝时间。为保证封底混凝土与钢护筒壁间的粘结力，在水封前，用特制的钢丝刷将封底混凝土范围的钢护筒外壁表面附着物清除干净。

经试验证明，浇注水下混凝土时，导管口离底板20cm～30cm，混凝土的扩散半径约为3.5m，圆锥体率约为1/5～1/10，确保了封底混凝土的连续均匀上顶。

3.5 割钢护筒、凿桩头

封底完毕，混凝土达到设计要求强度后，先抽干堰内积水，并注意边抽水边加内支撑，后即可割除钢护筒，凿除桩头。桩头凿除是一项耗时多的工序，为尽量减少这一工序时间，拟采取措施为:控制混凝土灌注标高，按规范规定桩顶标高超高0.8m，当桩灌注完毕后，及时将超高0.8m位置以上的多余部分混凝土清除；优化凿除工艺。按常规的采用风镐人工凿除，劳动强度大、工效低，采用静态松动爆破法，人工打眼工作量增加，工效也不高，本次采用了公路路面混凝土破除机凿除桩头新工艺等措施，施工进度大大加快。

3.6 承台施工

承台平面尺寸大，钢筋较粗，数量大，带肋主筋接头的连接，当直径小于25mm时，采用电弧焊接；直径大于25mm时，采用冷挤压套筒连接，且接头位置按设计要求错开。钢筋在岸上加工车间制作，严格按照施工规范和图纸要求检验材质及加工，现场绑扎，严禁漏绑。特别注意预埋钢筋的位置及加固，防止浇注混凝土时跑位。底部设置的钢筋网，在越过桩顶处不得截断。在钢筋与模板之间设置混凝土垫块，垫块与钢筋扎紧，并相互错开，并根据图纸预埋桥墩钢筋等。

混凝土严格按照试验并经监理工程师批准的配合比准确计量，集中拌合，用输送泵输送，用串筒送混凝土至灌部位。为确保施工质量，采用斜向水平推进法施工。混凝土自由下落高度不超过2m，保持水平分层，且分层厚度不超过30cm。采用插入式振捣棒振捣，插入下层混凝土8cm左右，插入间隔小于其1.5倍作用半径，不得漏捣和重捣。每一层边振动边逐渐提高振动棒，避免碰撞模板。浇注过程中，设专人负责检查围堰、钢筋和墩柱预埋钢筋的稳定情况，发现问题，立即处理。

4 结语

采用双壁钢围堰进行水中承台施工，能够有效提高施工的速度，保证了施工的安全顺利进行。在水中承台施工中，由于采取的施工技术措施得力，施工中未出现意外情况，产生了良好的经济效益。

[1]陈伟.铁路桥涵工程双壁钢围堰施工技术应用[J].福建建材,2008,(04)

[2]陈光福.双壁钢围堰的施工技术[J].中国港湾建设,2002,(06)

[3]刘凤兰,岳红波.东江大桥双壁钢围堰设计与施工[J].桥梁建设,2007,(S1)

[4]公路桥涵施工技术规范(JTG TF50-2011).人民交通出版社,2011

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.14.034