钦防铁路茅岭江特大桥主墩双壁钢围堰施工技术

王红伟

(中铁十六局集团第一工程有限公司，北京 101300)

钦防铁路茅岭江特大桥主墩双壁钢围堰施工技术

王红伟

(中铁十六局集团第一工程有限公司，北京 101300)

钦州至防城港铁路茅岭江特大桥所在河段最大水深9 m，主墩采用双壁钢围堰法施工。应用MIDAS软件建立双壁钢围堰和封底混凝土有限元模型进行结构验算，计算结果表明双壁钢围堰各构件和封底混凝土的刚度、强度，及围堰的抗浮力均满足要求。双壁钢围堰施工中利用潮位涨落进行钢围堰的下水浮运，通过调节壁内水位高低控制钢围堰的下沉，利用栈桥平台和钢围堰四周的4根钢管桩作为油葫芦受力点进行钢围堰精确定位。在钢围堰定位过程中避免使用锚索，确保了航道畅通。在施工中未搭设水中拼装平台，节约了成本。

双壁钢围堰 有限元模型 验算分析 施工方案

1 工程概况

钦州至防城港铁路茅岭江特大桥跨越通航河道茅岭江。茅岭江发源于山区，河道纵坡较大，洪水暴涨暴落，洪水时容易夹带大量水草、树木等漂浮物。茅岭江特大桥所处河段属Ⅵ级航道，船只流量较大，受潮汐影响，每天水位变化较大。

茅岭江特大桥全长1 621.778 m，孔跨样式为2×(36×32+(48+88+48)+6×32+2×24)m，有2个桥台、46个墩柱，350根φ1.25 m桩;20根φ2.0 m桩。水中墩最高为20 m(45#墩)，最长桩为33.5 m(16#墩)。简支箱梁采用制梁场预制、运架施工，连续梁采用悬灌法施工。全部基桩均按柱桩设计。37#和38#主墩桥墩桩底嵌入粉砂岩、泥质粉砂岩夹泥岩弱风化层不小于5 m。主墩承台下采用10根φ2.0桩基，承台为圆端形。主跨采用(48+88+48)m悬灌梁，主墩位于深水区，主航道最大水深达9 m。

桥址岩性为砂岩和泥质砂岩。河床底覆盖层不均匀，部分河床底下2 m左右即为弱风化泥质砂岩和粉砂岩。

按照设计要求，在茅岭江特大桥施工中，37#和38#主墩采用双壁钢围堰法进行施工。选择圆形双壁钢围堰，以便于拼接。双壁钢围堰全长11.25 m，分为7节，底节长2.25 m，其余节段为1.5 m，每节分为6块。

钢围堰全部节段在龟墩加工场进行加工，底节在龟墩岸边进行拼接，其余节段在水中拼接。在低潮位时，在江边筑土围堰，钢围堰拼接场地低于高潮位水面。底节拼接完毕后，挖开迎水面，利用拖船将底节围堰拉入深水区，通过注水调节钢围堰地面高程，然后在水中拼接上部节段。最后在墩位处打插钢管桩作为固定点，通过手拉油葫芦对钢围堰进行精确定位。

2 结构验算

2.1 双壁钢围堰方案

由于主墩承台为圆端形，采用了圆形双壁钢围堰，钢围堰内直径为承台长度+10 cm，这样即可减小钢围堰体积，节省钢围堰钢材用量，也可在承台施工时利用其作为部分圆端形模板，节约承台模板用量。

钢围堰顶面标高为4.5 m，外壁直径为17.8 m，内壁直径16.2 m。双壁钢围堰内外壁均采用8 mm厚Q235钢板，仓内支撑桁架全部采用∠100×100×10角钢。角钢间距(径向、环向、竖向)均为75 cm。

钢围堰平面布置如图1所示，钢围堰1.5 m节段构造及2.25 m底节构造如图2所示。

2.2 双壁钢围堰结构验算

采用有限元软件MIDAS建立了钢围堰的整体有限元模型，验算水深为9.75 m(其中入土长度按1 m计)。有限元模型中钢围堰支撑桁架杆件采用梁单元，8 mm厚钢板采用板单元。全结构共有2 304个节点，9 936个梁单元。

1)刚度

图1 围堰平面布置(单位：cm)

图2 钢围堰节段构造(单位：cm)

钢围堰内外水头差按9 m计。水压力作用下最大侧向位移为1.6 mm，发生于距离围堰底部3.5 m截面处。围堰位移满足规范设计要求。

2)强度

水压力作用下围堰各杆件最大应力为75 MPa，发生位置为围堰底节底部处N6号杆件截面。围堰钢板最大应力为42 MPa，发生于距离围堰底部3.5 m截面处。围堰各杆件及内外钢板应力满足规范设计要求。

3)稳定性

根据有限元计算结果，围堰在荷载组合作用下钢管桩、斜撑最易失稳。屈曲模态一到模态四的特征值分别为214.2，214.4，214.7和215.3，说明围堰稳定性安全储备大，能够满足规范设计要求。

4)振动模态

根据MIDAS模态计算结果，围堰第一阶至第四阶振型周期分别为0.047，0.037，0.032和0.025 s。

2.3 封底混凝土验算

有限元模型中封底混凝土采用实体单元。全结构共有4 704个节点，3 600个单元。

1)刚度

底部水压力作用下最大竖向位移为4.7 mm，发生于封底混凝土圆心处。封底混凝土位移满足规范设计要求。

2)强度

底部水压力作用下封底混凝土最大应力为15.1 MPa，发生于封底混凝土边界处。封底混凝土应力满足规范设计要求。

2.4 抗浮力

围堰抽干水后，承受较大水浮力。水浮力由围堰自重、围堰隔舱内水重、封底混凝土自重、围堰刃脚与岩层间摩阻力克服。

围堰自重G1为1 700 kN，围堰隔舱内水重G2为4 400 kN，封底混凝土自重G3为5 400 kN，围堰刃脚与岩层间摩阻力P为20 360 kN，则抗浮力F=G1+G2+G3+P=31 860 kN，围堰浮力F1为21 630 kN。

因为F＞F1，所以围堰抗浮力满足要求。

3 双壁钢围堰施工

3.1 施工工艺流程(见图3)

图3 双壁钢围堰组拼浮运及混凝土封底施工流程

3.2 加工制作

双壁钢围堰分7节进行加工，每节分6块。钢围堰隔仓内环向、径向及竖向内支撑均按0.75 m设置。

双壁钢围堰分块加工过程中严格控制焊缝质量，确保角钢骨架每条焊缝厚度不小于8 mm。钢板焊接采用剖口焊，确保焊接过程中不漏焊、少焊。

3.3 拼装下沉

先对37#，38#墩处进行清底，挖机开挖至承台底1.5 m。双壁钢围堰第一节在龟墩拼装平台上进行拼装，第一节拼装完成后，利用涨潮采用拖轮拖运至墩位处后，注水下沉，使钢围堰顶部在水面以上1 m左右，并用锚索临时固定钢围堰，在第一节钢围堰上依次拼装第2至第7节，见图4。每接长一节，注水下沉使钢围堰顶部露出水面1 m左右。

图4 双壁钢围堰第2节在水中拼装

施工中充分利用潮位涨落进行钢围堰的下水浮运，通过调节壁内水位高低控制钢围堰的下沉，便于上部钢围堰的拼接，减少了船舶的使用，用一艘400 t拖船就能进行钢围堰的浮运。

双壁钢围堰每次分节组拼完成后均要进行煤油渗水实验，检验合格后方可注水下沉，进入下一节段的拼装。

在钢围堰下沉过程中，接近岩面时，停止下沉，对钢围堰位置进行测量和调整，直至钢围堰处于设计位置，围堰中心与墩中心基本重合后，继续在钢围堰内灌水下沉至岩面。当确认钢围堰有一点已经接触岩面，就不再继续下沉，用浮吊吊装4根I36工字钢沿钢围堰外壁竖直插入直至工字钢底部与岩面接触，在水面以上将工字钢与钢围堰焊接牢固。由潜水员在适当位置将钢围堰刃脚与岩面间隙进行抄垫堵塞，再次进行测量检查，确认无误后，向钢围堰隔舱内灌水加重，使钢围堰稳妥地支承在岩面上。

在双壁钢围堰定位过程中避免了使用锚索，确保了航道内船只的畅通，在施工中未搭设水中拼装平台，节约了成本，取得了较好的经济和社会效益。

3.4 抗浮措施

着床后钢围堰底标高为-6.70 m，较承台底标高低1.18 m，为增加钢围堰的抗浮力，37#墩双壁钢围堰封底高度1.2 m，38#双壁钢围堰封底高度0.9 m。在施工过程中对双壁内注水以增大双壁钢围堰重力。

3.5 水下混凝土封底施工

钢围堰就位后，布置清基设备，作最后一次吸泥清基，确保混凝土能很好地与岩面粘结在一起。清基后，利用栈桥平台采用汽车泵，用漏斗灌注封底水下混凝土，灌注时导管固定，料斗采用移动式。在封底过程中要不停地测量混凝土顶面上升高度，避免混凝土封底过高造成以后破除困难。

3.6 挡水效果

在基坑抽水的同时采取适当的堵漏措施，当水基本抽完时，可清楚观察到围堰挡水和止水效果：钢板桩围堰内表面基本没有漏水，基坑内也没有出现渗漏、管涌等现象。

3.7 变形观测

在钢围堰挡水期间，定期对钢围堰顶的位移进行观测，发现钢围堰顶向基坑内的偏移量稳定在2 cm以内，说明堰体是稳定的。

4 结语

由于南方地区河流较多，雨季长，洪水较多，安全可靠的水中平台和围堰显得至关重要，茅岭江特大桥水中平台和双壁钢围堰的施工技术，对于类似深水基础施工具有参考意义。

［1］王秀丽，舒丽红.韩江特大桥双壁钢围堰结构有限元分析［J］.铁道建筑，2011(7)：14-16.

［2］张永宾，朱尔玉，于大厂.滦河特大桥双壁钢围堰三维有限元分析［J］.铁道建筑，2011(8)：5-8.

［3］赵兴寨，张斌斌，刘蓓.襄樊汉江五桥双壁钢围堰分层分块施工技术［J］.铁道建筑，2011(12)：31-33.

［4］中华人民共和国交通部.JTG D60—2004 公路桥涵设计通用规范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［5］中华人民共和国建设部.GB 50017—2003 钢结构设计规范［S］.北京：中国计划出版社，2003.

U443.16+2

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2013.05.11

1003-1995(2013)05-0035-03

2012-11-29;

2013-02-23

王红伟(1973— )，男，河南漯河市人，高级工程师，硕士。

(责任审编 李付军)