重载铁路深水超大双壁钢围堰施工关键技术研究

王海彬

【摘 要】文章结合重载铁路深水超大双壁钢围堰施工实例进行研究，该围堰在工厂车间内制造完成后，运输至下河码头进行第一节拼装，拼装完成后采用气囊法实施下河，在下河区域进行临时锚固，通过前后定位船拉缆将围堰定位后进行后两次接高，围堰下沉后搭设封底平台完成围堰封底施工。文章重点对双壁钢围堰制造、拼装、下河、定位、封底等一系列施工的关键施工技术进行研究。

【关键词】双壁钢套箱围堰制造；拼装；围堰下河；浮运；围堰定位；封底

【中图分类号】U445.566 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）11-0067-04

1 工程简介

重载铁路深水超大双壁钢围堰基础施工采用先围堰后平台施工，围堰采用双壁套箱围堰。围堰为外径50.5 m、内径46.5 m的圆环形结构，高31 m，围堰壁宽2 m，围堰内设置了2道底隔舱，高5.726 m，宽2 m。围堰共分为3节，围堰内封底厚度为3.5 m，共需混凝土6 204 m3。

2 总体施工方案

围堰在工厂车间内制造完成后，运输至下河码头进行拼装19.7 m，围堰采用19.7 m整体下河，由下河专业公司采用气囊法实施，围堰下河后，在下河区域进行临时锚固，脱除底托板、底托架。围堰利用拖轮浮运至墩位，通过前后定位船拉缆将围堰定位后进行4.3 m+7 m两次接高，围堰下沉后搭设封底平台完成围堰封底施工。

3 围堰制造

（1）钢围堰为圆形钢结构，为方便制作、运输、拼装及下河，根据设计图纸要求，结合制作和拼装场地的施工条件，围堰分成32个单元块，每块质量不超过12.5 t，围堰壁板单元件由内、外壁板，隔仓板、水平桁架及竖肋等部件组焊成型。

（2）单元件组装顺序如下：胎架平台制作→拼板及框架制作→铺设外围壁板→安装外围壁纵骨→安装水平结构→安装内隔舱板→安装内围壁纵骨及结构→焊接内部构件。

（3）单元件焊接顺序如下：内外围壁正反面焊缝焊接→内结构焊接→内结构与外围壁焊接→内结构与内壁焊接。

4 围堰底节拼装

4.1 围堰底节拼装顺序

围堰底节拼装顺序如下：测量放点安装钢凳→安装钢凳上铺设托板（δ=20 mm钢板）→托板上放置底托架→底托架上拼焊底隔舱→底隔舱与连接系的焊接→底隔舱与围堰单元块焊接→32块单元节拼装→围堰合龙施工。

4.2 钢凳摆放

钢凳为围堰制造时的临时性结构，利用型钢焊接而成，钢凳布置时上顶面必须在同一平面内，所有钢凳的底部均垫平、垫实。现场施工钢凳时顶面标高误差小于5 mm。

4.3 托板安装

由于隔舱底部是刃角结构，在钢凳的顶面铺设一层20 mm厚的钢板作为托板，托板在钢围堰下滑过程中的作用是保证气囊的平稳工作和传力。在托板外侧边缘焊接钢管保护，对钢管与钢板之间焊缝进行了磨平和焊渣清除，避免了托板边缘割伤气囊。

4.4 底隔舱托架安装

将做好的隔舱托架按照图纸上的尺寸放置在托板上，利用水平仪测量每个托架的标高，保证了托架安放水平。

4.5 底隔舱、连接系安装

（1）底隔舱在底托架上采取分段定位安装（如图1所示）。首先拼装与底隔舱桁架相连的单元块，固定好后，再依次拼装其他单元块。拼装首块时，底隔舱内的竖向加劲板与桁架的中心对齐。由于底部为尖角，现场设置了临时支撑和缆风，避免了拼装时底隔舱发生倾斜。

（2）利用钢凳将底隔舱连接系按设计图要求的位置抄垫，支撑点布置4个，支撑点顶面高度保证水平。焊接连接系与底隔舱的连接板，使连接系与底隔舱结构形成一个稳定的结构。

4.6 單元块安装

（1）利用50 t履带吊机整体吊装单元块，先安装与底隔舱连接的侧板单元块，单个单元块下设置2块钢凳抄垫，支撑点顶面高度保证水平。

（2）2台50 t吊机同步对称拼装，拼装最后一片单元块时，先实测已拼装的第一片和最后一片之间的距离，然后根据实测尺寸换算至设计基准高度对最后一片单元块进行调整、配切，达到拼装合龙的要求。

4.7 底托板吊挂系统

为保证底托架系统与围堰在滑移过程中是一个整体，以方便围堰下河后拆除底板，需在底隔舱上设置吊挂系统。

5 围堰下水

5.1 下河坡道要求

（1）坡度和坡长要求。围堰拼装场地前端到水口的距离为55 m，高差为6.9 m，为保证围堰下水的需要，将围堰坡道按如下方式进行处理：从围堰后端往江边80 m，坡道按1∶40处理，再往江边30 m，坡道按1∶11处理，这2段主要利用拉缆控制围堰下水前姿态和速度，再往江边10 m，坡道按1∶8处理，此坡道用于围堰断缆下河加速区。

（2）坡道换填处理要求。围堰外径为50.5 m，清理坡道范围内70 m×70 m超高的地表层的种植土和腐殖土先清理掉，保证围堰顺利下滑；为保证坡道稳定，承载力大于170 kPa的要求，在围堰气囊的滚动的2条坡道范围B=11 m内进行换填碾压，上铺80 cm片石，面层为20 cm泥结碎石，进行纵向水平分层填筑，顶宽9 m，底宽11 m，按照1∶1坡度在坡道两侧放坡坡脚净距不小于3 m。

5.2 河床情况

（1）根据计算结果，要求距河岸边10 m处水深不得小于4 m，距岸边38 m处水深不得小于6.5 m，并且必须保证围堰下水滑道外的上、下游各10 m范围内，水深满足要求。围堰下河后平稳漂浮时，理论入水深度为3.9 m。

（2）利用4台长臂挖机站位于汽渡船上对围堰下水区域及上、下游各25 m处进行清理淤处理，清淤过程中利用测深仪器进行测量水深。

5.3 后拉缆设置

（1）拉缆系统。气囊充气过程中，为防止围堰下滑和保证围堰下滑过程中方向正确，并能控制钢套箱下滑的速度，在围堰后方30 m的位置设置地锚和后拉缆。地锚上设置15 t卷扬机提供拉力，通过钢丝绳连接2台滑车组（六门走十二滑车组）与围堰底隔舱位置相连，底隔舱位置设置2处拉缆耳板，并在钢丝绳中间位置设置断缆器。后缆系统如图2所示。

（2）地锚设置。地锚主要为钢围堰开始下滑阶段提供后拉力，控制围堰下滑速度。地锚采用4根1 m直径的钢管，以深度15 m、桩间距2.5 m布置。

5.4 围堰起滑

先对围堰气囊充气，当气囊完全托起围堰，慢慢放松后拉缆，利用围堰的重力分力使围堰下滑。围堰滑动过程中要及时做好前端气囊的摆放、倒用充气工作。

5.5 围堰断缆、入水

当围堰下滑离入水边线10 m处时，再次检查后拉缆及围堰结构，围堰断缆时，工人打掉断缆器销轴，让围堰自由加速下滑入水。

由于惯性和水流作用，围堰入水后继续滑行。在围堰下滑前，在围堰下水的上游设置定位船1艘，从定位船上设置2根（200 m长/根）φ36 mm保险绳与围堰相连接，将围堰临时锚固。

5.6 底托板、底托架回收

围堰下水后，对称切断吊挂系统，围堰脱离现场后，利用400 t铁驳和30 t浮吊配合进行底拖板和底托架的打捞工作，打捞范围设置了警示区，打捞期间禁止船舶在打捞区域范围内通行。

6 围堰浮运

船隊编队采用长江22033轮和长江22032轮为主拖船，在围堰正后部采取硬顶形式编队，其船首分别向左、右设置操纵缆、连接缆、交叉缆。需协助掉头时，城港拖503轮在围堰前右舷，采取旁拖形式编队，设置拖缆、“八”字缆、尾缆。编队均用φ28 mm的钢丝绳。

7 围堰定位、水中接高

7.1 围堰定位前清淤

采用1台抓斗式挖泥船按照顺河流方向，自上而下，由水中向岸边分层分垄沟进行开挖，所挖泥渣装入泥浆运输船中，用拖轮拖运输船至抛泥区抛泥。

7.2 围堰定位

（1）锚碇系统的总体布置。锚碇系统采用无导向船+霍尔锚定位系统，前后各设1艘400 t铁驳作为前、后定位船。前、后定位船与围堰间设置前、后拉缆，边锚通过围堰马口转向收锚于定位船。

（2）定位船上布置12套5门50 t滑车组，2台5墩卷扬机，与主锚、边锚、拉缆通过转向马口与滑车组一端相连接，滑车组另一端与定位船上底座相连接。

（3）围堰上布置12个转向马口，分为3层，上层用于上拉缆围堰与定位船相连接；中层布设4个，边锚通过马口固定于定位船；底层布设4个，下拉缆通过马口固定于定位船。

7.3 抛锚步骤

（1）步骤一：前定位船锚位处水深测量，抛锚船抛设1#主锚，并临时停泊于前定位船附近位置；用拖轮把前定位船拖带至设计位置，在前定位船艉下游约50 m处抛下1个1 t铁锚，稳定前定位船；利用抛锚船抛设2#主锚，过锚绳至前定位船与相应滑车组系结。

（2）步骤二：抛设5#、7#定位船边锚，过锚绳并系结，对称收紧；拖轮拖带后定位船至前定位船尾部临时系结，将L1#、L2#拉缆过至后定位船临时系结，将1 t临时锚过至后定位船上系结；利用拖轮辅助溜放后定位船至3#墩墩位偏下游12 m处，抛设17#、18#尾锚，与后定位船滑车组系结并收紧。

（3）步骤三：抛设3#、4#主锚及6#、8#前定位船边锚，并过至相应滑车组系结收紧；抛设9#～12#围堰边锚，并将接长段锚绳临时过至后定位船，拉缆及尾锚滑车组临时系结并收紧。

（4）步骤四：底节围堰浮运至墩位，临时靠绑于后定位船处。将拉缆L1#、L2#锚绳接头与围堰上相应锚绳接头相连；将9#、11#边锚由后定位船过至围堰，绳端经围堰马口，过至前定位船将锚绳接头相连，并初步收紧；将10#、12#边锚由后定位船过至围堰，绳端经围堰马口，过至后定位船上临时系结。

（5）步骤五：将L5#、L6#拉缆锚绳接头连接至后定位船相应滑车组；利用拖轮溜放后定位船至设计位置。

（6）步骤六：抛设13#～16#后定位船边锚，并系结收紧；将10#、12#边锚绳端过至后定位船相应滑车组系结并收紧；将L3#、L4#、L7#、L8#拉缆锚绳接头接至前定位船相应滑车组，对称收紧。

（7）步骤七：进行围堰分块接高作业。

7.4 围堰接高

围堰初定位完成后，开始围堰接高施工。围堰单元块拼装利用150 t、200 t浮吊进行。

围堰4.3 m节段对称拼装，及时测量、调整围堰平面高差，保证围堰拼装的精度。围堰在接高过程中，观测前后定位船拉缆的受力，保证边锚、主锚、尾锚受力均匀。

7.5 围堰精度定位

（1）围堰精度定位分两个步骤。第一步：围堰刃角混凝土浇筑后利用隔舱内水头差将围堰下沉至离基底的30 cm处，通过调整各锚绳、拉缆，精确定位围堰轴线小于10 cm，潜水工触摸围堰刃角与基底距离。第二步：加水下沉到位，对主锚、尾锚、围堰边锚逐级施加预应力，精确定位围堰，测量围堰的平面，通过向围堰壁舱抽、排水反复调整围堰的平面位置。

（2）水下浇筑围堰壁舱混凝土至设计位置后，接高围堰顶节7 m，经设计单位同意后拆除前、后定位船。

8 围堰封底

8.1 封底前清底、堵漏

（1）利用移动吸泥机对围堰范围内进行吸泥，围堰内浮泥或岩面残留物清除，基底与封底混凝土之间不能存在有害夹层。

（2）围堰清底过程中潜水员对围堰的刃角、底隔舱刃角进行触摸，采用水泥肠袋和水泥砂袋进行封堵，水泥与砂的比例为1∶1。

8.2 封底平台的搭设

封底平台通过设置立柱支撑与围堰的底隔舱上，立柱支架上设置2道双拼H900型钢作为贝雷片的搭设分配梁。

8.3 钢护筒下放、连接系安装

（1）围堰内30个钢护筒利用150 t、200 t浮吊下放到位，精确定位。为保证钢护筒与基底更好地接触，围堰封底前对钢护筒进行了静压处理，为防止封底混凝土进入钢护筒内，在钢护筒内进行填砂处理，围堰混凝土完成后及时清理。

（2）钢护筒与围堰之间、钢护筒之间均采用φ600 mm的管桩两层连接系焊接固定，保证封底混凝土的流动时护筒的位置不发生变化。

8.4 导管、布料机布置

（1）一、三封底区域共设置12根导管，二封底区设置14根，导管现场安装位置根据贝雷片、连接系、钢护筒的位置及混凝土坍落度的扩散直径（500～600 mm），在导管附近布置测量点。

（2）导管使用前组装编号后进行水密承压、接头抗拉试验，保证不漏水，并编号，自下而上地标示尺度。

（3）布料机固定于合适位置，确保任意区域浇筑水下混凝土时均可以全部覆盖。

8.5 封底混凝土浇筑

（1）封底设计强度为水下C30；坍落度为180～220 mm；流动度保持在2 h内，坍落度不低于180 mm。

（2）混凝土通過栈桥上2台HBT-90型地泵通过泵管流动至布料机布料，采用2台BLJ18型手动布料杆布料机。

（3）分区一、二封底混凝土导管拔球原则按由低到高、从四周到中间的顺序进行。分区三封底混凝土导管拔球原则按由两端到中间的顺序进行。

（4）灌注连续进行，及时测量混凝土面；灌注过程中导管埋深控制在0.5～1.0 m，每次布料机转点或者拆导管应迅速，保证每套导管转点时间不能超过30 min。

9 主要技术研究结论

（1）围堰加工利用工厂化胎具整体加工，环板等弧形构件采用数控车床下料，确保下料加工的精度，围堰工厂一体化制作降低了对现场的环境影响，加快了施工进度。

（2）围堰下水的场地选择应结合既有运输通道、码头的地形、坡道，减少后期场地因水位、地基处理影响围堰拼装、下河等方面的费用，节约施工工期。

（3）砼密实性是保证水封成功的前提条件，水封过程中对测量监控数据及时汇总分析，与理论分析不一致时，采用多人多点多测，根据实际数据进行实时调整导管的下料位置。

10 结语

本文深入研究了重载铁路深水超大双壁钢围堰施工技术，为今后在其他桥梁施工时能够合理选择围堰类型、入水方式及定位方法等的最佳组合方案提供参考依据。

参 考 文 献

[1]〔2000〕0101号，中华人民共和国水上水下施工作业通航安全管理规定[S].

[2]GB 50205—2001，钢结构工程施工质量验收规范[S].

[3]TB 10424—2010，铁路混凝土工程施工质量验收标准[S].

[4]TZ 210—2005，铁路混凝土工程施工技术指南[S].

[责任编辑：陈泽琦]