钢围堰设计与施工工艺

陈中月 （安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088）

1 工程概况

1.1 桥梁概况

巴中至达州高速公路某特大型桥梁的跨径组合为（8×40m）简支T梁+（85m+160m+85m）连续刚构+（10×40m）简支T梁，桥梁全长1070m。主桥9#、10#主墩为空心薄壁墩，墩高约为120m，截面为7.75×10m，壁厚0.8～1m。桩基采用5m厚承台下设16根220cm钻孔灌注桩基础，设计桩长32m。

1.2 河流概况

跨越河流为Ⅵ级航道，河宽约250m，跨越河段为水电站库区范围，设计水位为302m，施工水位为288m，水深17m，桥面至水面高差约为107m。施工期间最大流速按电站放水流速测定为2.0m/s。

2 施工方案概述

根据墩位处的实际施工水深和地质条件以及基础设计的具体形式，决定采用钢围堰方案进行桩基和承台施工。在枯水期之前制作好钢围堰及钻孔钢护筒，在墩位附近做好围堰就位的一切准备工作，待枯水期到来时，立即进行导向浮箱平台的安设并搭设施工用门式吊机及钢围堰首节拼装平台。首节钢围堰在拼装平台上拼装完成后，用门式吊机吊放入水，然后逐节接高钢围堰并吸泥下沉钢围堰至河床岩面，在围堰内上搭设钻孔平台，然后进行围堰封底，待封底混凝土强度达到要求后，开始进行桩基施工，最后进行承台施工的方案。

3 具体工艺及流程

3.1 水上导向平台设计

导向平台均采用自制浮箱组拼而成，自制浮箱尺寸为4.0m×3.0m×2.0m，自重4.0t。每墩处设导向浮箱40个。

3.1.1 受力计算

①钢围堰动水压力R1=KrAV2/2g

K——水流阻力系数，矩形取K=1

r——水密度，r=10kN/m3

g——重力加速度，g=9.81m/s2

A——钢围堰入水部分在垂直水流平面上的投影面积A=22.7×17=386m2

V——计算流速，V=1.1×2×1.1=2.42m/s

R1=1.0×10×386×2.422/(2×9.81)=1153（kN）

②钢围堰风阻力:R2=K1×KZ×W0×F

K1——风载体形系数，K1=1.0

KZ——风压高度变化系数，KZ=1.0

W0——基本风压，W0=0.5kN/m2

F——挡风面积,在计算水位下钢围堰露出水面的高度:1.0m，F=22.7×1=22.7m2

R2=1.0×1.0×0.5×22.7=11.4kN

③导向浮箱水流阻力R3=(fSV2＋ΦA1V2)×10-2×2

f——铁驳摩阻力系数,f=0.17

S——船舶浸水面积,S=L(2T+0.85B),L 为船舶长度(48.0m)，T 为吃水(1.25m)，B 为船宽(6.0m)，S 为48×(2×1.25＋0.85×6)=355.9m2

Φ——阻力系数，方头船Φ=10

A1——船舶垂直水流方向的投影面积,A1=T×B=5.4m2

V——计算流速，取2.42m/s

R3=(0.17×355.9×2.422＋10×6.0×2.422)×10-2×2=13.4kN

④导向浮箱的风阻力R4=K1KZ1W0F1×2＋K2KZ2W0F2

K1=1.0 KZ1=1.0

F1——导向船组挡风面积F1=4.5m2

K2——导向船上联结梁,龙门架等的风载体型系数,综合取0.5

KZ2——上项设施的风压高度变化系数,综合取1.15

F2——上项设施的挡风面积,估算为200m2

W0=0.5 kN/m2

R4=1.0×1.0×0.5×4.5×2＋0.5×0.5×1.15×200=62.0kN

⑤主锚所受的总锚力R总=R1+R2+R3+R4=1240 kN

3.1.2 主锚

根据经验公式,钢筋混凝土锚的锚着力可按公式计算:R=W×K

所需主锚总重量:W=R/K=1240/1.3=954kN

采用294kN钢筋混凝土锚，954/294=3.2

为安全考虑采用4个294kN钢筋混凝土锚,每个主锚受力:1240/4=310 kN。

3.1.3 尾锚

尾锚的作用是便于和主锚对拉收紧,调整导向船上下游位置。根据经验,配2个100kN钢筋混凝土锚。

3.1.4 钢丝绳

选择用2根6×37-36.5钢丝绳,按下式校核安全系数:K=αFg/R=2×0.82×856/310=4.53

3.1.5 锚锭制作及抛设

在临时码头位置制作好C25混凝土锚锭（30t、敷设位置见图1），待锚锭强度达到C25号后即可采用吊车将锚锭吊上由浮箱拼装的运输船船头并拖运至需设锚锭位置，下沉锚锭至河床，锚绳采用油桶漂浮待用。

图1 施工总体布置图

3.2 浮式平台搭设及龙门吊安装就位

浮式平台采用自制浮箱及M型万能杆件组拼而成，每个墩处设4.0m×3.0m×2.0m浮箱40个，待整体平台拼装好后，采用预先已经设置好的锚锭锚绳调整平台平面位置，采取全站仪准确定位浮箱平台平面位置并收紧拉缆。

龙门吊设计承载能力为20t，安装在已成功定位的浮式平台上。浮式吊机立柱及主梁均采用M型万能杆件组拼而成。

3.3 围堰施工

3.3.1 围堰设计

施工期间最高设防水位288m，围堰顶标高为289m，底标高为271m，施工时以实际岩面标高为准，围堰高度18m，分节高度为5+5+4+4的形式，围堰壁厚1.5m，围堰内壁尺寸为19.7m×26.0m，四周分别比承台大1m，以利围堰下沉和保证承台尺寸（见图2）。

3.3.2 围堰加工

钢围堰沿高度方向分成4节，沿环向分为立体状的8块，则围堰总共分成了32块，其最大分块重量不大于20t。加工制作好的围堰块，采用吊车起吊上运输车运至装卸码头后，装上由自制浮箱组拼成的运输船，运至拼装平台。

3.3.3 钢围堰拼装及下沉施工

钢围堰首节在首位相连的平驳船上组拼，用导向船上的龙门架吊装入水，然后分片分节接高施沉钢围堰，着床后用空气吸泥机吸泥下沉。

3.4 钻孔平台搭设、护筒安装及钢围堰封底

3.4.1 钻孔平台搭设

通过测量及围堰纠偏等措施将围堰准确下沉至设计标高和平面位置，在围堰顶测量放样钻孔平台及钢护筒位置，利用龙门吊在围堰顶安装型钢，搭设好钻孔平台，平台顶布置I25a型钢及10mm花纹钢板。

3.4.2 护筒设计

图2 钢围堰总体设计图

钢护筒采用Q235钢板，钢护筒内径为φ240mm，壁厚为16mm。9#、10#墩基础桩基施工共32根钢护筒，每根钢护筒长18m，分两节制作。

3.4.3 护筒运输及安装

护筒在岸上制作完成，用浮式浮箱船转运至围堰旁，在钻孔平台上完成接长及下放就位。

3.4.4 围堰封底混凝土浇注施工

单个钢围堰封底混凝土为矩形混凝土结构，其尺寸为19.7m×26m，厚度h=9m。封底混凝土设计为水下C20，封底混凝土顶标高浇注至承台底约30cm时停止浇注，完成封底混凝土灌注。利用已搭建好的钻孔施工平台作为围堰封底混凝土浇注平台，在平台布置两个集料斗和布置混凝土溜槽。封底水下混凝土浇注采用拔球法浇灌，在单个围堰范围内均匀布置12根φ299的水下混凝土导管。

3.5 桩基钻孔成孔成桩施工

9#、10#墩各16根φ2.2m的桩基。桩长均为32m，进入基岩的深度均超过20m。拟选用一个主墩8台冲击钻错孔布置同时作业分2批钻孔实施成孔施工。钻孔次序的确定：根据桩基的具体布置方式对所有桩基进行合理的分批分次排序，然后分配到每台钻机实施钻孔。

3.6 承台施工

待桩基全部完成经检查合格后，即开始将围堰内水抽出，根据围堰内外水位差，及时进行内撑添加，防止围堰被挤扁，将围堰内水抽尽后，将桩桩基头超长混凝土破除至设计桩顶标高，然后浇注厚度约30cm的垫层至设计承台底标高，垫层混凝土强度达到要求后即可在垫层上面放样施工承台。

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