关于双壁钢围堰施工技术的研究

王军

(中铁十五局集团有限公司,河南洛阳 471013)

关于双壁钢围堰施工技术的研究

王军

(中铁十五局集团有限公司,河南洛阳 471013)

随着我国经济的发展,目前处于深水大跨径桥梁建设的高速时期,在深水施工中设计了一种双壁钢围堰结构,在桥梁基础施工中起到防水作用,不参与主体结构的受力,且水流阻力小,利于通航,安全、经济、实用。

桥梁基础 施工 双壁钢围堰结构

1 工程概况

芒稻河特大桥起讫里程为K8+285.460～K9+558.860,全长1273.40m,芒稻河特大桥桥位处河口宽514m,常水位2.04m,300年一遇洪水流量为2296立方米/s,行洪时桥前最大壅水高度为0.0126～0.0199m。根据所了解的水文资料,芒稻河最大潮差约6.28m,潮水为不规则半日潮,每日两次涨落。每月初三与十八前后为最大涨潮期,多年平均高潮位为4.93,多年平均低潮位0.20。芒稻河处地质层以淤泥与细砂层为主。在主桥18#、19#墩深水施工中采用方形双壁钢围堰施工技术保证了工程的圆满完成,下文藉此进行相关技术分析、研究。

2 方形双壁钢围堰施工技术特点

双壁钢围堰平面为方形,占用空间小,施工方便,不影响防撞墩的施工,适合对设有防撞墩的深水基础施工使用;由于方形双壁钢围堰占用空间小,泄洪阻水面积较小,为泄洪要求高的河道所采用。钢围堰既可作为承台施工的隔水措施,同时又作为承台施工的外模;钢围堰加工焊缝质量要求高,须经水密试验确保不漏水;双顶起落架法起顶下放钢围堰,便于操作,确保定位精度,保证围堰内壁满足承台内模要求。单导管埋管式水下封底工艺投入少,工序少,便于施工衔接,且进度快、质量、安全效果好。

3 适用范围

钢围堰适用于公路、铁路深水基础的施工,特别是采用钢护筒定位的钻孔灌注桩基础,可在钢钢围堰下沉过程中利用钢护筒作为钢围堰的定位、导向和固定设施适用。

4 工艺原理

钢围堰在岸上加工场地加工分节分块制作、水上舟运至现场,同时利用50T千斤顶和Φ36精轧螺纹钢起顶底节围堰的方法进行围堰拼装,然后利用水上浮吊进行接高拼装;开挖下沉根据河床地质情况,砂砾层采用渣浆泵、空压机抽吸,粘土层采用抓斗抓等方法施工。下沉到位后及时灌注封底混凝土。抽干围堰水后,然后进行一系列的后续施工。承台施工时,封底混凝土作为承台底模,钢钢围堰的内壁板可作为承台的侧模。

5 工艺流程及操作要点

5.1 工艺流程

钢围堰在岸上分节分块制作→焊缝检查验收→拆除外侧钻孔平台→搭设底节钢围堰拼装平台→双顶起落架装置安装→底节钢围堰运输、拼装→焊缝检查验收→钢围堰底节利用自重下沉→纠偏、定位控制→钢围堰边接高、边灌水、灌注隔仓混凝土、吸泥下沉,直到全部接完2-4节,下沉到位→水下清渣至设计标高→浇筑封底混凝土→钢围堰内抽水→割除钻孔桩钢护筒→破除桩头→封底混凝土找平→承台施工。

5.2 操作要点

(1)钻孔桩平台的拆除;钻孔灌注桩施工完毕、钢围堰安装之前,拆除钢围堰下沉位置处的钻孔桩平台及外围的钢管桩、剪刀撑。钢钢围堰外侧的两排钢管桩予以保留和补充,可做双顶起落架平台管桩。

(2)钢围堰加工;根据现场场地的情况,选择钢围堰的合适加工地点(工厂或现场临时加工厂),为了方便运输,加工时钢围堰的分块不宜过大,一般宽度在5米以下,长度在6.0米以下,重量在15吨以下(现场加工时可根据现场运输条件调整)。施工顺序遵循先内、外侧单独焊好,再连接起来,以提高作业面,提供工作效率。

(3)拼装平台搭设;打设17根Φ630mm钢管桩(中间插打一根管桩并在上面铺设一块钢板作为测量平台,兼作围堰缆绳调整固定支墩),然后利用对应的钢护筒搭设吊装平台,在钢管桩上设置I36a牛腿,牛腿比现场施工水位高50cm处设置。在牛腿上搭设I36a横垫梁,为了方便拼装和焊接钢围堰,在拼装工作平台承重梁上可铺放木板搭设焊接作业平台,可根据现场施工实际情况进行调节。

(4)底节围堰拼装及下水;为了防止围堰侧翻,可用倒链内外固定在钢管桩上。在拼装好后,需全面仔细检查各焊缝水密试验。底节钢围堰预拼装完成后锁定焊接时,同时可进行双顶起落架平台的施工。起落架平台包括下横梁和底托梁,利用钢管桩作为承重柱,在钢管桩上设置单层2I40a作为承重梁,在下横梁上设置2个50吨千斤顶。在千斤顶上设置2I50底托梁。精轧螺纹钢下部和钢围堰连接,上部和底托梁固定。利用千斤顶对底托梁的顶升和下落调整钢围堰的高度。底节钢围堰拼装完成后用提升系统吊住底节钢围堰吊点,提升钢围堰,观察一段时间,待稳定后拆除横垫梁和牛腿,缓慢下沉底节钢围堰。

(5)钢围堰定位;钢围堰对下沉的位置要求精度高,围堰拼接下沉完成后,测量配合在水中正确定位,临时把钢围堰与护筒固定,沿钢围堰内四角靠打4根定位桩,4根桩打设垂直,定位桩与钢围堰壁距离5～10cm(钢围堰壁距离承台25cm),利用护筒制作导向,来保证桩的垂直度,管桩打35～40m,以避免内部抽沙而影响管桩的稳定性,并把定位桩与护筒相连。其中内部管支撑随抽水拔出定位桩后安装。4根定位桩在围堰全部吸泥下沉就位后,浇筑封底混凝土前全部拔出。

(6)钢围堰接高;在底节顶面定出一个测量基准面并确定中心点,以保证接钢围堰的顺直,并以此基准面和中心线为准进行结构尺寸的测量控制,然后由平台上汽车吊和浮吊吊装上节钢围堰单元体拼装接高。吊装接高时,要随拼装,随调整,待全部点焊成型后,方可全面焊接。拼接施焊中,先焊水平弦板,后焊内壁,再焊外壁,并按对称施焊要求进行。

(7)钢围堰着床;钢围堰接高第一节立即开始均匀灌水下沉,预留一定的干弦高度(1.5m左右),以便接高下一节时的对接施焊作业。然后依次接高第二、三节,当围堰刃脚尖距河床面50cm左右即停止灌水下沉,通过钢管桩上设置的限位装置和倒链系统调整,实现围堰的精确定位,然后开始接高第四节,并开始边吸泥边下沉,时刻注意围堰位置,防治倾斜偏位。围堰着床前,用全站仪观测围堰顶上顺桥向的两个点,调整围堰的倾斜和偏位,直到两点的坐标与设计坐标基本相符为止,然后立即启动8台抽水机向8个隔仓同时注水,使围堰迅速下沉。

(8)吸泥下沉;钢围堰在覆盖层中采用向隔仓注水、浇混凝土、围堰内吸泥的方法使之下沉,用两台Φ250mm的吸泥泵或渣浆泵布置在围堰的中心附近同时对称吸泥(根据实际吸泥效果情况进行调整,适当时候潜水员配合水下射水冲泥),使钢围堰下沉速度的增加逐渐向刃脚方向转移,吸泥过程中由于吸泥机排水量大,要用4台水泵向围堰内补水,并在围堰内外壁之间连通装置,以保持围堰内外水位差,防止内外水头差过大而引起刃脚翻砂,围堰下沉过程中随时用全站仪监控围堰顶面的4个观测点,发现偏位,立即采用调整隔仓水、用吸泥机在钢围堰的刃脚处不均匀吸泥、隔仓混凝土进行调平等方法纠正。

(9)水下混凝土封底;封底混凝土浇注面积大,且水位较深,为保证质量,采用单导管埋管式水下封底工艺灌注混凝土。混凝土的坍落度控制在20～22cm,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。为排出围堰内封底混凝土置换出的水量,采用在围堰侧板上部开口或用水泵抽水的方式。方形钢围堰封底混凝土按平面尺寸13m×13m和封底混凝土厚度(根据设计施工,封底厚度3m)考虑,只用一根导管多点顺序逐点灌注封底,做到投入少,工序简单,便于衔接,并且确保封底质量,封底后基本不渗漏。单导管法的基本原理是各主要灌点首灌混凝土必须确保入水后瞬间将导管下口周围埋入混凝土,然后再继续灌注逐步扩张。由于封底的面积较大,在围堰内设置有14个测点,灌注过程中随时用测绳进行测量,以此来掌握混凝土的流动情况,控制导管的埋深,封底砼的顶面标高。灌注后期适当增加混凝土的塌落度,使砼形成比较平坦的顶面,抽水后用沙浆找平至设计标高。

(10)双壁钢围堰的拆除;承台、墩身完工后,向围堰内注水,使围堰内外水位相平,潜水员采用水下切割设备对双壁钢围堰侧仓混凝土及河床以上部分进行分解切割,然后汽车吊和浮吊将割除部分吊起,用运输车运出。

6 结论与建议

双壁钢围堰不仅可作为钻孔桩基础的施工辅助手段,也可作为大面积承载的直接基础,主要对基底落在覆盖层内的情况,有利于设备的利用、降低成本,便于施工。双壁钢围堰施工是结合桥梁基础钻孔桩施工的一种新的深水桥基础施工方法,为今后的同技术施工具有重要参考作用,产生了很好的社会效益。

王军(1979—),男,本科,毕业于兰州交通大学,工程管理专业,现任工程师职称,主要从事工程管理工作。