低净空条件下在役桥梁水中钢围堰设计和施工技术方案

■伍赵亮

（福建省高速公路养护工程有限公司，福州　350002）

低净空条件下在役桥梁水中钢围堰设计和施工技术方案

■伍赵亮

（福建省高速公路养护工程有限公司，福州350002）

本文以厦漳高速西溪特大桥桥梁承台维修加固工程为背景，介绍了低净空条件下水中钢围堰的设计及施工技术。该技术的实施取得了良好的效果，总结了一些经验，对将来类似工程的实施具有一定的借鉴价值。

低净空在役桥梁钢围堰设计与施工

1　工程概况

西溪特大桥为厦漳高速公路跨九龙江西溪的一座特大桥梁，全长1264.98m。上部结构为：9×25m预应力混凝土T型准连续梁+35.4m+11×50m+35.4m预应力混凝土箱型连续梁+17×25m预应力混凝土T型准连续梁，全桥分为5联，15#～18#墩为水中墩；下部结构为钢筋混凝土双柱桥墩，下接承台，承台平面尺寸为6.4×5.2m，高2m，每个承台下设4根直径为Φ1.5m的钻孔桩，承台底位于冲刷线以上，属于高桩承台。其中14#～18#墩承台出现不同程度的剪切、斜向裂缝，混凝土掉块等病害，同时承台还存在被过往船只撞击的痕迹（见图1～2），需进行维修加固。

图1　承台裂缝

图2　承台被船撞击

桥址地处九龙江下游，河槽受潮汐影响，南北两岸筑有防洪堤坝，主流在堤坝内摆动。水流与路线成41°斜交，墩台在主槽中顺水流线方向左右幅错位布置。桥下通航按五级（300t）航道标准。地震烈度为七度，按八度设防。通过现场实际观测，发现水流速度一般为0～1.5m/s左右，由于施工现场位于入海口且上游不远处有水闸，在两种因素的双重作用下，九龙江在施工现场区域具有如同海水一般的涨落潮现象。

图3　钢围堰布置平面示意图

2　钢围堰的结构设计方案

施工现场区域潮差较大，且钢围堰施工工艺具有结构合理，适应性强，安全可靠等特点，因此本工程采用钢围堰施工工艺进行承台加固。本次承台加固需要在14#～18#墩进行外包混凝土施工，通过水文资料调查，承台加厚混凝土施工时桥墩处水深8～12m，因此采取在桥墩处安装钢围堰，对围堰内清基封底抽水后，进行承台外包混凝土及墩柱外包混凝土施工。钢围堰平面布置图见图3。

2.1设计参数

钢围堰尺寸：内口尺寸为8.0m×8.8m；钢围堰外沿尺寸为9.6m×10.4m；钢围堰壁厚0.8m；

钢围堰入泥深度 2.0m；钢围堰顶距高潮位距离0.86m。

2.2钢围堰基本要求

（1）钢围堰露出水面的高度不小于0.86m。

（2）钢围堰内壁距加固后的承台侧面距离不小于0.60m。

（3）钢围堰入泥深度不小于2.0m。

（4）钢围堰块与块、节与节之间采用螺栓连接，便于循环周转使用。

（5）钢围堰内部不加横撑。

2.3钢围堰所用材料

面板：δ=5mm；隔舱板：δ=5mm；纵向次梁：∠63×40× 5mm；水平环板：-10×200mm，-10×220mm；水平横撑：［10；内斜撑：I18。

2.4钢围堰计算模型

计算钢围堰总高度为12.8m，平面分为6节，空间分为4节，节段高度为4.6m、2.6m、2.6m、3.0m。详见图4和图5。

图4　桥墩钢围堰布置平面图（单位：mm）

图5　桥墩钢围堰布置立面图（单位：mm）

2.5钢围堰结构分析计算

在钢围堰沉入设计标高，封底混凝土浇筑完毕达到设计强度后，抽干钢围堰内的水后，钢围堰处于高潮水位（3.640m）时为最不利工况，并根据最不利工况来进行结构计算。

采用MIDAS/Civil2010对钢围堰进行空间分析，面板及环板采用板单元，竖向支撑和横撑采用梁单元。分别对整体单元、内外壁板、竖撑、横撑、环板、内斜撑等进行受力分析。详见图6。

图6　钢围堰有限元分析模型

计算分析结果见表1。

2.6钢围堰的创新点

（1）钢围堰拼接采用无焊接的螺栓连接

一般钢围堰的连接均采用焊接连接，焊接连接拼装和拆卸钢围堰施工技术要求高、施工难度大、施工周期长、循环率低。为了缩短拼装和拆卸钢围堰施工周期、降低施工难度、提高循环利用率，块与块、节与节之间连接采用无焊接的螺栓连接。

（2）钢围堰内无横撑

表1　钢围堰结构计算结果

一般大截面和深水位的钢围堰内均加有横撑。此钢围堰截面跨度大于10m，水深也大于10m。由于是在已有桥墩周围搭设钢围堰，钢围堰内增加横撑不仅给钢围堰拼装和拆卸带来不便，还对原有桥墩有所影响。因此在钢围堰内不设横撑，巧妙的在受力最大节段的四个角点增加三道短斜撑来降低跨度减少钢材用量，提高经济指标。

3　钢围堰施工方案

由于本工程是在既有桥梁下进行施工，桥下净空低，作业空间小，大型施工船舶、机械等无法进入桥下进行钢围堰的吊装。因此该钢围堰的施工不能采用常规的在水上平台拼装完成后，采用大型机械直接吊装到位的方法。本工程采用在桥梁梁底板植入钢筋吊环后悬挂手拉葫芦，通过手拉葫芦对钢围堰进行逐块吊装、安装。每一层钢围堰分为6块，每块通过可拆卸钢板封闭钢围堰，使得钢围堰在水上悬浮后拉至施工点，通过手拉葫芦进行吊装、拼接，逐层灌水配重下沉后，吸泥，封底。

3．1钢围堰吊装及拆卸系统的安装

钢围堰吊装及拆卸系统由梁底吊环、钢丝绳和手拉葫芦共计三大部件构成。其中梁底吊环是由Φ25 HRB235钢筋在箱梁底板与翼板植筋形成吊装环构成；钢丝绳为Φ32钢丝绳；手拉葫芦选取10t葫芦。为了便于梁底板钻孔施工，采用桥底吊篮进行钻孔作业的办法。

钢围堰吊装及拆卸系统的植筋点的选取根据钢围堰分块在箱梁底板与翼板的投影线而定。由于钢围堰每节分为6块拼装而成，故安装每块两个吊点每个吊点两个植筋孔的方式进行钻孔植筋。箱梁底板共计16个吊装点，每个吊装点植25mm的整条U型螺纹筋，每个孔径为30mm，孔深25cm，每个吊装点两个植筋点。

3．2钢围堰导向架安装

钢围堰导向架是由I10的工字钢作为前端导轨装置，C10槽钢作为骨架及连接装置，L90角钢作为内部骨架及X型连接装置和螺栓紧固件构成。导向架通过在承台上事先放线定点钻孔植筋的方式锚固到承台上。导向架在现场焊接而成，提前根据需要在加工场下料对位后，编号拖到现场进行焊接。

3．3钢围堰安装

（1）第一层钢围堰通过在围堰顶及两侧安装可拆卸钢板封闭，使得钢围堰成为一个密闭的空间，放入水中自悬浮，采用绳索拉至施工点后采用围堰吊装及拆卸系统的葫芦下放钢丝绳栓于每块钢围堰吊装点之上进行起吊拼装。钢围堰的拼装顺序是依次逐块拼装。拼装方式为采用螺栓连接的方式。在各块与节之间采用橡胶护垫进行止水处理。

第一层钢围堰拼装完毕后，悬吊系统安装完成并经检查符合要求后。手拉葫芦同时提升钢围堰，通过调节葫芦的拉力，调整整节钢围堰的空间状态，调节到适当的位置后开始下放钢围堰，使得围堰基本维持自浮的状态，然后开始向第一节围堰仓内注水，使得钢围堰上表面整体下沉到离水面约1m的位置停止下沉。详见图7和图8。

（2）按照第一层运输、吊装、拼装基本同样的方式安装第二节钢围堰。在第一节固定的围堰上对应放上第二节相应的单元，再通过螺栓连接。在进行第二节钢围堰拼装前，需在第一节钢围堰顶部节间环板上预先布置好橡胶护垫后再进行钢围堰的下放。在接高时，单块放松第一节的对应位置的竖向约束（其他单元的吊点保留，并调节围堰的空间状态），留出和第2节对接的空间，在第2节钢围堰的角钢连接件螺栓孔处，穿过钢丝绳连接到导向架上锁定，防止钢围堰在拼接过程中转动。

（3）按照第二节吊装、拼装同样的方式安装第三节、第四节钢围堰。

3．4钢围堰着泥下沉

（1）钢围堰的着泥需选择在小潮时候，在钢围堰接高完成后，立即均匀灌水下沉。在钢围堰下沉过程中，围堰吊装及拆卸系统与钢围堰的连接要始终保持，通过手拉葫芦与钢丝绳控制钢围堰的下降速度。当围堰刃尖距河床0.5m左右停止灌水下沉，之后缓慢灌水，使围堰均匀准确着床。

（2）钢围堰下沉过程中要平衡灌水 ，如刃脚仍有部分悬空时 ，可用吸泥机并高压射水管冲射 ，直至双壁钢围堰落稳在河床。双壁钢围堰着床后，用2台吸泥机布置在围堰的中心从中间逐步向刃角处对称分层吸泥。围堰吸泥下沉时应密切注意堰内河床变化，确保围堰内河床平稳下降，不出现翻砂、围堰倾斜现象。

（3）围堰壁内灌注舱内砂压重，并结合围堰导向架使围堰平、稳、正、直地下沉。砂注入时，应前后、左右对称灌入，砂灌注速度一致，确保围堰均匀下沉。吸泥过程中，用水泵不停地向围堰内补水，以保持围堰内、外水位相平或围堰内水位略高于围堰外水位，防止内外水头差过大引起刃脚底翻砂，围堰下沉过程中应随时用仪器观测围堰的偏位情况及时纠正，围堰一边下沉一边调整，确保其始终在准确位置下沉。

图7　钢围堰拼装

图8　钢围堰下沉

4　施工的重点、难点

4.1高潮差、低净空、高水深条件下的钢围堰水上施工

在役桥墩钢围堰施工本身就是一个业内公认的一个比较考验技术能力的施工技术。对于九龙江上的厦漳西溪大桥来说，在此基础之上，其又增加了涨落潮这个不稳定因素的影响以及桥下不足10m净空，桥下最深处水深达10m的这些情况直接增加了工程的难度系数。

4.2钢围堰悬挂拼装

由于设备和操作空间的限制，钢围堰须分阶段悬挂焊接拼装，导致钢围堰对接时安装就位十分困难。考虑到精度和拼接的质量要求非常高，加上钢围堰外侧拼接没有施工平台，操作不便，根据实际情况，采取在钢围堰外侧悬挂小型挂梯，然后由专业人员做好安全防护的前提下上挂梯拼接，此方式轻便，易于操作。

4.3钢围堰下沉着泥

钢围堰下沉着泥也是本工程的一个难点，由于江水的不断涨落潮导致钢围堰本身的不稳定性。对此钢围堰在导向架定位的辅助下，主要是通过高压射水、吸石（吸小捡大）、配重（刀刃内浇筑混凝土，围堰其他位置灌水）下沉，围堰内的卵石采用人工或抓斗掏出。

5　结语

厦漳高速西溪特大桥承台加固工程，桥下净空低，施工难度大，采用该种钢围堰施工工艺，施工方便，定位准确，质量高，无渗漏现象。由于钢围堰内施工空间充足，施工环境安全，且不再受江水潮位的影响，极大加快了承台外包混凝土施工的速度，保证了施工质量。该钢围堰的设计与施工工艺也可为今后相类似的工程提供一个借鉴作用。

［1］JTJ04-2000，公路桥涵施工技术规范［S］.

［2］JTGD06-2004，公路桥涵设计通用规范［S］.

［3］钢结构设计手册（第三版）［M］.北京.中国建筑工业出版社.2004.

［4］赵天法.强潮涌河段双壁钢围堰设计及施工技术.北京：路桥集团国际建设股份有限公司.

［5］北京迈达斯技术有限公司.迈达斯钢围堰分析.