铁路大桥大型双壁钢围堰施工技术探析

李义明

（铁四院（湖北）工程监理咨询有限公司，湖北 武汉 430000）

1 工程概况

1.1 铁路大桥设计

沪渝蓉高速铁路武汉至宜昌段钟祥汉江铁路特大桥，采用斜拉桥的形式跨越汉江航道，中心里程为DK170+679.30m，起 讫 里 程 为DK170+405.250m～DK170+953.350m。 桥梁全长548.1m，桥位与汉江夹角为90°。主桥采用（60+78+270+78+60）m 双塔双索面斜拉桥，半漂浮体系，主跨270m 跨越汉江。主桥位于±2.6‰纵坡上，主梁采用预应力混凝土单箱三室截面，顶宽14.5m，中心梁高4.5m。全桥共48 个标准阶段，边跨现浇段A10 段长66.25m，悬浇段每个阶段长8m，中跨合拢段长3m。

1.2 双壁钢围堰设计

主塔316#桥塔基础为低桩承台，基础施工采用先桩基后围堰的施工方案。围堰采用双壁钢围堰，承台尺寸为横桥向29m×顺桥向22.75m×高6m。双壁钢围堰横桥向两端设计为拱形，平面尺寸43.391m×29.75m，高度28m，壁厚2m。钢围堰采用场内分节段制作，分块加工、分节段拼装后，采用平板驳船运输至桥位。利用600t 浮吊分节段整体吊装、拼接接高、吸泥下沉到设计标高后，进行水下封底施工。围堰内抽水完成后，施工承台及以上结构；承台底以下部分钢护筒，作为桩基永久性结构不予拆除。钢围堰布置如图1 所示。

图1 钢围堰平面布置图（单位：mm）

1.3 工程重难点

该工程属北亚热带湿润大陆季风气候，多年平均气温12 ℃～16 ℃，年平均降水量 951.0 mm。316#墩位处地层由河床往下依次为粉砂、细圆砾土、泥岩W3、断层影响破碎带、泥岩W2。沿线交通铁路运输、水上运输较为便利，电力资源较为丰富，能满足施工用电需要。

结合现场条件和勘察结果，该工程施工难点如下：1）316#墩位处覆盖层较厚，爆破清岩后桩基施工时间计划3 个月，围堰为汛期后施工，河床回淤量较大。为减少爆破后回淤过多对围堰下沉造成影响，根据河床扫描数据，根据围堰四周覆盖层厚度，将清理范围适当扩大。2）围堰高28 m，入水深度较深且平面尺寸大，相应的下沉、吸泥和封底等工程任务难度较大。3）围堰采用大型浮吊分节整体吊装施工，施工难度大、风险高，现场安装精度控制难度大。4）316#双壁钢围堰施工要求工期紧，施工筹备时间短，对现场施工组织要求精细到位、科学合理。

2 大型双壁钢围堰总体施工方案

2.1 钢围堰结构和设计参数

该工程中，316#墩钢围堰采用双壁无底双壁钢围堰，由壁体、刃脚、内支撑等组成。其中，壁体主要由隔舱板、水平环板、横向支撑及内外壁板构成。刃脚高度为1.8 m，水平设置环板，垂直设置加劲肋作为支撑结构，内外壁板之间通过横向支撑与隔舱板连接形成整体。内支撑设置3 层，各层内支撑间设置内支撑连接系，与钢围堰壁板一起形成完整的稳定结构体系。钢围堰设计参数见表1。

表1 钢围堰主要设计参数

2.2 施工方案

河床爆破清岩过程中，316#墩双壁钢围堰在加工场内同步加工，加工场地位于 316#主墩上游 12.4 km 河岸处沙厂内。316#墩桩基施工完成后，拆除钻孔平台及大里程侧支栈桥，围堰分节由驳船运至墩位处吊装接高。围堰分为 6 个节段进行加工，每个节段分为 16 个单元块进行加工。

围堰在加工场滑移区分节拼装成整体，逐节滑移至岸口钢平台处，采用 600 t 浮吊起吊，由平板驳船运输至墩位处。底节围堰运输到墩位后利用600 t 浮吊起吊，通过抗拔桩与围堰内壁板上导向装置完成围堰初定位，整体吊装底节围堰下水；第二节～顶节围堰与底节同样方式运输，逐节接高；拼装过程中浇筑刃脚混凝土、壁舱注水、精调，最后吸泥下沉至设计标高；浇筑壁舱混凝土至设计标高；搭设封底平台，浇筑封底混凝土。钢围堰着床前必须对河床进行监测，防止着床前一侧河床出现较大冲刷，导致围堰倾斜。着床后，根据河床实际冲刷情况，对河床进行防护。

3 大型双壁钢围堰现场施工技术要点

3.1 钢围堰制作运输

钢围堰制造与安装划分为3 个阶段：第一阶段是单元件制造，第二阶段是节段制造，第三阶段是工地拼装焊接。其中，单元件制造与节段制造在加工场内完成，以便发挥加工设备先进和施工条件好的优势；节段运至工地现场后，完成拼装焊接。钢围堰的整体制造顺序如下：单元件制造→块体制造→大节段制造→节段运输→现场焊接。

该工程中，钢围堰竖向分为六节，从下向上每节的高度分别是6.0 m、6.0 m、3.15 m、4.05 m、4.2 m、4.60 m。钢围堰制作场内利用75 t 履带吊、25 t 吊车，完成各单元的场内加工制造、转移存放，每个节段分为16 个单元块进行加工，单元块在滑移区完成分节整体拼装。拼装完成后，质量检查见表2。

表2 双壁钢围堰拼装质量检查项目

钢围堰拼装质量验收合格，采用滑靴+牵引系统滑移至岸口钢平台，利用600 t 浮吊起吊至驳船。运输时，技术要点如下：1）场内转运时，单元块转运采用履带吊或者吊车，从块体存放区转运至分段加工区进行组拼。存放时，块件钢围堰制作完成后，在场内存放于特定胎架上，并进行标识。大节段在滑移区组拼完成，并经检验合格后，采用滑靴+牵引系统滑移至岸口钢平台。2）水上运输时，钢围堰加工距离桥址处约12.4 km，托运过程均在汉江航道完成，现场实际调查表明整个托运过程不需要穿过任何构筑物，通行高度不受限。316#双壁钢围堰采用运输船只共计5 艘，作业船托运时总长度75.5 m，船队最大宽度43.5 m。

3.2 钢围堰吊装下沉

钢围堰吊装前，拆除钢栈桥，安装围堰限位装置。双壁钢围堰吊点设计总重取值320 t，单根吊绳吊重50 t，卸扣采用＞85 t卸扣，吊耳直接焊接于隔舱板上。并对浮吊、平板驳抛锚定位。进场前，检查浮吊各个工具以及钢围堰完好，检查吊装时各项工器具的性能，复查各连接点的可靠性。

第二节围堰接高后，围堰处于自浮状态。在无水状态下，使用2 台泵车完成1.8 m 高的刃脚混凝土浇筑，混凝土采用早强型混凝土。第二节钢围堰接高完成后，采用对称分舱干浇钢围堰刃脚混凝土，共计16 个壁舱单元。刃脚混凝土浇筑完成后，围堰吃水深度5 m，围堰水上高度为7 m。

先在围堰内外侧焊接型钢工作平台，宽度1.5 m，采用∠63×6 mm 角钢与牛腿焊接而成。刃脚混凝土浇筑完成后，接高第三节围堰，下放使围堰自浮，拆除第二道临时内支撑，壁舱注水9 m，围堰吃水深度12.78 m，围堰水上高度为2.47m。循环该工艺，直至完成第六节围堰接高，并对钢护筒周边、围堰周边死角处进行水下清理。

根据承台位置，围堰共设置3 层内支撑，各层内支撑间设置内支撑连接系，内支撑各部位采用焊接方式连接，在接高后及时安装连接系。同时，为了确保围堰节段整体吊装安全，在底节、第二节、顶节各设置一层临时内支撑，围堰下放过程中逐层进行拆除。

围堰注水下沉分为两个阶段，第一阶段是围堰水中自浮状态下注水下沉，第二阶段是围堰刃脚入土后注水吸泥下沉。注水下沉时，计算壁舱的投影面积，为每个舱配备水泵抽水量，以达到均衡下沉的效果。当注水下沉至围堰距河床面1 m 处，停止下沉，采用不均匀注水和千斤顶顶进的方法进行精确调整，测量队再次精确复核。然后围堰继续下沉至河床面0.5 m 处，第二次精确定位，见表3。

表3 钢围堰注水下沉后的精确度控制要求

先搭设吸泥平台，采用型钢形式，每排护筒上首先安装双拼I40a 工字钢作为称重主梁，型钢间距为1.5 m；然后铺设间距30 cm 的I25 工字钢，最后铺装8 mm 钢板作为行走平台。平台四周设置间距2 m、高度1.2 m 的48mm 钢管，作为防护栏杆支撑柱；支撑立柱上焊接三层48mm 钢管，作为防护栏杆。采用2 套气举设备吸泥下沉至+12.0 m，现场共计配备2 台吸泥机。首先施工利用600 t 浮吊、80 t 履带吊，吊取2 台吸泥机同步吸泥施工，每台吸泥机利用简易门架提吊进行吸泥。吸泥机管口须离开吸泥面15 cm～50 cm，过低容易造成堵塞，过高则吸泥效率不高。吸泥应对称进行，并勤测量河床底面标高，以确定吸泥位置。钢围堰入水后，在每节钢围堰上设置8 个测量控制点（4 个角点作为控制测量点，其余4 个作为复核点），现场实际测量，通过注水调整围堰在水中的垂直度，以及在顶口处的平面位置。

混凝土性能要求：初凝时间10h～12h，坍落度为200mm～220mm，扩展度≥490mm；导管底口悬空20cm～30cm，浇筑过程中埋深2m～6m。壁舱共计分为16 个隔舱进行浇筑，导管采用300mm 导管进行灌注，布置间距按照6m 进行布置。其中，水下浇筑混凝土的技术要点如下：1）分层施工壁舱混凝土，混凝土浇筑过程中，采用2 台泵车同时进行灌注。2）导管埋深严格控制在2m～6m，导管拔球前底口悬空控制在20cm～30cm。导管触底后再提升至要求高度，待首灌料下放完成后，立即测量混凝土面的上升高度，精确计算导管埋深。3）浇筑过程中，加强对隔仓混凝土面标高的控制，使隔仓板两侧高差、各仓间混凝土面高差≤5m，混凝面测量时间每隔30min 测量1 次。

3.3 钢围堰定位监测

钢围堰下水前，在钢围堰外壁上标注桥轴线方向和横桥向方向，在围堰顶环板上做好4 个三维坐标测量控制点；在围堰4 个方向两侧，自下而上标注水位标尺，在围堰外侧壁作好高程刻度标记，每10 cm 一格。监测项目主要包括以下3 个：1）原河床断面测量，掌握围堰下沉中的冲刷情况。2）围堰下沉观测，观察钢围堰吃水时是否偏位、倾斜，每天测量2 次。3）测量指标有顶中心偏移量、顶中心高程、顺桥向高差、纵向顶底偏移差、横桥向高差、横桥向顶底偏移差、刃脚高程、扭角计算、围堰倾斜计算。

3.4 清淤、封底与抽水

在双壁钢围堰下沉到设计标高后，应对基底按照设计要求进行清理，为封底做好准备。清理完成，检查基底平面位置、尺寸大小、基底标高，以及基底地质情况。封底混凝土设计强度为水下C35 自流平混凝土，坍落度为20 cm～24 cm，初凝时间15 h～20 h，混凝土必须有良好的和易性、稳定性。其中，首灌混凝土数量的计算公式如下。

式中：为导管直径，取值0.3 m；为混凝土扩散半径，取值3 m；为导管口处混凝土埋深，取值1.5 m；为导管内混凝土立柱与导管外水压力平衡的高度。经计算，浇筑时按照选用＞15 m储料灌注。

封底混凝土达到设计强度后，利用14 台水泵进行抽水作业，抽水前将连通器盖板进行水下封堵，并在盖板与联通管之间设置橡胶圈。若底板仓范围内出现涌水点，采取在封底混凝土顶面开槽引流，并在承台地面高程以下设置钢板封闭。

3.5 钢围堰观测

在围堰施工和使用过程中，应派专人对钢围堰进行测量观测：1）围堰外河床冲刷情况。采用测绳法对围堰四周河床标高进行测量，并做好观测记录，如果冲刷较明显，就需要采取抛沙袋的方法对围堰进行防护。2）围堰沉降情况。在围堰顶面设立标高观测点，对围堰的沉降进行观测。如沉降值过大，则采取单侧围堰内注水方式进行调整。3）围堰结构变形。在钢围堰壁上贴应变片，对钢围堰进行应力观测，应变片设置位置主要为外壁板、水平桁架、水平环。重点观测围堰在抽水工况及抽水后围堰施工承台期间受力状况。

4 施工质量控制措施

4.1 质量控制目标

316#主塔基础双壁钢围堰施工的质量目标如下：1）钢围堰焊缝质量。水密性试验满足要求。2） 围堰定位精度。平面位置±10 cm，垂直度/100。3）围堰抽水后，不能出现超出容许范围内的变形和漏水事故。

4.2 质量控制措施

为实现质量控制目标，采取的控制措施如下：1）项目指挥部及工区均成立项目质量保证组织机构，负责领导项目质量保证管理，形成一个既有明确任务、职责、权限，又能互相协调、促进的质量保证体系。2）为保证工程质量满足设计和规范、标准要求，对施工过程的质量影响因素实施控制，指挥部将采取有效措施予以保证，包括组织保证措施、制度保证措施、资源保证措施和技术保证措施。

5 结语

综上所述，钢围堰在铁路桥梁主墩水下施工中应用普遍，具有多个技术优势。该文结合工程实例，介绍了大型双壁钢围堰总体施工方案，从钢围堰制作运输、吊装下沉、定位监测、清淤封底与抽水、观测等方面，详细阐述了施工技术要点。希望通过该文，为类似工程项目的施工提供借鉴，提高经济效益和社会效益。