單壁鋼圍堰在深水承臺中的應用
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摘 要：以蘭渝鐵路嘉陵江特大橋工程實際為依托，介紹單壁鋼圍堰在深水承臺中的應用方法，從加工、拼裝、下沉、封底等方面介紹其施工技術，供類似工程應用。
關鍵詞：單壁鋼圍堰;拼裝;下沉;起吊系統;封底
1 工程概況
嘉陵江施工常水位為269.3米，流速0.5米/秒，橋址內地質覆層主要為卵礫石層，下伏基巖為紫紅色砂巖、泥質巖。根據方案比選，嘉陵江特大橋88#、89#、99#、101#、102#墩深水承臺采用單壁鋼圍堰進行施工。
2 施工原理
圍堰的作用是通過圍堰壁板和封底混凝土圍水，為承臺施工提供無水的干處施工環境。
根據單壁鋼圍堰使用功能，將其分為壁板、內支撐、起吊系統、定位系統四大部分。其中，壁板是單壁鋼圍堰的主要阻水結構并兼作承臺模板。
3 適用范圍
單壁鋼圍堰適用于水深大于6米，河床覆蓋層較薄或大的卵礫石及漂石地層以及級配較差的砂卵石地層。
4 施工工藝
4.1 結構說明
89#單壁鋼圍堰內尺寸為16.7m×13.2m（承臺尺寸16.5m×13.0m），圍堰由上下兩節拼裝組成，每節由10小塊拼裝而成，上節高3.9m，下節高6.0m。壁板采用8mm厚鋼板，上節豎楞采用【14a槽鋼，下節豎楞采用【25a槽鋼，環向主梁采用2【32b槽鋼，環向次梁采用【32b槽鋼，橫肋采用【10槽鋼，每50cm設一道;內支撐采用Φ720螺旋焊管;起吊系統采用6臺5噸卷揚機。
4.2 工藝流程
拆除鋼平臺→河床開挖→搭建兜底平臺→拼裝底節圍堰→安裝起吊系統→底節圍堰下沉→拼裝頂節圍堰→圍堰整體下沉→封底→抽水→安裝內支撐→割除鋼護筒→承臺施工。
4.3 施工方法
4.3.1 拆除鋼平臺
根據不同的圍堰形式、地質條件可以采用不同的拆除方案。
方案一：拆除全部鋼平臺，其優點是減少鋼圍堰在下沉和著床就位前渣土開挖及清渣工程量，可加快施工進度和縮短工期;缺點是承臺兩側工作鋼平臺上構部分需重新搭設，另由于鋼棧橋鋼管樁基礎埋置較淺，對鋼棧橋橫向穩定影響較大。方案二：保留承臺兩側鋼平臺，其優點是可保留承臺兩側工作鋼平臺，不需重新搭設，對鋼棧橋影響較小;缺點是鋼圍堰在下沉和著床就位前渣土開挖和清渣工程量較大，施工不確定因素較多，施工難度較大，施工進度較慢，施工時間長。
根據實際地質情況，89#拆除鋼平臺采用第二種施工方案。
4.3.2 河床開挖
河床開挖根據地質情況，主要采用長臂挖機挖掘、抓斗抓渣、空壓機吸泥進行組合施工，遇到泥巖等堅硬地質需要采用潛水員水下開挖。
在圍堰下沉前將河床開挖至設計封底底標高位置，圍堰中部位置可采用長臂挖機進行挖渣，四周距離鋼平臺較近處，受長臂挖機大臂影響，無法深入到河床，故采用抓斗進行抓渣。
4.3.3 搭設兜底平臺
利用外圍一圈直徑1800mm鋼護筒搭建底節鋼圍堰拼裝平臺，其搭建原則是在不受江水影響的情況下，盡可能地降低標高，以利于以后的鋼圍堰吊裝，按目前水位暫定拼裝平臺頂面標高為+270.53米（施工水位按+269.0米考慮）。在標高+269.5米的鋼護筒上焊接厚10mm三角板鋼板牛腿，牛腿上設置單根Ⅰ22a工字鋼作為底節鋼圍堰拼裝平臺主橫梁，在里、外排Ⅰ22a工字鋼之間鋪設分配梁[14a槽鋼，分配梁[14a槽鋼兩端鋪設厚35mm木板，作為施工人員操作平臺，從而形成底節鋼圍堰簡易拼裝平臺，簡易拼裝平臺表面平整度控制在20mm以內。
4.3.4 拼裝底節鋼圍堰
根據鋼圍堰設計圖在工作平臺上進行分節和分段加工，鋼圍堰制作總體工藝采取先進行散件下料加工，在場內按設計分節、分段、分塊制作成塊件，再將塊件運抵施工現場進行組拼。鋼圍堰利用50噸履帶吊車起吊拼裝。具體操作工序如下：
（1）各項準備工作做好以后，在拼裝平臺上按設計圖紙測量放樣出鋼圍堰刃角輪廓線。
（2）復核鋼圍堰刃腳處平臺的標高，如有不平應提前處理，確保鋼圍堰吊裝后就位準確。
（3）必須嚴格按鋼圍堰的分節段編號擺放好，運到現場后，能按次序吊裝到拼裝平臺。因鋼圍堰每塊段自重達6噸左右，而首節鋼圍堰安裝后只有刃腳處與平臺接觸，穩定性較差，所以在剛開始安裝時，應特別注意施工安全。從安全角度出發，首節安裝易從鋼圍堰轉角處開始，即最先安裝的兩塊不在同一直線上，從而形成一個直角，以提高鋼圍堰的抗傾覆能力。
（4）鋼圍堰運輸到現場后，用50噸履帶吊將鋼圍堰塊段吊裝到位，按照測量放樣對其位置進行調整，包括底腳平面位置和垂直度均調整到設計位置。
（5）第一塊鋼圍堰拼裝時，用鋼板將底角墊高2-3cm，以有利于后面鋼圍堰塊段的拼接。第一塊安裝后，吊車不松鉤，進行臨時固定：在鋼護筒側焊接臨時支撐鋼圍堰側面;以上固定措施完成后，吊車緩慢松鉤，在松鉤過程中注意觀察鋼圍堰是否變動，如有則不再松鉤，并調整到大樣位置加強固定，直到安全后，再徹底松鉤。
（6）當第一塊鋼圍堰安裝好后，吊裝相鄰塊段鋼圍堰，緩慢向第一塊靠攏，并按照測量放樣調整第二塊的位置，檢查鋼圍堰的垂直度和兩塊之間的距離，使兩塊之間的拼接處縫隙達到最佳狀況，穿好螺栓，使其形成較為穩定的結構，再將吊車緩慢松鉤。
（7）固定兩塊鋼圍堰之間的螺栓時，對于下段，施工人員可站在拼裝平臺的木板上固定;對上面部分，可通過站在自行加工的梯子掛籃上進行固定。
（8）此步驟循環進行，直到將底節10個塊段鋼圍堰全部拼裝完畢。
（9）檢查所有固定螺栓，看是否有未固定螺栓，如發現問題及時處理。 4.3.5 安裝圍堰起吊系統
施工過程中采用過兩種起吊系統。
其一：采用千斤頂起吊系統整體起吊和下沉鋼圍堰方案，其二：采用卷揚機起吊系統整體起吊和下沉鋼圍堰方案。
（1）千斤頂起吊下沉方案，圍堰下沉所需吊點設置須與圍堰底節的拼裝同步進行，圍堰下沉設4個吊點，吊點布設在圍堰底節壁板上，起吊系統基礎的布設是依靠部分護筒和原有的部分鉆孔平臺，根據現場實際需要，適當加高護筒和管樁的高度。在鋼護筒和平臺之間架設承重梁，并安裝千斤頂及精軋螺紋鋼。
（2）卷揚機懸吊系統下沉方案，鋼圍堰的提升、下放是利用6臺5噸慢速卷揚機組實現。在搭建拼裝平臺的同時，安裝鋼圍堰懸吊系統。懸吊系統是利用基樁鋼護筒作為承載支撐，每四個相鄰鋼護筒作為一組，縱橫橋向支墊兩層貝雷，然后在其上面安裝上卷揚滑車吊點，共安裝6個懸吊點。下卷揚滑車吊點安裝在相對應的鋼圍堰隔艙板位置內壁板上，標高為刃角上來2.70米位置（共6個）。懸吊系統主要有貝雷支架、型鋼、5噸卷揚機、滑輪組等組成。
89#單壁鋼圍堰采用第二種施工方案，采用6臺卷揚機進行圍堰下沉。
4.3.6 安裝導向裝置
（1）測量安裝導向架的護筒垂直度。
（2）根據護筒的垂直度，計算導向架的坡度，制作導向架。
（3）導向架主要由型鋼I22a加工而成，長度1.5米，與鋼圍堰接觸面設置硬橡膠，導向架與鋼圍堰內壁板之間間隙按50mm控制安裝。
（4）導向架安裝在四周對稱的8個鋼護筒側面，即2#、4#、6#、10#、11#、15#、17#、19#護筒。
4.3.7 底節鋼圍堰下沉
底節圍堰拼裝完成后，檢查螺栓及橡膠條無漏縫，起吊系統吊點及卷揚機正常工作后開始準備下沉。
（1）將所有懸吊系統的卷揚機同時啟動，并調整到受力大致相等，整體起吊鋼圍堰，當鋼圍堰起吊離開拼裝平臺10cm左右，應停止起吊，穩定10分鐘左右觀察，如無特殊情況，安排盡快拆除鋼圍堰兜底平臺。為減少卷揚機起吊時間，使鋼圍堰盡快入水。
（2）再次啟動所有懸吊系統的卷揚機，同步緩慢松繩，并在過程中注意觀察鋼圍堰的頂面大致水平，檢查各卷揚機的鋼繩松緊程度，防止卷揚機間用力不平衡發生事故。直到鋼圍堰入水后達到平衡不再下沉，暫停卷揚機松繩。
（3）懸吊系統適當緊繩，以防止拼頂節圍堰時底節圍堰不平衡而傾斜。
（4）測量檢查鋼圍堰的平面位置和垂直度，如偏差較大，應設法校正。如頂面不平，通過卷揚機調整重心位置使其基本平衡，最終目標是頂面高差不宜超過20cm，垂直度不超過1.0%。
（5）確保鋼圍堰下沉時6臺卷揚機均勻同步的措施：
1）鋼圍堰下放前進行詳細的技術及安全交底，讓參與施工的每一位員工心中有數;
2）設立總指揮1人，下設總調度1人，6臺卷揚機鋼絲繩的收放必須聽從總調度的統一口令，每臺卷揚機安排2人負責，1人主操作，另1人協助、觀察等;
3）6臺卷揚機安裝好后，進行一次卷揚不受力的模擬演練，做到每臺機子步調一致;
4）6臺卷揚機的型號相同，滾筒直徑、長度一致，里面纏放的鋼絲繩圈數、長度相同;
5）每臺卷揚機相對應處鋼圍堰側板上劃上刻度，每10cm一道，每50cm一道長標志，相對應的標高一致，卷揚機下放時每下50cm暫停一次，調整每臺卷揚機受力一致后再下放50cm，依次循環操作，直至下沉到位為止。
4.3.8 拼裝頂節鋼圍堰
對稱拼裝頂節鋼圍堰，同樣，所有頂節的塊段拼裝完后，認真檢查鋼圍堰的拼接縫，包括底節與頂節的水平接縫和頂節各塊段之間的豎向拼縫。在施工過程中要注意調整鋼圍堰的垂直度，也即保持鋼圍堰的整體平衡。
4.3.9 下沉整體鋼圍堰
當上下兩節鋼圍堰全部拼裝完成，檢查各項指標均滿足要求后，開始整體圍堰下沉工作。單壁鋼圍堰下沉主要依靠圍堰自重。
卷揚機組起吊能力的驗算：5噸卷揚機通過滑車組的作用，可大大提升其起吊能力。卷揚機滾筒卷繞直徑17.5mm鋼絲繩（鋼絲6×37，繩芯1;鋼絲強度1700Mpa），鋼絲繩通過上、下滑車走8線，繞出繩從動滑輪繞出，然后將上、下滑車捆綁在上、下吊點橫梁上。直徑17.5mm鋼絲繩（鋼絲6×37，繩芯1;鋼絲強度1700Mpa）理論上最大破斷拉力為189.5KN，89#單壁鋼圍堰總重量按120噸計算，6臺滑車組共同受力，平均每臺卷揚機組受力為20噸，考慮不均衡等因素，取1.5的系數，計算中平均每臺卷揚機組起吊總重量Q=20噸×1.5=30噸;通過查表、計算出繞出繩頭的拉力S為3.86噸，5噸卷揚機起吊能力滿足，鋼絲繩安全系數K1=18.95/3.86≈5（滿足要求）。
4.3.10 水下砼封底
鋼圍堰下放到位后，封底前，進行基底及圍堰壁板和鋼護筒的清理。采用空壓機將基底的浮渣及淤泥抽出圍堰外，派潛水員進行水下檢查，并用高壓水槍對封底范圍內的鋼護筒周圍及鋼圍堰內壁板進行清理，以保證封底砼的握裹力，避免抽水后，封底與鋼護筒之間形成孔洞漏水。封底混凝土底面標高為：+271.03，封底厚度1.5m。
封底是圍堰施工最重要的一步施工工藝，砼封底主要施工技術措施如下：
（1）由于鋼圍堰在水下放置時間很長，內部有大量泥砂、雜物等需要清除，否則將影響混凝土與鋼圍堰的粘接效果。
（2）混凝土配合比設計與供應：由于封底混凝土方量大，達254方，灌注時間長，其性能要求為：混凝土設計強度為水下C25;坍落度控制在20～22cm之間;流動度保持在2小時內坍落度不低于16cm;初凝時間：20～30小時，混凝土必須有良好的和易性、流動性。
（3）采用內徑Φ300mm導管，導管使用前組裝編號后進行水密承壓、接頭抗拉試驗，合格后和漏斗連接下放。
（4）封底混凝土采用導管檢球法灌注，澆筑導管按混凝土擴散半徑為4.5m進行布置2根可移動導管，按下游往上游方向順序進行灌注。
（5）封底前布置足夠數量的測量點，以全面了解圍堰內水下混凝土面的標高情況，實際封底高度較設計標高高出約15～30cm，待抽水后鑿除浮漿。
（6）封底混凝土強度達到設計要求前，圍堰不得受到沖擊、干擾和承受額外荷載，以免影響混凝土強度增長，確?；炷翉姸?、整體性和水密性。
4.3.11 抽水、焊接內支撐
砼養生強度達80%以上時，進行圍堰內抽水，隨抽水標高變化及時安設兩層鋼管內支撐。在抽水過程中隨時觀測圍堰內水位變化情況，采取相應堵漏措施，若發現較大涌水，則應停止抽水，派潛水工下水調查，查明原因后再采取針對措施，不可強行抽水，避免事態擴大。
4.3.12 割除鋼護筒
抽水結束，內支撐全部焊接完成后，開始割除鋼護筒，割除部分為封底頂以上部分，護筒割除完畢后即可以承臺施工。
5 總結
根據嘉陵江特大橋深水承臺施工，與其他圍堰形式相比，我認為單壁鋼圍堰作為深水承臺施工的一種圍堰形式具有以下優點。
（1）不受河床地形、地質的限制。
（2）充分利用鉆孔平臺就可以完成圍堰施工的全過程。
（3）加工、運輸、拼裝下沉平行作業，縮短工期。
（4）可重復利用，無材料損耗，一套單壁鋼圍堰可以周轉3～4次。
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