張 杰 何文勝

(中鐵三局二公司，河北石家莊 050031)

1 工程概況

某特大橋跨主河道采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，下部為35號(hào)～45號(hào)墩，其中35號(hào)、45號(hào)墩位于河道大壩邊，36號(hào)～44號(hào)墩位于河道，40號(hào)～42號(hào)墩之間兩孔為通航航道。

2 施工總體安排

鋼套箱采取岸邊制作、浮龍門上預(yù)拼底節(jié)，整體浮運(yùn)至墩位、下沉就位錨定后向上接高。

根據(jù)橋址處的地質(zhì)水文條件，42號(hào)墩、43號(hào)墩先搭設(shè)水中作業(yè)平臺(tái)進(jìn)行鉆孔樁施工。

施工流程為:制作套箱→覆蓋層清除→墩位處巖層渣石清除→拼組浮龍門及拼裝平臺(tái)→在平臺(tái)上拼組底節(jié)套箱→將套箱提升懸吊→拆除拼裝平臺(tái)→底節(jié)鋼套箱下水→接高第二、三節(jié)鋼套箱→鋼套箱整體下沉→底節(jié)套箱著床→水下探摸堵漏→鋼套箱上布置平臺(tái)→護(hù)筒埋設(shè)固定→封底混凝土施工。

3 水中墩施工方案

3．1 水中作業(yè)平臺(tái)

42號(hào)、43號(hào)墩施工均采用搭設(shè)鋼管樁型鋼鉆孔作業(yè)平臺(tái)施工樁基礎(chǔ)。水中作業(yè)鉆孔平臺(tái)平面尺寸為21 m×11 m。基礎(chǔ)采用φ63×6 mm鋼管樁，橫橋向間距4．6 m，順橋向間距最大為6．58 m;鋼管樁頂順橋向布置雙拼2Ⅰ45型鋼作墊梁，墊梁上橫橋向布設(shè)貝雷梁，貝雷梁上再布置Ⅰ36作為分布梁，工字鋼最大間距為1．0 m，除護(hù)筒口外，其余均鋪設(shè)木板。平臺(tái)頂面四周設(shè)1．1 m高護(hù)欄，平臺(tái)頂面標(biāo)高為33 m。

鉆孔平臺(tái)計(jì)算:

鉆機(jī)重量按30 t計(jì)，按最不利受力，此時(shí)鉆機(jī)所有重量全部集中在前橫梁上，前橫梁支撐在2根2Ⅰ36工字鋼上，取其中一根工字鋼進(jìn)行受力分析，P=15 t。

貝雷梁上按最不利橫橋向布置1臺(tái)鉆機(jī)，貝雷梁的控制彎矩按600 kN·m。

由于貝雷梁的支撐位置不是正對(duì)節(jié)點(diǎn)，所以施工中對(duì)各個(gè)支撐點(diǎn)都用2［20加強(qiáng)，2［20的截面面積遠(yuǎn)大于貝雷梁的豎桿截面面積，所以抗剪能滿足要求。

按最不利，平臺(tái)上一側(cè)同時(shí)集中兩臺(tái)鉆機(jī)鉆進(jìn)的工況考慮，下橫梁承受的最大集中荷載是300 kN，偏安全考慮，抗彎時(shí)，認(rèn)為其作用在跨中;抗剪時(shí)作用在支點(diǎn)。φ630 mm鋼管最大受力按30 t計(jì)。

3．2 鋼套箱

3．2．1 鋼套箱結(jié)構(gòu)形式

根據(jù)橋墩承臺(tái)的尺寸大小，鋼套箱設(shè)計(jì)為矩形。因鋼套箱需要拆除，鋼套箱內(nèi)部尺寸比承臺(tái)外圍尺寸每邊放大0．4 m，尺寸為10．4 m×13．6 m的6個(gè)承臺(tái)，雙壁圍堰均設(shè)計(jì)成外徑13．6 m×16．8 m的矩形;對(duì)12 m×14．4 m的1個(gè)承臺(tái)，鋼圍堰底節(jié)節(jié)高度為 4．5 m，每節(jié)質(zhì)量約 70 t。

鋼圍堰的主要材料:圍堰壁板為δ6 mm鋼板;水平環(huán)板12×180;縱向次梁(豎向)L70×70×6;水平斜撐及圍堰壁板之間的對(duì)撐L80×80×6;豎向環(huán)板20×240，設(shè)置在斜撐對(duì)應(yīng)的豎撐位置;斜向長支撐為2Ⅰ36b工字鋼，支撐連桿連桿為Ⅰ36b工字鋼;斜向長支撐端部豎向布置2Ⅰ36工字鋼，作為分配梁，頂住圍堰內(nèi)壁;水平環(huán)板圍堰頂面4 m范圍為100 cm，其余均為60 cm。

3．2．2 鋼套箱受力簡算

1)主動(dòng)土壓力計(jì)算。為了簡化計(jì)算可以采用簡化的主動(dòng)水土壓力，簡化的水土壓力比計(jì)算的水土壓力稍大些。由于圍堰下沉至河床面以下時(shí)，圍堰外側(cè)的土體實(shí)際情況被擾動(dòng)了，所以采用簡化的水土壓力是基本合理的。

2)受力計(jì)算的結(jié)果:鋼桁的最大位移為7．4 mm＜17 000/150=113 mm，而面板的局部位移為 8－7．4=0．6 mm ＜400/150=2．7 mm，滿足規(guī)范要求(GB 50017-2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范附錄A)?；炷敛糠值奈灰茷?．2＜17 000/500=34 mm，滿足規(guī)范要求(《鋼筋混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范》3．3．2 條)。

內(nèi)壁板的綜合應(yīng)力偏大，達(dá)到了166 MPa，主要是由于內(nèi)壁板用的是4 mm厚，較外壁板薄，同時(shí)，隔艙注水的壓力。所以在施工中一定要保證圍堰隔艙內(nèi)外的水位高差不能超過3．6 m。外壁板的最大綜合應(yīng)力為100 MPa，小于Q235鋼的容許應(yīng)力，是可靠的。

豎肋整體上的最大應(yīng)力為273．5 MPa，超過允許應(yīng)力，位于與大支撐支頂平面相對(duì)應(yīng)的一圈，這是由于大支撐支頂?shù)钠矫嫦鄬?duì)于其余的圍堰平面剛度明顯偏大，剛度突變，豎肋像連續(xù)梁，支撐就像支點(diǎn)，支點(diǎn)位置的應(yīng)力偏高。這一點(diǎn)從局部應(yīng)力圖上也可以看出來，是在一個(gè)很小的范圍內(nèi)?？紤]到鋼結(jié)構(gòu)局部超過允許應(yīng)力后的應(yīng)力重分布現(xiàn)象，應(yīng)力會(huì)很快的降低，所以豎肋的設(shè)計(jì)是能滿足要求的。

水平斜撐采用L63×6角鋼，局部采用L80×6角鋼加強(qiáng)。其最大應(yīng)力為210．9 MPa，位于圍堰轉(zhuǎn)角位置的水平斜撐，從局部應(yīng)力圖上可以看出超標(biāo)的范圍在水平撐相交的很小的范圍，按照鋼材的延性設(shè)計(jì)理念，局部應(yīng)力的超標(biāo)，在鋼材內(nèi)部會(huì)應(yīng)力重分布，所以局部的應(yīng)力超標(biāo)并不會(huì)影響結(jié)構(gòu)的安全?？傮w上說，水平撐的設(shè)計(jì)是安全可靠的。大斜撐及分配梁采用2Ⅰ36b工字鋼，其最大應(yīng)力為46 MPa，安全。

混凝土最大拉應(yīng)力為3．5 MPa，超過混凝土的容許拉應(yīng)力1．27 MPa，但是屬于某個(gè)點(diǎn)的急劇增大，這是應(yīng)力集中現(xiàn)象，可以不考慮。另外，井壁與封底混凝土接觸面的外側(cè)，有一塊區(qū)域最大為1．6 MPa，因?yàn)榇藚^(qū)域只是考慮了索混凝土受拉，沒有考慮圍堰壁板及豎肋的受拉，所以是偏保守的，實(shí)際的結(jié)構(gòu)受力中，混凝土的拉應(yīng)力會(huì)有很大的下降。綜上所述，混凝土受拉時(shí)是安全、可靠的。

混凝土最大壓應(yīng)力6．9 MPa，小于混凝土的容許壓應(yīng)力。

計(jì)算中考慮圍堰中的水全部抽干，此時(shí)由于圍堰井壁內(nèi)已經(jīng)澆筑井壁混凝土，同時(shí)可采取注水壓重的措施，使圍堰本身不上浮。計(jì)算中只要考慮樁基與封底混凝土的粘結(jié)力能抵抗由于水位差所形成的壓力。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)廠家以及查閱論文或者資料，樁基與封底混凝土的粘結(jié)力可以取為500 kPa～1 000 kPa。封底混凝土考慮河床底面的不平整，按2 m考慮，水深13．7 m。

浮力:13．7×16．8×13．6×10=31 301 kN。

粘結(jié)力:8×3．14×2×2×500=50 240 kN，滿足要求。

混凝土最大拉應(yīng)力為0．95 MPa，小于混凝土容許拉應(yīng)力1．27 MPa。

墩位處樁基穿過全風(fēng)化花崗巖位于中風(fēng)化花崗巖中，抗拔計(jì)算中考慮最差的地質(zhì)，極限摩阻力取為200 kPa，樁長全部按4 m計(jì)算。

抗拔力:8×3．14×2×4×200=40 192 kN ＞31 301 kN，滿足要求。

3．2．3 鋼套箱施工工藝

1)場(chǎng)地平整、鋼套箱分節(jié)加工。在岸邊灘涂上進(jìn)行場(chǎng)地平整，硬化一塊100m×100m的場(chǎng)地作為鋼套箱的加工場(chǎng)。每個(gè)套箱分三節(jié)進(jìn)行預(yù)制，每節(jié)分為10片，單片重量8 t以內(nèi)。

2)挖渣船就位、墩位處清理覆蓋層。挖渣船由8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)舟節(jié)組成，先確定墩位處承臺(tái)輪廓的水面區(qū)域，對(duì)承臺(tái)長、寬方向各擴(kuò)大2 m即為清除面積，用長臂挖掘機(jī)對(duì)河床覆蓋層進(jìn)行清除。

3)拼組浮龍門、拼裝平臺(tái)、浮吊及運(yùn)輸船。浮吊分為20 t和10 t浮吊兩種，20 t浮吊底盤由13節(jié)標(biāo)準(zhǔn)舟節(jié)組成，10 t浮吊底盤由10節(jié)標(biāo)準(zhǔn)舟節(jié)組成;器材進(jìn)場(chǎng)后，先拼裝浮吊。運(yùn)輸船由4節(jié)標(biāo)準(zhǔn)舟節(jié)組成兩條舟體，將兩條舟體拉開2．7 m空檔。通過3片8．1 m公路橋面連接成整體。浮龍門拼組完成后，在浮龍門空擋處安放5組雙榀貝雷梁，貝雷梁上面用型鋼鋪設(shè)，組成鋼套箱底節(jié)拼裝平臺(tái)。

4)底節(jié)圍堰拼裝及下水。鋼套箱按施工設(shè)計(jì)圖紙?jiān)诎哆叴a頭上加工單元，利用浮吊將各單元吊裝到拼裝平臺(tái)上進(jìn)行鋼套箱拼組。底節(jié)拼組完成后，鎖定焊接，全面仔細(xì)檢查各焊縫有無氣孔、夾碴、漏焊等處，并進(jìn)行水密試驗(yàn)。確認(rèn)焊接良好并不漏水。經(jīng)檢查驗(yàn)收合格后用機(jī)動(dòng)舟將浮龍門推至墩位處錨定，利用安裝在浮龍門浮吊將第一節(jié)套箱吊起，拆除拼裝平臺(tái)，緩慢下沉底節(jié)鋼套箱。

5)鋼套箱接高。運(yùn)輸船運(yùn)輸?shù)诙?jié)套箱單元壁板至墩位處，用浮吊吊裝單元壁板在底節(jié)套箱上拼裝接高。為確保第二節(jié)單元的穩(wěn)定性，需要在底節(jié)內(nèi)外壁板上各焊接一根18號(hào)槽鋼進(jìn)行限位，每個(gè)單元均設(shè)置一組，露出長度按1．5 m控制。吊裝接高時(shí)，對(duì)稱拼裝，隨時(shí)調(diào)整，待全部點(diǎn)焊成型后，方可全面焊接。拼接施焊中，先焊環(huán)板，后焊內(nèi)壁，再焊外壁，并按對(duì)稱施焊要求進(jìn)行。為保證內(nèi)、外壁垂直焊透，以碳弧氣刨使內(nèi)外壁封底焊完全見白，然后內(nèi)外壁焊縫再焊兩遍。

6)鋼套箱著床及下沉。鋼套箱每接高一節(jié)即均勻灌水下沉，預(yù)留一定的干弦高度，以便接高下一節(jié)時(shí)的對(duì)接施焊作業(yè)。當(dāng)套箱焊接完畢后，對(duì)套箱隔艙內(nèi)灌水同步下沉并糾偏，當(dāng)距河床標(biāo)高50 cm左右時(shí)即停止灌水下沉，用全站儀定位。

7)刃腳支墊及封堵。刃腳下到標(biāo)高后，下潛水員用2 cm的鋼板焊成楔形盒子支墊鋼圍堰刃腳，以確保鋼圍堰的穩(wěn)定，為保證封底混凝土的可靠性，用袋裝水泥封堵圍堰內(nèi)刃腳。

8)搭設(shè)平臺(tái)、安放護(hù)筒。支墊完畢后，在鋼套箱頂部搭設(shè)平臺(tái)并預(yù)留鉆孔樁樁位，將護(hù)筒從預(yù)留孔下放至河床上并與平臺(tái)連接在一起，待護(hù)筒全部沉放固定完畢后，即可進(jìn)行封底工作。

9)水下混凝土封底?；炷凉嘧⒉捎么怪睂?dǎo)管水下灌注，根據(jù)混凝土的流動(dòng)半徑，在圍堰平臺(tái)上布設(shè)導(dǎo)管，準(zhǔn)備就緒后進(jìn)行封底混凝土作業(yè)，混凝土由陸地上拌合站供應(yīng)，通過輪渡運(yùn)輸?shù)蕉瘴惶帯?/p>

4 結(jié)語

通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工檢驗(yàn)，水中墩鋼圍堰施工技術(shù)成熟，能夠滿足安全要求、保證質(zhì)量。

［1］趙景方．深水鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)與施工［J］．山西建筑，2013，39(10):169-170．