陸衛(wèi)平

摘要： 針對河床沖刷嚴重，巖體傾斜，裸露無覆蓋層，不能進行水下爆破等特殊情況，創(chuàng)造性地提出了異形鋼圍堰的新技術(shù)，并對異形雙壁鋼圍的混凝土封底技術(shù)及施工工藝進行了研究，對施工中出現(xiàn)的一些問題提出了解決方案。成功地在不進行水下爆破的情況下完成水中承臺的澆筑施工，以期能夠為相似工程的建設(shè)提供借鑒。

Abstract： Aiming at the serious erosion of the riverbed， rock slope， bare and non covered， no underwater blasting and other special circumstances， creatively put forward the new technology of special-shaped steel cofferdam， study the concrete sealing techniques of the special-shaped double wall steel cofferdam and the construction technologies， and propose the solution to solve some problems in the construction. In order to provide references for the construction of similar projects， the pouring construction of pile caps in water is successfully completed without the underwater blasting.

關(guān)鍵詞： 無覆蓋層河床；深水基礎(chǔ)；異形雙壁鋼圍堰；封底；施工技術(shù)

Key words： intectate riverbed；deep foundation；deformed double wall steel cofferdam；sealing；construction technology

中圖分類號：TU753.62 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）03-0122-03

0 引言

雙壁鋼圍堰不僅是承臺施工擋水結(jié)構(gòu)，常常也作為鉆孔平臺的支撐結(jié)構(gòu)，因其整體穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)承受水頭壓力、水流沖擊力及施工機具、支架所產(chǎn)生豎向力的能力較強，具有其它圍堰結(jié)構(gòu)無法比擬優(yōu)點，目前廣泛應(yīng)用于大型橋梁深水基礎(chǔ)的施工中。

在通常的地質(zhì)及施工條件下，雙壁鋼圍堰制作、下沉著床及封底等技術(shù)已是非常成熟。但對于河床無覆蓋層，基巖堅硬，且因周邊條件限制無法進行水下爆破清基的情況下，無法按常規(guī)施工方法進行雙壁鋼圍堰的制作、下沉著床及封底等施工。本項目通過*****大橋工程深水承臺的施工實踐，探索與研究了在水深11m，基巖裸露且不能進行水下爆破的施工條件下，采用異形雙壁鋼圍堰進行承臺施工的新技術(shù)。文中詳細描述了異形雙壁鋼圍堰的施工技術(shù)和方法，以及在施工中所遇到的技術(shù)難題的解決及處理技術(shù)措施，希望給在類似橋梁工程的建設(shè)者提供一些思路與啟示。

1 工程概況

******鐵路大橋橋型布置為3×32m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁+（55+100+55m）預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)（主橋）+2×32m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋。其5號主墩位于深水中，采用鉆孔樁基礎(chǔ)，墩身為雙薄壁柔性墩，下段為矩形實心截面，上段為矩形空心截面。

5號墩采用矩形低樁承臺的形式，承臺尺寸為12.2m×10.3m×4m，承臺嵌入基巖內(nèi)，基礎(chǔ)為8根樁徑2.0m的鉆孔灌注樁，樁長為12m。

橋位區(qū)屬于河流侵蝕河谷地貌，河谷呈V字形，兩岸階地多被第四系地層覆蓋。為弱-中風花崗巖，中厚-巨厚層狀構(gòu)造，巖石堅硬，裂隙稍發(fā)育，多閉合。5號主墩為深水墩，墩位處河床無覆蓋層，基巖裸露，河床面傾斜，起伏較大，承臺范圍內(nèi)河床沿橋縱向高差3.8m，沿橋橫向高差5.5m。

2 深水裸露斜巖雙壁鋼圍堰施工技術(shù)創(chuàng)新

5號墩位于河流深水中，施工期間常水位深約為11m。河床無覆蓋，基巖裸露，巖性堅硬。橋墩承臺嵌入基巖達4m左右，如果承臺施工采用常規(guī)形式的雙壁鋼圍堰，則需對基坑進行大面積水下爆破及基底清碴。但基巖為花崗石硬巖，且構(gòu)造復(fù)雜，承臺基坑的爆破及清渣施工難度高，工程量大，工期長。

此外，距本橋15m的上游處為既有鐵路橋梁。鐵路運營繁忙，進行水下爆破施工時對既有橋梁基礎(chǔ)及鐵路的安全運營造成影響，在不能采取確保既有橋梁基礎(chǔ)及鐵路安全運營有效措施的情況下，鐵路部門不允許進行水下爆破施工。

因此本項目在不能進行水下爆破的前提下，開展了橋梁深水基礎(chǔ)雙壁鋼圍堰施工的技術(shù)及工藝創(chuàng)新，以減少基底整平清碴量。在鋼圍堰的結(jié)構(gòu)設(shè)計方面突破了常規(guī)堰壁等高的結(jié)構(gòu)形式，采用堰壁不等高，順應(yīng)地形變化的異形雙壁鋼圍堰的新結(jié)構(gòu)。突破了常規(guī)的雙壁鋼圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計理念，進行了技術(shù)創(chuàng)新。

3 深水斜巖基礎(chǔ)異形雙壁鋼圍堰設(shè)計及施工

3.1 異形雙壁鋼圍堰設(shè)計

3.1.1 總體設(shè)計方案

因5號墩的承臺結(jié)構(gòu)尺寸較大，橋墩處施工水深為11m左右，根據(jù)地質(zhì)情況及不同類型圍堰的適用情況，決定5號墩承臺施工采用矩形雙壁鋼圍堰。雙壁鋼圍堰頂面設(shè)計標高為268.50m，比施工期最高洪水位高267.37m高1.13m，圍堰壁厚為1.0m，平面外緣尺寸為18.2×16.3m。鋼圍堰底部設(shè)高120cm的開口刃角，底部用L160×100×12角鋼包腳。異形雙壁鋼圍堰平面布置如圖1所示。

河床不僅傾斜，且各處參差不齊，異形鋼圍堰也難以齒合如此復(fù)雜的地形。為此在設(shè)計鋼圍堰各側(cè)面結(jié)構(gòu)的尺寸前，采用沖擊錘沿鋼圍堰著床處沖鑿一條寬1.5m的石槽，使原本參差不齊的巖面形成相對平順、規(guī)則的基面，然后對鑿出的石槽標高進行測量，作為底節(jié)鋼圍堰刃角形狀及標高的設(shè)計依據(jù)，雙壁鋼圍堰順橋向橫斷面布置如圖2所示。

3.1.2 鋼圍堰壁體

雙壁鋼圍堰的內(nèi)外壁均為δ6mm鋼板制成，豎向加勁肋采用[10號槽鋼，按間距80cm布設(shè)。內(nèi)外壁之間水平支撐采用L75×6mm角鋼鋼性聯(lián)結(jié)，按間距1m布設(shè)，圍堰底部設(shè)高120cm開口刃腳，底部用L160×100×12角鋼包腳。

3.1.3 內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)

圍堰內(nèi)設(shè)置2層水平內(nèi)支撐，支撐順橋縱向設(shè)置。每層對撐為2根，采用？準630×10mm圓管。四角設(shè)水平角撐，采用[10號槽鋼。

3.1.4 連接法蘭

分塊的鋼圍堰采用螺栓連接，其法蘭使用180×10mm鋼板制成，螺栓孔為30×25mm橢圓形，配置？準20×70普通螺栓，法蘭間設(shè)置厚10mm的止水橡膠條。

3.1.5 吊掛系統(tǒng)

本標項目的吊掛系統(tǒng)以水上施工平臺為承重主體，在施工平臺上設(shè)置2條承重梁，鋼圍堰懸掛在承重梁上，吊掛系統(tǒng)需承受異形鋼圍堰的全部重量。吊掛系統(tǒng)的承重梁為2片貝雷桁架拼接而成，吊桿采用Ф32精軋螺紋鋼，吊掛系統(tǒng)如圖3所示。

3.1.6 導向定位系統(tǒng)

鋼圍堰為橋梁水中墩基礎(chǔ)施工時擋水及施工平臺的構(gòu)筑物，其著床定位的準確性對橋墩承臺的位置是否準確存在直接影響，因本項目鋼圍堰不能切入河床基低，其穩(wěn)定性較差。為此，在鉆孔樁護筒上設(shè)置定位器及在鋼圍堰上設(shè)置導軌，定位器與鋼護筒焊接牢固，導軌與鋼圍堰內(nèi)壁焊接牢固。當圍堰下沉時，水平位置受到定位器及導軌的引導及限制，不會產(chǎn)生太大偏差，圍堰下沉到位后僅經(jīng)簡單調(diào)整即可，使得下沉著床對鋼圍堰的監(jiān)控量測及調(diào)整工作量大幅減少，加快了施工進度。經(jīng)最終著床后測量，鋼圍堰沿橋縱向偏位7.5cm，沿橋橫向偏位6.0cm，中心扭曲角度0.125°。滿足規(guī)范及設(shè)計要求。

3.2 異形雙壁鋼圍堰施工關(guān)鍵技術(shù)

3.2.1 雙壁鋼圍堰的加工

鋼圍堰在項目部的鋼結(jié)構(gòu)加工廠內(nèi)進行加工，按在平面內(nèi)分塊（每個側(cè)面分4塊，每塊長度控制在6m內(nèi)）、立面內(nèi)分段（分2段，上段長度為4.5m，余下部分為另一段）的辦法進行加工。分塊單重控制在8t內(nèi)，鋼圍堰整個結(jié)構(gòu)采用電焊連接，要求密不透水。

鋼圍堰的加工精度、焊接質(zhì)量要滿足規(guī)范及設(shè)計要求，對內(nèi)外側(cè)壁的對焊接縫進行煤油滲透試驗，對滲漏處進行補焊。

鋼圍堰各單元在鋼結(jié)構(gòu)加工廠制作完成后，用船運至主墩旁，由50t吊船逐塊吊放在鋼圍堰組拼平臺上。

3.2.2 雙壁鋼圍堰的拼裝下沉

①底節(jié)鋼圍堰拼裝。

在5號墩旁的施工平臺進行雙壁鋼圍堰底節(jié)拼裝，根據(jù)施工需要對平臺進行了加寬及加固。在平臺上測放出各單元塊的輪廓位置，搭設(shè)臨時支腿，每個單位塊設(shè)置兩處支腿，共設(shè)置32處。支腿頂部高度標高與異形鋼圍堰尺寸相對應(yīng)，采用25T汽吊居中進行吊拼，在吊拼最后一塊之前，汽吊移至圍堰外側(cè)再進行作業(yè)。因底節(jié)圍堰各處高度不同，在吊裝時極易發(fā)生變形扭曲，采用[10槽鋼設(shè)置了多道臨時內(nèi)撐及角撐進行加固。

②底節(jié)鋼圍堰吊移至墩位。

采用2臺50t汽吊及一臺25t浮吊同時進行吊裝入水。3臺吊車同時吊起底節(jié)鋼圍堰后，將32個臨時支腿切割清除，然后3臺吊機同步向墩位方向移動5m后，用枕木設(shè)立臨時支墩，浮吊持續(xù)用力，兩臺汽吊脫鉤，鋼圍堰下放至臨時支墩上，兩臺汽吊前移5m，重新吊起底節(jié)鋼圍堰向橋位處移動，往復(fù)幾次，直至底節(jié)鋼圍堰吊移至墩位處。

③鋼圍堰接高與下沉。

在鋼護筒及平臺支承樁上焊接牛腿，在牛腿上橫穿I36b工字鋼橫梁作為支撐底節(jié)鋼圍堰的平臺，在平臺上進行上節(jié)鋼圍堰的吊裝與焊接施工。

圍堰下沉著床施工安排在水流較緩時期進行，并在施工前對河床沖槽進行一次全面清理與測量，采取鑿除及加墊片石等措施處理與預(yù)計不符之處。鋼圍堰接高完工后，利用吊掛系統(tǒng)將鋼圍堰吊起少許，使圍堰底部與橫梁脫離后，將橫梁、牛腿及其它影響鋼圍堰下水的結(jié)構(gòu)全部切除。再對鋼圍堰、吊掛系統(tǒng)、定位系統(tǒng)及機械設(shè)備情況進行全面檢查且合格后，各吊點的吊桿同時均勻緩慢放松，使圍堰下沉，在下沉過程中對鋼圍堰空間位置進行監(jiān)測，偏位值超過要求則及時進行調(diào)整。

當鋼圍堰下沉至距基巖面約30cm時停止下沉，對鋼圍堰的空間位置參數(shù)進行精確測量，調(diào)整及糾正不符合設(shè)計要求之處。確定鋼圍堰位置準確后，用高壓水槍沖洗干凈沖槽，并在沖槽內(nèi)放置寬50cm的橡膠止水帶，再將鋼圍堰緩慢下沉，當鋼圍堰的刃角觸碰到巖面后，立即停止下沉，再進行位置確認無誤后，完全松開吊桿，使鋼圍堰穩(wěn)固在支承在巖面上。

④鋼圍堰懸空部分的處理措施。

因靠河流中心側(cè)巖面標高突降，使得基巖各處高差過大，難以進行處理，鋼圍堰難以完全順應(yīng)地形，在鋼圍堰著床后，在靠河流中心側(cè)部分刃腳為懸空狀態(tài)。其處理措施如圖2所示。

3.2.3 封底設(shè)計及施工

因5號墩鋼圍堰內(nèi)為傾斜巖面，圍堰中間和巖體需鑿除以便修筑承臺，故不能照搬常規(guī)鋼圍堰的全基坑等厚度混凝土封底。本項目創(chuàng)造性地采用了條狀封底，即沿承臺外緣至鋼圍堰間澆筑一條狀混凝土封底。即在處理完畢鋼圍堰懸空部分后，用袋裝砂礫沿承臺邊緣線堆碼形成矩形圍堰（袋裝砂礫圍堰外緣與承臺外緣平齊，其頂面高度不能低于標高262.20m，以確保澆筑的封底最小厚度滿足設(shè)計要求），然后在袋裝砂礫圍堰與鋼圍堰內(nèi)壁間澆筑水下混凝土，形成條狀封底，條狀封底的寬度為2.0m，最少厚度不得小于2.0m。

鋼圍堰的混凝土封底不僅要起到止水作用，還要在鋼圍堰抽水后承受巨大的水頭壓力，因此封底的安全可靠性對承臺施工時的人員安全起到關(guān)鍵性的作用。經(jīng)對條狀封底進行結(jié)構(gòu)安全驗算，在理想計算條件下承載能夠滿足要求，但考慮到為水下施工，存在諸多影響施工質(zhì)量的因素，很難達到驗算所假設(shè)的質(zhì)量狀態(tài)。為了確保安全，本項目在條狀封底中部按間距為2m設(shè)置鉆孔灌注抗拔樁與封底共同抗浮。樁身直徑為60cm，嵌巖深度為3m，在抗拔樁鋼護筒內(nèi)外側(cè)焊接一定數(shù)量放射狀鋼筋，以使抗拔樁與封底混凝土聯(lián)結(jié)成牢固的抗浮整體。

3.2.4 承臺施工

封底完成，且混凝土達到設(shè)計強度后，進行堰內(nèi)抽水，鋼圍堰內(nèi)支撐隨著水位的下降，及時施工。等圍堰內(nèi)水排干后，采用風鎬進行承臺基坑巖石鑿除?；咏?jīng)檢查合格后澆筑承臺混凝土。

4 結(jié)束語

本項目針對深水基礎(chǔ)中巖面傾斜、基巖堅硬、巖體裸露、不能進行水下爆破清基的特殊受限施工條件下，創(chuàng)新出使用異形鋼圍堰的施工方案。并對其封底進行研究與分析，對封底抗浮能力較差的問題，提出了設(shè)置抗拔樁共同抗浮的解決方案。上述方案的實施非常成功，安全順利地完成承臺的澆筑施工，達到了預(yù)期的效果。

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