王巖松

（中鐵十七局集團(tuán)第六工程有限公司 福建福州 350014）

1 引言

隨著我國(guó)交通建設(shè)的發(fā)展，鐵路、公路和市政工程橋梁建設(shè)的日益增多，線路跨越大江大河也越來(lái)越多，雙壁鋼圍堰作為一種重要的橋梁深水基礎(chǔ)施工裝備也得到廣泛的應(yīng)用［1－2］。由于雙壁鋼圍堰重量大、拼裝、下水、拆除風(fēng)險(xiǎn)高，施工控制要求高。其施工的可靠性和經(jīng)濟(jì)性也直接關(guān)系到橋梁基礎(chǔ)施工的成本和進(jìn)度，決定了橋梁施工工期。本文以新建南昌至贛州鐵路客運(yùn)專(zhuān)線（后簡(jiǎn)稱“昌贛鐵路”）吉水贛江特大橋工程為依托，參考類(lèi)似深水基礎(chǔ)施工經(jīng)驗(yàn)［3］，通過(guò)水中設(shè)置專(zhuān)門(mén)的雙壁鋼圍堰下放升降平臺(tái)，優(yōu)化圍堰結(jié)構(gòu)，設(shè)置豎向、水平隔艙板，形成空腔結(jié)構(gòu)自浮拆除，成功解決了雙壁鋼圍堰的下水和拆除難題。

2 工程概況及施工難點(diǎn)

2.1 工程概況

昌贛鐵路吉水贛江特大橋位于江西省吉水縣吉泰盆地，贛江中下游，全長(zhǎng)1 521.3 m。橋梁于醪橋、金灘兩鎮(zhèn)位置跨越贛江，橋址所處水深為5.6～14.5 m，跨越處河道寬約723 m，河道與橋梁線路夾角為88°，贛江通航等級(jí)為Ⅲ級(jí)航道，工程為昌贛鐵路全線的重難點(diǎn)和控制性工程。

（1）橋梁結(jié)構(gòu)形式

吉水贛江特大橋主橋通航孔采用（75＋3×125＋75）m連續(xù)梁跨越贛江主河槽，橋梁主墩基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁加承臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式。1?！?＃主墩位于河道主航道內(nèi)，主墩基礎(chǔ)采用12根φ2.2 m樁基，樁長(zhǎng)43.5～55 m，承臺(tái)尺寸為21 m ×15.2 m ×4.5 m，承臺(tái)施工采用雙壁鋼圍堰施工。

（2）氣象水文情況

吉水縣城區(qū)地處江西省中部，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)。贛江中上游吉水段受季風(fēng)影響，水域無(wú)枯水期。每年4～9月為汛期，降水量約占全年的72%，贛江徑流年內(nèi)分配主要集中在主汛期4～6月，此時(shí)期徑流量占全年的49.6%。汛期受降水影響，河床流速通常達(dá)1.2 m/s，最大達(dá)2.3 m/s。本區(qū)域降雨的顯著特征為汛期降雨量大且雨量集中。其他月份也會(huì)小概率發(fā)生暴雨。

（3）地質(zhì)條件

河床覆蓋層為細(xì)沙、礫沙、細(xì)圓礫土等砂土地層，覆蓋層為0.5～14.2 m不等，覆蓋層不均。

根據(jù)地質(zhì)勘察揭示，橋址范圍內(nèi)地質(zhì)條件較為復(fù)雜，1?！?＃墩地質(zhì)從上至下為細(xì)沙、細(xì)圓礫土、石英沙巖，3?！?＃墩地質(zhì)由上至下分別為細(xì)沙層、礫砂層、細(xì)圓礫土層、泥質(zhì)砂巖；3＃河床起伏較大，剩余橋墩河床較為平坦。

2.2 施工難點(diǎn)

橋址河岸一側(cè)毗鄰縣道，一側(cè)山丘地貌，傳統(tǒng)圍堰拼裝場(chǎng)地受限?？紤]施工區(qū)域處于贛江主航道，在施工過(guò)程中不應(yīng)對(duì)航道運(yùn)輸造成過(guò)大的影響。雙壁鋼圍堰施工體積大，受水流影響大，圍堰拼裝、下水、浮運(yùn)及定位接高，岸上拼裝不具備條件。

雙壁鋼圍堰進(jìn)行基礎(chǔ)施工，施工完成后為減少行洪及通航影響應(yīng)及時(shí)拆除圍堰，常規(guī)拆除通常需要大量的水下切割，切割時(shí)間長(zhǎng)、難度大且切割成本高［4－5］。

因此，結(jié)合昌贛鐵路吉水贛江特大橋現(xiàn)場(chǎng)條件，和采用傳統(tǒng)的滑道方式無(wú)法實(shí)施的難題［6］，通過(guò)設(shè)計(jì)的水中下放專(zhuān)用升降平臺(tái)，解決了圍堰下放難題。針對(duì)圍堰拆除中難題，設(shè)計(jì)了自浮拆除式圍堰結(jié)構(gòu)，減少了航道占用時(shí)間，節(jié)約了成本。

3 自浮拆除式雙壁鋼圍堰及其升降平臺(tái)的設(shè)計(jì)

3.1 圍堰升降平臺(tái)設(shè)計(jì)

根據(jù)重量及尺寸，升降平臺(tái)采用拼裝貝雷片作為平臺(tái)承重梁。雙壁鋼圍堰的拼裝平臺(tái)由3 m×1.5 m的貝雷片拼裝成平臺(tái)主梁和分配梁，并在上鋪設(shè)花紋板形成作業(yè)平臺(tái)。

平臺(tái)基礎(chǔ)采用鋼管樁，基礎(chǔ)共設(shè)6處立柱支點(diǎn)，“曰”字形布置。每處立柱支撐共有4根φ529 mm的鋼管樁，正方形布置形式，每處立柱支撐鋼管樁上部采用工字鋼橫梁，頂部搭設(shè)千斤頂作為升降裝置，見(jiàn)圖1。

圖1 升降平臺(tái)上鋼圍堰拼裝

貝雷主梁伸入立柱支撐內(nèi)，與升降裝置的精軋鋼吊頂連接；升降平臺(tái)四角處吊點(diǎn)的采用2根φ32 mm的精軋鋼，中間處吊頂?shù)牟捎?根φ32 mm的精軋鋼，并配合千斤頂?shù)捻斖七M(jìn)行升降平臺(tái)的上升與下放。設(shè)計(jì)的升降平臺(tái)獲得了國(guó)家專(zhuān)利（專(zhuān)利號(hào)：ZL201920072665.1）［7］。

3.2 自浮拆除式雙壁鋼圍堰設(shè)計(jì)

（1）雙壁鋼圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)承臺(tái)尺寸和水深，雙壁鋼圍堰設(shè)計(jì)采用圓環(huán)形結(jié)構(gòu)［8］，多層鋼圍堰環(huán)疊合逐層接高結(jié)構(gòu)形式。鋼圍堰結(jié)構(gòu)環(huán)由內(nèi)壁板、外壁板組成，之間設(shè)置豎向隔板、水平艙板、內(nèi)環(huán)板、外環(huán)板、內(nèi)壁肋、外壁肋、斜撐、切割線鋼筋等構(gòu)件，環(huán)結(jié)構(gòu)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)塊見(jiàn)圖2。水平隔艙板設(shè)置在封底混凝土標(biāo)高以上1.5 m位置，并在水平隔艙板下50 cm設(shè)置標(biāo)示鋼筋標(biāo)明內(nèi)外壁切割位置。施工完成后，沿環(huán)向?qū)?nèi)外壁切割為上下兩部分，使結(jié)構(gòu)構(gòu)成一個(gè)以水平隔艙板為底，上端敞開(kāi)的空艙環(huán)形槽。設(shè)計(jì)的自浮拆除式雙壁鋼圍堰，獲得了國(guó)家專(zhuān)利（專(zhuān)利號(hào)：ZL201610375752.5）［9］。

圖2 自浮拆除式雙壁鋼圍堰標(biāo)準(zhǔn)塊示意

（2）導(dǎo)向裝置設(shè)計(jì)

雙壁鋼圍堰上浮導(dǎo)向采用四周設(shè)置4根φ630 mm鋼管樁限位，下游的兩根鋼管樁頂部設(shè)置卷?yè)P(yáng)機(jī)和鋼索。采用鋼索圍圍堰一周，與上游沉入河床的混凝土錨碇相連接，以卷?yè)P(yáng)機(jī)和鋼索拉住鋼管樁頂，防止鋼圍堰自浮后，拆除過(guò)程中移動(dòng)，見(jiàn)圖3。打設(shè)鋼管樁前，將管樁部位的外壁先行切割，切割位置見(jiàn)圖4。

圖3 拆除導(dǎo)向裝置示意

圖4 切割線部位

4 工程應(yīng)用

4.1 雙壁鋼圍堰升降平臺(tái)施工技術(shù)

（1）升降平臺(tái)搭設(shè)

升降平臺(tái)設(shè)置在橋梁上游位置，平臺(tái)位置水深不低于5 m。采用浮吊打設(shè)立柱處4根鋼管樁，鋼管樁之間用連接系連接，以連接系作為臨時(shí)支撐吊裝貝雷片，并組裝升降裝置的精軋鋼連接貝雷片后，拆除臨時(shí)連接系，形成升降平臺(tái)。

（2）底節(jié)鋼圍堰下水

平臺(tái)上進(jìn)行鋼圍堰底節(jié)拼裝，底節(jié)鋼圍堰拼裝成環(huán)后，對(duì)焊縫進(jìn)行檢查。為保證焊縫質(zhì)量進(jìn)行煤油滲透試驗(yàn)，合格后進(jìn)行下放。鋼圍堰下放前，測(cè)量河床標(biāo)高、水深、水流速度等條件，滿足要求后，方可下放。

首節(jié)下放過(guò)程中，各支點(diǎn)處千斤頂下放行程必須同步，下放行程應(yīng)勻速，且每次下放長(zhǎng)度不超過(guò)10 cm。鋼圍堰下放后，采用鋼絲繩將鋼圍堰緩慢由下游側(cè)移出。

鋼圍堰的浮運(yùn)采用機(jī)動(dòng)舟及駁船推進(jìn)的方式進(jìn)行［10］，后端由機(jī)動(dòng)舟進(jìn)行逐步頂推，兩側(cè)用兩艘駁船牽引至墩位處。

（3）鋼圍堰接高

鋼圍堰接高前，在圍堰頂面確定出一個(gè)測(cè)量基準(zhǔn)面及中心點(diǎn)，為保證圍堰接高過(guò)程中的垂直度，對(duì)圍堰進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)［11］。然后向圍堰隔艙內(nèi)逐步注水下沉，注水應(yīng)對(duì)稱進(jìn)行，保證圍堰下沉?xí)r的垂直度。接高拼裝由兩臺(tái)浮吊對(duì)稱拼裝，見(jiàn)圖5。吊裝接高時(shí)，要隨裝隨調(diào)，先全部點(diǎn)焊固定后，方可全面焊接。接高和注水過(guò)程中，應(yīng)保證水下節(jié)段圍堰水上外露高度不低于2 m。

圖5 鋼圍堰接高

（4）鋼圍堰下沉著床

鋼圍堰接高注水下沉至最后一節(jié)段，鋼圍堰下沉著床前，采用浮箱上設(shè)置的倒鏈系統(tǒng)調(diào)整至設(shè)計(jì)位置［12］，精確定位后，快速注水使圍堰著床。

4.2 自浮雙壁鋼圍堰的拆除

圍堰拆除的主要工藝流程為：導(dǎo)向裝置打設(shè)、連接→圍堰內(nèi)抽水→內(nèi)壁局部切割→圍堰內(nèi)注水→內(nèi)外壁切割線水下切割→自浮艙內(nèi)抽水、圍堰自浮→圍堰分層切割、運(yùn)輸→底節(jié)圍堰固定、切割運(yùn)輸。

對(duì)鋼管樁對(duì)應(yīng)的部位的切割線進(jìn)行提前切割，切割50 cm的切割線，并采用膠質(zhì)材料進(jìn)行封堵，避免內(nèi)壁切割線切割時(shí)漏水。

（1）圍堰內(nèi)抽水、切割內(nèi)壁切割線

雙壁鋼圍堰艙內(nèi)的積水進(jìn)行抽離，將雙壁鋼圍堰的內(nèi)壁的切割作業(yè)轉(zhuǎn)換成常規(guī)切割，減少水下切割量及降低施工難度。切割采用分段同步切割，即割一段留一段，不一次性環(huán)向切割，設(shè)計(jì)分為16段，環(huán)向平均分布。當(dāng)出現(xiàn)圍堰內(nèi)積水抽不凈情況時(shí)，不能轉(zhuǎn)換為常規(guī)切割，采取水下切割進(jìn)行內(nèi)壁切割作業(yè)。

（2）圍堰內(nèi)注水，切割外壁切割線

雙壁鋼圍堰內(nèi)及艙內(nèi)注水，達(dá)到外壁壓強(qiáng)相同時(shí)進(jìn)行環(huán)向內(nèi)、外壁水下切割。采取的切割順序見(jiàn)圖6，將圍堰平均分成16個(gè)節(jié)段，第一次切割8段，第二次切割上下游的4段，第三次切割順?biāo)鞣较虻?段，以此保證圍堰切割過(guò)程中的穩(wěn)定。

圖6 分段切割線切割順序

（3）艙內(nèi)抽水整體上浮

內(nèi)外壁切割完成后，自浮隔艙板以上為單獨(dú)的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行艙內(nèi)抽水作業(yè)，使雙壁鋼圍堰整體上浮。雙壁鋼圍堰水上切割工序?yàn)椋号搩?nèi)抽水自浮→停止抽水并焊接鋼管樁→分塊進(jìn)行切割運(yùn)輸→切割鋼管樁焊接部位→重復(fù)以上步驟。

艙內(nèi)抽水自浮上浮的高度控制為3～4 m，待上浮到指定高度后，抽水泵停止抽水，外壁與鋼管樁進(jìn)行焊接。雙壁鋼圍堰切割整體設(shè)計(jì)為同步分塊切割，對(duì)稱進(jìn)行切割作業(yè)。切割成小塊后，通過(guò)人工配合卷?yè)P(yáng)機(jī)及棧橋上的吊車(chē)進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)、運(yùn)輸。

（4）底節(jié)圍堰拆除

雙壁鋼圍堰底節(jié)2～3 m的高度，通過(guò)在墩上設(shè)置抱箍及拉索、棧橋上設(shè)置拉索、焊接鋼管樁以及浮吊的懸吊等措施確保底節(jié)圍堰拆除時(shí)的穩(wěn)定性。墩上抱箍采用 18a的槽鋼進(jìn)行加工，并設(shè)置于墩上變截面處，抱箍在橫橋向兩側(cè)各設(shè)置3個(gè)吊點(diǎn)，共6個(gè)吊點(diǎn)；于順橋向處各設(shè)置1處吊點(diǎn)，共2個(gè)吊點(diǎn)，合計(jì)8個(gè)吊點(diǎn)。

底節(jié)圍堰切割順序?yàn)椋呵懈钕掠沃虚g節(jié)塊，兩側(cè)同步切割，切割至鋼管樁焊接節(jié)塊時(shí)停止切割。最后切割兩鋼管樁之間的節(jié)塊，見(jiàn)圖7，切割順序?yàn)棰佟凇邸?/p>

圖7 底節(jié)圍堰切割順序

5 結(jié)束語(yǔ)

由于場(chǎng)地限制，雙壁鋼圍堰下水利用升降平臺(tái)施工，采用鋼管搭設(shè)立柱支撐，由貝雷梁拼裝上部平臺(tái)，精軋鋼配合千斤頂下放圍堰。整個(gè)升降平臺(tái)搭設(shè)簡(jiǎn)單，施工難度低，下放過(guò)程操作簡(jiǎn)單易行。雙壁鋼圍堰通過(guò)優(yōu)化圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，圍堰整體上浮拆除，可減少80%的水下切割量，這減少了切割時(shí)間，降低了水下作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，確保了施工人員的安全性，降低了施工成本。設(shè)計(jì)的自浮拆除式雙壁鋼圍堰及其升降平臺(tái)在昌贛鐵路吉水贛江特大橋得到成功應(yīng)用，這為以后類(lèi)似工程的雙壁鋼圍堰設(shè)計(jì)、施工提供經(jīng)驗(yàn)。