陳 斌

（中鐵十九局集團第二工程有限公司，遼寧遼陽 111000）

0 引言

建設(shè)工程水下結(jié)構(gòu)施工通常需要輔助措施才能施作，圍堰是一種廣泛應(yīng)用的有效方式。對于深水區(qū)作業(yè)，雙壁鋼圍堰強度高、剛度大，能適應(yīng)各種構(gòu)造形式、復(fù)雜環(huán)境及地質(zhì)條件，又可兼做承重施工機具、工作平臺的結(jié)構(gòu)等，是最常用的施工方式[1-2]。鋼圍堰屬于施工臨時輔助結(jié)構(gòu)，是重要的控制水下安全施工質(zhì)量的組成部分，國內(nèi)外鋼圍堰安全質(zhì)量事故頻發(fā)，一旦發(fā)生事故將造成不可估量的損失，因此施工監(jiān)控工作是鋼圍堰安全使用的必要條件[3]。

1 工程概況

某橋梁工程主橋使用上承式連續(xù)五跨混凝土拱橋。該橋梁工程P3、P4 墩位處水位較深且變化較大，采用雙壁鋼圍堰圍水施工。圍堰的設(shè)計首先應(yīng)該根據(jù)水文資料確定圍堰設(shè)計水位，并根據(jù)河床標(biāo)高、承臺底標(biāo)高等設(shè)計參數(shù)確定圍堰的深度，綜合各項參數(shù)計算得到7#墩承臺施工基坑深度達(dá)到19 m。再根據(jù)承臺結(jié)構(gòu)尺寸，考慮到通航區(qū)圍堰施工需要足夠的強度、剛度及穩(wěn)定性，初步確定采用雙壁鋼圍堰施工方案，并為各墩左右幅承臺共用1 個鋼圍堰形式。圍堰設(shè)計最高水位取值為7.73 m（20 年一遇洪水水位）。根據(jù)初步確定的圍堰結(jié)構(gòu)形式及尺寸，再進(jìn)行雙壁鋼圍堰細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計，在進(jìn)行細(xì)化設(shè)計時，一定要結(jié)合工程現(xiàn)場條件及并考慮施工便利因素。

該橋使用的矩形雙壁鋼圍堰作為承臺施工期間的水土圍擋結(jié)構(gòu)，為承臺提供無水的施工環(huán)境，其斷面形式與承臺平面布置保持一致。它由內(nèi)外壁板、箱型隔艙板、豎向桁架、水平環(huán)向桁架、刃腳、內(nèi)支撐、導(dǎo)向裝置及連通器等組成。鋼圍堰壁厚1.5 m，外輪廓尺寸為34.8 m×12.8 m，內(nèi)輪廓尺寸為31.8 m×9.8 m?？紤]到鋼圍堰沉放施工誤差調(diào)整及預(yù)留需要，內(nèi)輪廓長邊方向與承臺距離最小為0.3 m，最大為0.8 m，內(nèi)輪廓短邊方向與承臺距離為0.425 m。7#墩矩形雙壁鋼圍堰設(shè)計頂標(biāo)高為8.3 m，設(shè)計底標(biāo)高-10.7 m，總高度19 m（包括刃腳），施工水位取+6 m。根據(jù)運輸、安裝及施工的需要，圍堰高度從下往上分為4 節(jié)：第1 節(jié)高度5.3 m，第2 節(jié)高度4.2 m，第3 節(jié)高度4.8 m，第4 節(jié)高度4.7 m，每節(jié)平面上共分為12 塊。內(nèi)部設(shè)4 道內(nèi)支撐，支點支于壁體隔艙結(jié)構(gòu)上。

2 鋼圍堰施工的難點

鋼圍堰結(jié)構(gòu)安全是水下施工管控的重點，在其使用過程中的監(jiān)控監(jiān)測是重要工作內(nèi)容。對于鋼圍堰垂直度、平面位置、封底與艙壁混凝土標(biāo)高、內(nèi)外部水位差、水流速度等常規(guī)測量，可以借助普通光學(xué)測量儀器和簡易測試儀器等手段完成監(jiān)測，但鋼圍堰結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力監(jiān)測作為監(jiān)測工作的重難點，鋼圍堰受力參數(shù)是決定鋼圍堰結(jié)構(gòu)安全性的重要因素。通過對國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)成果的查閱，應(yīng)力監(jiān)測目前主要采用預(yù)埋應(yīng)力傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分析的手段進(jìn)行，其方法是切實有效的；變形監(jiān)測技術(shù)的研發(fā)相對落后，相關(guān)課題研究不多，相關(guān)的技術(shù)措施與標(biāo)準(zhǔn)還有待進(jìn)一步完善[4]。

3 鋼圍堰施工技術(shù)

鋼圍堰在加工場地分節(jié)分塊段加工好，經(jīng)檢驗合格后，用平板車轉(zhuǎn)運到拼裝現(xiàn)場，在作業(yè)平臺上用履帶吊拼裝。首先，在拼裝平臺上測量放樣出底節(jié)鋼圍堰刃腳平面輪廓線及塊段分段線，鋼圍堰的拼裝順序是依次逐塊拼裝，遵循左右對稱、前后對稱原則，圍堰先拼裝兩側(cè)短邊節(jié)段，再拼裝長邊節(jié)段，最后在長邊節(jié)段合龍。實際拼接時要隨拼裝情況進(jìn)行調(diào)整，待全部點焊成型后方可全面施焊。第一塊段鋼圍堰的安裝要嚴(yán)格控制其平面位置尺寸及垂直度偏差，經(jīng)檢測符合要求后方可固定。當(dāng)拼裝某一塊段時，發(fā)現(xiàn)其平面位置尺寸及垂直度與設(shè)計位置誤差較大時，盡可能切割接縫調(diào)整該塊段的位置，以減少合龍段拼裝時出現(xiàn)較大的累積誤差。焊接兩塊鋼圍堰之間的拼裝縫，要求用煤油檢測其滲透情況，焊接應(yīng)采取措施減少面板的變形，先分節(jié)段對稱跳焊，再補焊到達(dá)滿焊，焊接過程焊接臨時固定碼板。

拼裝圍堰合龍段前，對合龍段兩側(cè)間距進(jìn)行監(jiān)測：監(jiān)測點布置在兩側(cè)節(jié)段外壁板上，間隔1 m；確保兩側(cè)外壁板垂直度不大于1%，以保證合龍段順利嵌入；在一天當(dāng)中的低溫時段將合龍段嵌入并焊接固定碼板，再進(jìn)行焊接，以確保圍堰整體尺寸的精度。合攏時應(yīng)注意：①按照設(shè)計位置安裝導(dǎo)向槽、定位鉗、限位座以及5 t 倒鏈，在圍堰壁板上標(biāo)定連接鋼板的位置；②通過拽拉倒鏈，調(diào)整導(dǎo)向槽和定位鉗，控制對接偏差在2 mm 內(nèi)；③圍堰對接到位后，插入插銷，臨時鎖定圍堰；④按照標(biāo)定位置焊接連接鋼板[5]。

4 變形測量方法選擇

鋼圍堰受構(gòu)造特性、使用情況、工作環(huán)境等制約，其變形監(jiān)測比較困難。利用普通光學(xué)測量儀器使用測邊交會、自貼式反射片取代棱鏡、免棱鏡等方法，不僅不能對其進(jìn)行直接測量，其測量精度較低不能滿足技術(shù)要求。在監(jiān)測鋼圍堰圓形變形時，相關(guān)人員把應(yīng)變傳感器在同一鋼圍堰的截面上布置，測得平均應(yīng)變后換算出結(jié)構(gòu)變形的測量方法，但運用這種方法對鋼圍堰的變形值進(jìn)行換算得出的并不是局部的變形值，而是一個平均值，并且運用該方法不能測量異形的鋼圍堰。變形測量目前比較先進(jìn)的是數(shù)字全信息干涉法，因?qū)υO(shè)備要求高、操作十分繁瑣，衍射計算復(fù)雜等尚未推廣運用，所以想要為鋼圍堰的使用提供安全保障，需要對測量鋼圍堰變形的便捷、可靠的方法進(jìn)行研究和探索。結(jié)合國內(nèi)外結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測技術(shù)研究成果，可以選擇千分表和位移收斂儀作為有效的測量儀器，其特點是操作簡便、測量精度高，運用機械傳遞位移的原理對測點位移的變形值進(jìn)行測量，把兩者有效結(jié)合可對鋼圍堰的變形進(jìn)行實時測量[6]。

5 變形監(jiān)測措施

結(jié)合該大橋鋼圍堰的設(shè)計文件，運用MidasCivil 有限元軟件，按實際選取鋼圍堰最不利工況進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力驗算，從理論上論證鋼圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性，并找出結(jié)構(gòu)受力較弱的部位，即把監(jiān)測點設(shè)置在其最小剛度、最大變形量的位置，通過對測點處的理論變形值進(jìn)行計算，為建立完善的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)提供保障。在鋼圍堰使用過程中，運用有限元軟件仿真模擬分析鋼圍堰各工況恢復(fù)情況下結(jié)構(gòu)受力情況、內(nèi)外水位差變化等，使用位移收斂儀和千分表測量相結(jié)合的方式，實時采集結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)，通過實測值與理論值對比判定結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)。通過計算鋼圍堰截面剛度最小、變形量最大的位置在艙壁混凝土頂面向上50 cm處，在此位置沿鋼圍堰內(nèi)壁板面周圈對稱布設(shè)變形監(jiān)測點。

鋼圍堰變形測量宜首選千分表直接測量，采用千分表測量需要設(shè)置固定點，但在鋼圍堰抽水和前期橋墩施工時期并不能搭設(shè)固定支架，所以測量時可以使用位移收斂儀。使用位移收斂儀對鋼圍堰變形進(jìn)行測量是測量兩個測點間距離，因為發(fā)生相對位移的兩點間測得距離不同，所以兩點間的相對位移量就是兩次測量的距離差，即變形值。

在鋼圍堰入水安裝前應(yīng)先對監(jiān)測變形的點進(jìn)行設(shè)置，使用位移收斂儀設(shè)定兩對稱測點間距離的測量值L，使用鋼圍堰的過程中兩測點距離為Li，測點處實際變形值是ΔL儀=（L-Li）/2，理論算得監(jiān)測工況下該測點的變形值是ΔLi。對比理論變形值ΔLi和實測變形值ΔL儀，如果理論變形值大于實測變形值，說明實際結(jié)構(gòu)剛度比理論計算剛度大，因為通過理論計算鋼圍堰各工況的結(jié)構(gòu)變形都符合相應(yīng)的規(guī)范，可判定鋼圍堰結(jié)構(gòu)是安全性；反之則說明實際結(jié)構(gòu)剛度比理論計算剛度小，但只要其比預(yù)警值小仍然可以對鋼圍堰結(jié)構(gòu)的狀態(tài)判定為安全，如果超出預(yù)警值則應(yīng)該發(fā)出警報，并及時采取針對性的解決措施。

隨著測點被不斷增加的墩身施工高度遮擋，圍堰變形便不再適合使用位移收斂儀進(jìn)行測量，再對鋼圍堰變形進(jìn)行測量時可使用千分表。在對應(yīng)測點的墩身位置預(yù)埋托架，然后安裝千分表記錄其初始讀數(shù)是D，而鋼圍堰實際變形量是運用位移收斂儀測得的ΔL儀=（L-ΔLi）/2 值，也是運用千分表對鋼圍堰變形量測量的基數(shù)。在監(jiān)測的過程中千分表的讀數(shù)Di是變形增減量，測點處的具體變形值是ΔL表=ΔL儀+（Di-D），在監(jiān)測情況下對該測點的變形通過理論計算得出該值是ΔLi，通過對比理論變形值ΔLi和實測變形值ΔL表，判斷鋼圍堰結(jié)構(gòu)的安全情況。

6 實踐效果

通過具體的監(jiān)測施工過程得出，實測的結(jié)果和理論數(shù)據(jù)具有較好的吻合性，實測鋼圍堰結(jié)構(gòu)變形值比理論計算值偏大約5%～10%。通過對深水鋼圍堰變形監(jiān)測技術(shù)在本工程中的研究及運用，表明所選理論與實測對比分析評價的監(jiān)測方案及位移收斂儀與千分表相結(jié)合的測量方法可行性高、穩(wěn)定性好，為圍堰在各工況下的穩(wěn)定、安全運行，為及時、準(zhǔn)確地掌握數(shù)據(jù)變化提供了良好的保障，圓滿完成了P3、P4 橋墩深水基礎(chǔ)施工，可在今后類似的鋼圍堰施工監(jiān)測中推廣運用。

7 結(jié)束語

盡管在測量圍堰變形情況時采用千分表和位移收斂儀相互結(jié)合的方式的操作相對簡單，可以得到準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)，根據(jù)需要對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實時采集，對測量各種形狀的鋼圍堰變形都比較適用?？茖W(xué)技術(shù)在不斷進(jìn)步與發(fā)展，對鋼圍堰變形監(jiān)測技術(shù)仍需要深入研究和探索，提出更有效、便捷的監(jiān)測手段。