淺析涉水單壁鋼圍堰施工工藝

孫二龍 韓 存

（中建二局基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資有限公司華東分公司，北京 10010）

1 工程概況

武漢黃陂基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目灄水河?xùn)|岸綜合環(huán)境治理工程灄水河前川景觀橋2#、3#號兩個(gè)主橋墩承臺基礎(chǔ)（尺寸為8.2m×5.2m×2m）在水下7m，泥中埋置約1m?，F(xiàn)場地質(zhì)為地巖土層劃分為四個(gè)層組，共八個(gè)亞層：鋼圍堰需沉入到（3-1）強(qiáng)風(fēng)化巖層：（1）素填土層（Qml），層厚0.5m；（2-1）細(xì)砂，層厚1.50m左右；（3-1）強(qiáng)風(fēng)化巖，層厚4.30m。

2 深水強(qiáng)風(fēng)化地層單壁鋼圍堰施工操作要點(diǎn)

2.1 工作準(zhǔn)備

項(xiàng)目開始時(shí)，充分調(diào)查現(xiàn)場情況、與水務(wù)局等部門溝通，從環(huán)保角度考慮舍棄了土圍堰方案，從經(jīng)濟(jì)角度、工期角度考慮舍棄了雙壁鋼圍堰、管樁圍堰等方案，從安全角度考慮舍棄了拉森鋼板樁圍堰，最終確定采用單壁鋼圍堰。確定方案后通過專業(yè)設(shè)計(jì)驗(yàn)算單位采用MIDAS/civil2015有限元分析軟件對各個(gè)工況經(jīng)行分析驗(yàn)算，得出下放工況下鋼圍堰變形及應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)要求、抽水工況下及承臺墩身施工工況下鋼圍堰變形及強(qiáng)度滿足中正常施工要求，鋼管撐牛腿等穩(wěn)定性及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度均滿足要求。

單壁鋼圍堰采用組合式大型鋼模板，鋼圍堰作為承臺施工時(shí)的擋水結(jié)構(gòu)。單壁鋼圍堰采用組合式大型鋼模板，鋼模板板厚為8mm，2#、3#主墩鋼圍堰底標(biāo)高為9.82m，鋼圍堰頂標(biāo)高均為22.00m，尺寸為9.5m×5.3m，承臺尺寸為8.2m×5.2m，承臺澆筑時(shí)長邊鋼圍堰作為承臺模板；短邊向考慮橋梁墩柱施工作業(yè)面，與鋼圍堰間隙為65cm，支設(shè)鋼模板，設(shè)置φ14對拉桿。

2.2 單壁鋼圍堰制作

鋼圍堰高度12.08m，豎直方向分一節(jié)，水平方向分為4塊，分塊單元最重14.9t。

鋼圍堰的制作材料主要有H型鋼、工字鋼、槽鋼以及鋼板組成，其制作主要是下料、拼裝和矯正。

拼裝順序：面板（8mm厚鋼板）→環(huán)向主梁（HM488×300型鋼）→豎向次梁（HN300×150型鋼）→環(huán)向次梁（HN150×75型鋼）→節(jié)點(diǎn)板→加勁板→刃腳貼板。

鋼圍堰壁板在后場分塊加工焊接時(shí)，為了減少焊接變形，保證焊接質(zhì)量，選擇合理的焊接工藝，鋼圍堰焊接應(yīng)分區(qū)對稱焊接，從內(nèi)向外，盡可能減小變形，焊接至少由二人實(shí)施對稱、分段、退步或間跳焊，且力求焊接速度一致。

焊接方法應(yīng)盡可能采用CO2氣體保護(hù)焊。

焊接順序如下：

第一，焊接環(huán)向主梁與豎向次梁上下平縫與豎向角焊縫?？砂才艃擅腹ぃ蓛?nèi)向外對稱進(jìn)行焊接。焊接方法可采用分段退步焊法。

第二，焊接豎向次梁與加強(qiáng)次梁上下平縫與豎向角焊縫。安排四名焊工，由內(nèi)向外對稱進(jìn)行焊接。角焊縫焊接方法依然是先焊接水平縫，之后焊接豎向焊縫。

第三，焊接豎向次梁與面板角焊縫，采用對稱間跳焊焊接。

第四，焊接加強(qiáng)次梁與面板角焊縫，采用對稱間跳焊焊接。

3 單壁鋼圍堰拼裝

在鋼護(hù)筒上用HM488×300型鋼焊接10個(gè)牛腿，牛腿頂面標(biāo)高為+22m，高出水面1m。在牛腿上放出壁板拼裝輪廓線，焊接HM488×300擱置梁。履帶吊將圍堰分塊吊至安裝位置，下口通過擱置梁就位后，與擱置梁臨時(shí)焊接加以固定，上部用型鋼和鋼護(hù)筒臨時(shí)焊接，通過測量儀器校檢平面位置和垂直度，校核達(dá)到要求后，分塊圍堰之間進(jìn)行連接。分塊連接處采用膨脹型止水條，確保不滲水，壁體各單元塊間均采用M22可拆卸的螺栓連接。

主棧橋、支棧橋中心距拼裝鋼圍堰最遠(yuǎn)吊裝距離為10m，單塊吊重約15t，查表得主臂長21m的70t履帶吊吊裝10m時(shí)，吊重19.3t＞15t，滿足使用要求。

4 單壁鋼圍堰定位

鋼圍堰平面位置控制通過在鋼圍堰壁板與鋼護(hù)筒間設(shè)置導(dǎo)向裝置來實(shí)現(xiàn)。鋼圍堰導(dǎo)向裝置長96cm，采用HN350×175型鋼焊接而成，分為上下兩層，在同一層布置4個(gè)導(dǎo)向裝置。導(dǎo)向裝置焊接在壁板上，主要定位圍堰平面位置，導(dǎo)向裝置與鋼護(hù)筒壁間設(shè)置7cm的間隙，并根據(jù)鋼護(hù)筒的偏位作適當(dāng)調(diào)整。

垂直度調(diào)整措施：鋼圍堰下放過程中，對鋼圍堰縱橫兩個(gè)方向的垂直度用全站儀進(jìn)行觀測。在平面控制的同時(shí)進(jìn)行標(biāo)高控制，平面控制點(diǎn)除具有平面坐標(biāo)外還具有高程，以利于測量操作。

鋼圍堰垂直度由平面定位系統(tǒng)的手拉葫蘆進(jìn)行調(diào)整。由于拼裝誤差，平面標(biāo)高控制與垂直度在實(shí)際施工中可能出現(xiàn)難以同時(shí)達(dá)到要求的情況，此時(shí)，則以垂直度和頂口處平面位置控制為主。

5 單壁鋼圍堰下放

5.1 安裝下放挑梁

鋼圍堰下放前，安裝下放挑梁，安裝挑梁的鋼護(hù)筒須切割道頂標(biāo)高+24.4m，并在內(nèi)部預(yù)先設(shè)置支撐牛腿。須保證挑梁與下放牛腿上的精軋螺紋鋼筋預(yù)留孔同軸。

在鋼圍堰側(cè)壁上焊接錨固牛腿標(biāo)高+23.105m，其錨固端位于其正下方的鋼圍堰壁板，根據(jù)吊點(diǎn)荷載適當(dāng)加固吊點(diǎn)處的結(jié)構(gòu)。為保證精軋螺紋鋼筋的合理受力，在安裝千斤頂和錨固端時(shí)使千斤頂上、下夾持器和圍堰上的錨固端在同一直線上。

5.2 沉放工藝

第一，安裝圍堰起吊系統(tǒng)。

第二，起吊系統(tǒng)安裝后，先起吊圍堰，令圍堰起吊距離拼裝平臺約1～2cm，檢查起吊系統(tǒng)各部位，觀測承重橫梁、工具梁的變形情況，經(jīng)觀測確定無異常，確定起吊系統(tǒng)安全。

第三，起吊系統(tǒng)試吊完成后，起吊鋼圍堰，令其與拼裝平臺距離約5cm，起吊以及下落要求各吊點(diǎn)處千斤頂同步。千斤頂與工具梁和分配梁焊接固定，操作時(shí)按指令要求同步操作，保證各臺千斤頂頂升、回落的行程量相同。當(dāng)圍堰底部距離拼裝平臺5cm左右時(shí)拆除圍堰下方拼裝平臺。

第四，千斤頂、精軋螺紋鋼提升（下放）能力保障。共使用4臺千斤頂，全部千斤頂?shù)目偺嵘ㄏ路牛┠芰?00t，千斤頂?shù)陌踩葹?00÷63.3＝3.16，滿足提升（下放）過程中安全要求。

每臺千斤頂設(shè)置φ32精軋螺紋鋼作為吊桿，精軋螺紋鋼抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為770MPa，承受最大拉應(yīng)力設(shè)計(jì)值為392MPa，滿足液壓提升（下放）過程中安全要求。

5.3 吸泥下沉的操作要點(diǎn)

第一，按規(guī)定安裝好各種機(jī)械設(shè)備：空氣壓縮機(jī)、儲氣罐、送風(fēng)管路、空氣吸泥機(jī)、排水管路、高壓水泵及射水管、補(bǔ)水水泵及管路、操作平臺。經(jīng)過試運(yùn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)后方可施工。

第二，圍堰下沉施工應(yīng)按照“先中后邊，先高后低，分層對稱，即時(shí)糾偏”的原則進(jìn)行操作。

第三，吸泥機(jī)盡量保持在圍堰中心位置吸泥，使圍堰在刃腳處擠土下沉，只有當(dāng)中間土體全部吸出形成鍋底還不下沉?xí)r才適當(dāng)沖吸刃腳周圍土體，嚴(yán)禁直接沖刃腳底部。

第四，吸泥機(jī)吸泥管口要勤運(yùn)動(dòng)，保持出泥率，防止吸清水。

第五，吸泥過程中圍堰內(nèi)始終保持1m左右水位（吸泥的同時(shí)在圍堰外部布置同功率水泵一臺往圍堰內(nèi)注水），用高壓水槍對井底需要開挖的部位進(jìn)行沖刷，將土層沖為液化泥漿，再用泥漿泵排出井外。到強(qiáng)分化巖層時(shí)，利用空壓機(jī)由潛水員手持水下風(fēng)鎬采取水下破碎方式，由潛水員下潛將破碎后的石塊裝入自制小型鋼筋籠中吊出。

圍堰下放平面位置與標(biāo)高驗(yàn)收合格后，利用上層導(dǎo)向?qū)弑隗w與鋼護(hù)筒連接固定，圍堰固定后對圍堰周圍拋填砂袋至原泥面標(biāo)高以上1m位置。