自浮拆除式雙壁鋼圍堰及其升降平臺的設(shè)計與應(yīng)用

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)專線（后簡稱“昌贛鐵路”）吉水贛江特大橋工程為依托，參考類似深水基礎(chǔ)施工經(jīng)驗［3］，通過水中設(shè)置專門的雙壁鋼圍堰下放升降平臺，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

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°，贛江通航等級為Ⅲ級航道，工程為昌贛鐵路全線的重難點和控制性工程。

（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的結(jié)構(gòu)形式。1＃～4＃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43.5～55 m，承臺尺寸為21 m ×15.2 m ×4.5 m，承臺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＃～4＃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

橋址河岸一側(cè)毗鄰縣道，一側(cè)山丘地貌，傳統(tǒng)圍堰拼裝場地受限?？紤]施工區(qū)域處于贛江主航道，在施工過程中不應(yīng)對航道運(yùn)輸造成過大的影響。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)及時拆除圍堰，常規(guī)拆除通常需要大量的水下切割，切割時間長、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)場條件，和采用傳統(tǒng)的滑道方式無法實施的難題［6］，通過設(shè)計的水中下放專用升降平臺，解決了圍堰下放難題。針對圍堰拆除中難題，設(shè)計了自浮拆除式圍堰結(jié)構(gòu)，減少了航道占用時間，節(jié)約了成本。

3 自浮拆除式雙壁鋼圍堰及其升降平臺的設(shè)計

3.1 圍堰升降平臺設(shè)計

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

平臺基礎(chǔ)采用鋼管樁，基礎(chǔ)共設(shè)6處立柱支點，“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，見圖1。

圖1 升降平臺上鋼圍堰拼裝

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；升降平臺四角處吊點的采用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)行升降平臺的上升與下放。設(shè)計的升降平臺獲得了國家專利（專利號：ZL201920072665.1）［7］。

3.2 自浮拆除式雙壁鋼圍堰設(shè)計

（1）雙壁鋼圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)承臺尺寸和水深，雙壁鋼圍堰設(shè)計采用圓環(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)一個標(biāo)準(zhǔn)塊見圖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)成一個以水平隔艙板為底，上端敞開的空艙環(huán)形槽。設(shè)計的自浮拆除式雙壁鋼圍堰，獲得了國家專利（專利號：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

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)置卷揚(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，以卷揚(yáng)機(jī)和鋼索拉住鋼管樁頂，防止鋼圍堰自浮后，拆除過程中移動，見圖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施工技術(shù)

（1）升降平臺搭設(shè)

升降平臺設(shè)置在橋梁上游位置，平臺位置水深不低于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，拆除臨時連接系，形成升降平臺。

（2）底節(jié)鋼圍堰下水

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

首節(jié)下放過程中，各支點處千斤頂下放行程必須同步，下放行程應(yīng)勻速，且每次下放長度不超過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)動舟及駁船推進(jìn)的方式進(jìn)行［10］，后端由機(jī)動舟進(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測量基準(zhǔn)面及中心點，為保證圍堰接高過程中的垂直度，對圍堰進(jìn)行實時監(jiān)測［11］。然后向圍堰隔艙內(nèi)逐步注水下沉，注水應(yīng)對稱進(jìn)行，保證圍堰下沉?xí)r的垂直度。接高拼裝由兩臺浮吊對稱拼裝，見圖5。吊裝接高時，要隨裝隨調(diào)，先全部點焊固定后，方可全面焊接。接高和注水過程中，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。

對鋼管樁對應(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，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)相同時進(jìn)行環(huán)向內(nèi)、外壁水下切割。采取的切割順序見圖6，將圍堰平均分成16個節(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為：艙內(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)計為同步分塊切割，對稱進(jìn)行切割作業(yè)。切割成小塊后，通過人工配合卷揚(yáng)機(jī)及棧橋上的吊車進(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個吊點，共6個吊點；于順橋向處各設(shè)置1處吊點，共2個吊點，合計8個吊點。

底節(jié)圍堰切割順序為：切割下游中間節(jié)塊，兩側(cè)同步切割，切割至鋼管樁焊接節(jié)塊時停止切割。最后切割兩鋼管樁之間的節(jié)塊，見圖7，切割順序為①→②→③。

圖7 底節(jié)圍堰切割順序

5 結(jié)束語

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