武穴長江公路大橋14#墩雙壁鋼圍堰施工關(guān)鍵技術(shù)

1 工程概況

武穴長江公路大橋全長2051.5m，結(jié)構(gòu)為（56+100+56）m連續(xù)箱梁+6×30m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁+（56+100+56）m連續(xù)箱梁+（80+290+808+3×75）m雙塔雙索面鋼箱混合梁斜拉橋。14#塔承臺(tái)設(shè)計(jì)為矩型，承臺(tái)橫橋向總寬29m，縱橋向?qū)?6.5m，承臺(tái)頂面高程+7m，承臺(tái)底面高程+2m，承臺(tái)厚度5m。承臺(tái)下行列式布置16根直徑2.5m的鉆孔灌注樁。14#雙壁鋼圍堰平面結(jié)構(gòu)圖見圖1。

圖1 14#雙壁鋼圍堰平面結(jié)構(gòu)圖（單位：mm）

2 總體施工方案

14#墩鋼圍堰施工總體施工方案為：整個(gè)圍堰分為28個(gè)單元件在工廠加工制造，根據(jù)履帶吊的起重量最終將圍堰分為16個(gè)塊段在橋位現(xiàn)場(chǎng)焊接。圍堰焊接完成后，利用安裝在護(hù)簡上的下放系統(tǒng)下放圍堰至設(shè)計(jì)標(biāo)高，然后澆筑封底混凝土，圍堰施工完成[1][2]。施工流程圖見圖2。

圖2 14#鋼圍堰施工流程圖

3 圍堰制作

3.1 圍堰加工制造

按照武穴長江大橋14#墩鋼套箱圍堰施工設(shè)計(jì)文件，14#圍堰為矩型圍堰，其尺寸為32.43m*19.93m*14.90m。圍堰在工廠進(jìn)行加工制造，加工流程見圖3。

圖3 14#鋼圍堰加工流程圖

3.2 圍堰的分塊制作

根據(jù)圍堰的結(jié)構(gòu)形式，將圍堰分為28個(gè)單元件，單元件由內(nèi)、外壁板、隔艙板、水平桁架及豎肋等部件組焊接而成。單元件制作順序：胎架平臺(tái)制作→按圍堰線型焊接支撐→鋪設(shè)內(nèi)壁板→劃線（堅(jiān)向型材及隔艙板的位置、水平環(huán)形板的位置）→安裝內(nèi)壁板豎肋→安裝水平環(huán)板→安裝內(nèi)隔艙板→安裝環(huán)形板的水平桁架→安裝外壁水平環(huán)板→安裝外壁板豎肋→鋪設(shè)外壁板焊接內(nèi)部構(gòu)件[3]。14#雙壁鋼圍堰加工見圖4。

圖4 14#雙壁鋼圍堰加工

3.3 塊段組拼

28個(gè)單元件制作完成后，為減少在橋位現(xiàn)場(chǎng)的焊接工作難度及根據(jù)橋位現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的起吊能力，將每2-3個(gè)單元件在船廠組拼成一個(gè)塊段，最終圍堰分為16個(gè)塊段運(yùn)到橋位現(xiàn)場(chǎng)。

4 圍堰現(xiàn)場(chǎng)施工

4.1 圍堰現(xiàn)場(chǎng)拼裝

圍堰拼裝前，首先拆除14#鉆孔平臺(tái)圍堰區(qū)域的分配梁及貝雷組，在護(hù)簡頂安裝圍堰吊放系統(tǒng)，利用2臺(tái)履帶吊按分段現(xiàn)場(chǎng)對(duì)稱組拼雙壁鋼圍堰，最后圍堰在橋位的南北向中間合攏。拼裝完成后對(duì)焊縫進(jìn)行檢查，并進(jìn)行水密性試驗(yàn)[4][5]。

4.2 施工平臺(tái)拆除

原有施工平臺(tái)影響圍堰的拼裝及后面施工，在拼裝圍堰前先在鉆孔平臺(tái)上標(biāo)出雙壁鋼圍堰的安裝位置。拆除圍堰區(qū)域的分配梁、貝雷片和枕頭梁，拔除圍堰區(qū)域的鋼管樁。

4.3 吊掛系統(tǒng)安裝

平臺(tái)拆除后進(jìn)行吊掛系統(tǒng)的安裝，整個(gè)圍堰設(shè)置三組吊掛系統(tǒng)，安裝過程中，確保每一組吊掛系統(tǒng)的主梁處于水平狀態(tài)。確保主梁開孔與下錨座開孔在同一豎直面上，以便鋼絞線穿接。

4.4 圍堰組拼

根據(jù)履帶吊的起吊能力，整個(gè)圍堰組拼分為16個(gè)塊段，單個(gè)塊段最大重量控制50t左右。所有塊段均用船舶從工廠運(yùn)至橋位處，每個(gè)塊段設(shè)置4個(gè)吊耳，利用130t履帶吊將圍堰塊段吊起，并緩慢落到護(hù)筒上支撐牛腿上。在平臺(tái)上設(shè)置2臺(tái)130t的履帶吊對(duì)稱組拼鋼圍堰。在圍堰組拼前先在已施工的護(hù)筒上焊接牛腿（圍堰所有的臨邊護(hù)筒上均設(shè)置牛腿，共14個(gè)牛腿），牛腿頂面標(biāo)高與設(shè)計(jì)的鋼圍堰刃腳底標(biāo)高齊平。然后測(cè)量放線，在牛腿上標(biāo)出圍堰的平面位置，并設(shè)置定位型鋼。拼裝時(shí)，使圍堰刃腳踏板的內(nèi)邊線直接靠在內(nèi)側(cè)的定位型鋼上。在圍堰位置定好之后，圍堰外側(cè)安裝限位型鋼并在護(hù)筒上設(shè)置上下兩層型鋼固定圍堰。

將已定位好的塊段與相鄰塊段利用馬板臨時(shí)焊接，然后焊接內(nèi)外壁板及水平環(huán)板。完成后，再將新吊裝的圍堰塊段下端固定，繼續(xù)拼接下一塊圍堰。圍堰最終在兩個(gè)長邊的中間合攏。合攏塊段的尺寸大小根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際尺寸進(jìn)行加工制造和調(diào)整。圍堰組拼完成后，安裝圍堰內(nèi)支撐，內(nèi)支撐分上下兩層，從下到上按設(shè)計(jì)位置依次安裝。圍堰拼裝見圖5。

圖5 圍堰拼裝

圍堰塊段拼裝時(shí)，前定位型鋼位置應(yīng)準(zhǔn)確，圍堰塊段到位后，應(yīng)及時(shí)安裝后定位型鋼及上下兩層固定型鋼，防止圍堰塊段前后移動(dòng)和傾覆。

4.5 圍堰下放

經(jīng)檢查，焊縫及水密試驗(yàn)均符合要求后，穿接鋼絞線，開始下放圍堰。刃腳進(jìn)入水面以前，利用兩臺(tái)天泵澆筑刃腳混凝土，然后繼續(xù)澆筑艙壁混凝土、吸泥直至圍堰下沉到位，最后澆筑封底混凝土。

圍堰下放前應(yīng)檢查雙壁艙漏水情況，發(fā)現(xiàn)有漏水情況及時(shí)封堵，圍堰下放前，確保雙壁艙不漏水。檢查所有雙壁艙水泵數(shù)量與功能是否正常。圍堰下水見圖6。

圖6 圍堰下水

打開圍堰雙壁上的連通孔，圍堰雙壁上設(shè)置有4個(gè)連通孔，其目的是保證圍堰封底施工過程中圍堰內(nèi)外江水連通，使圍堰內(nèi)外水位保持平衡，在圍堰下放前需要將連通孔打開。

圍堰整個(gè)下放過程采用糾偏式吸泥方法，輔以灌水和壁艙澆筑混凝土等壓重措施。在圍堰下沉中，必須做好記錄工作，將圍堰下沉的有關(guān)資料隨時(shí)記錄在工程日志和記錄表格中，記錄下圍堰高度、刃腳高程、頂面高程、本次灌水高度、累計(jì)灌水高度、圍堰外水位、圍堰內(nèi)外水頭差等關(guān)鍵技術(shù)數(shù)據(jù)。

為了使鋼圍堰在下放過程中保持垂直度，整個(gè)下放過程必須使每臺(tái)千斤頂帶荷載50t至100t。圍堰在著床之前，呈懸浮狀態(tài)，此階段的圍堰下沉較容易，只要向井壁內(nèi)灌水，克服水的浮力，圍堰即可平衡下沉。在向井壁內(nèi)灌水時(shí)，應(yīng)遵循對(duì)稱加載的原則，對(duì)稱的隔艙，同時(shí)灌水，且流量一致，以防圍堰傾斜。雙壁艙加水下沉，布置6臺(tái)20m揚(yáng)程潛水泵，在加水過程中觀察油頂壓力變化，當(dāng)油頂達(dá)到100t荷載時(shí)，開始松頂下沉；當(dāng)油項(xiàng)壓力接近50t荷載時(shí)，停止下放，繼續(xù)加水。鋼絞線每次下放高度控制在20cm左右。為增強(qiáng)圍堰刃腳的剛度以便于圍堰能更好地切入河床內(nèi)，在圍堰底口刃腳距離河床面約0.5m左右時(shí)，暫停下放，進(jìn)行圍堰刃腳混凝土澆筑。直接利用天泵在平臺(tái)，上分次對(duì)稱澆筑1.7m高刃腳混凝土。

圍堰刃腳混凝土澆筑完成，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，繼續(xù)下沉至圍堰著床。當(dāng)圍堰進(jìn)入河床一定的深度后，刃腳受力不均，圍堰會(huì)產(chǎn)生一定的高差，此時(shí)的圍堰工況，采用糾偏式吸泥下沉。下沉?xí)r，首先是采用灌水配重，每次灌水高度根據(jù)千斤頂?shù)氖芰Υ笮〈_定（每臺(tái)千斤頂受力不超過100t）。當(dāng)圍堰雙壁艙內(nèi)水已灌滿，圍堰底高程還未下到設(shè)計(jì)底標(biāo)高-1m時(shí)，此時(shí)向雙壁艙內(nèi)灌注混凝士進(jìn)行壓重，灌注的原則與灌水一樣。在整個(gè)下沉的過程中，通過糾偏式吸泥的方式輔助圍堰進(jìn)行下沉。吸泥時(shí)，先吸圍堰中間，再兩邊，始終保持圍堰內(nèi)部是一個(gè)“鍋底”。圍堰刃腳邊2m范圍內(nèi)禁止用吸泥機(jī)吸泥，以防圍堰刃腳出現(xiàn)涌砂現(xiàn)象。

當(dāng)圍堰刃腳底接近設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，放緩鋼絞線下放高度，每次下放高度控制在10cm左右。最終使圍堰底標(biāo)高控制在-1（+0，-0.1m）范圍之內(nèi)。在圍堰下沉中，必須做好記錄工作，將圍堰下沉的有關(guān)資料隨時(shí)記錄在工程日志和記錄表格中，記錄下圍堰高度、刃腳高程、頂面高程、本次灌水高度、累計(jì)灌水高度、圍堰外水位、圍堰內(nèi)外水頭差等技術(shù)數(shù)據(jù)。

4.6 圍堰封底

圍堰封底混凝士高度為3m，為水下C30混凝土，分兩次澆筑，先澆筑2.7m，后澆30cm的調(diào)平層，總方量約為1400m3。

圍堰下放到位后，對(duì)圍堰內(nèi)部進(jìn)行清淤、封堵。清淤、封堵完成后，在施工現(xiàn)場(chǎng)利用貝雷片搭設(shè)封底平臺(tái)。封底前準(zhǔn)備工作完成后，進(jìn)行封底混凝土的澆筑，封底砼初灌采用翻板拔球法，在施工前應(yīng)根據(jù)各集料斗的具體情況做好翻板，初灌時(shí)導(dǎo)管距底板項(xiàng)15cm左右，拔球后連續(xù)灌注，直至混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。灌注時(shí)應(yīng)注意測(cè)量砼面，避免任何一根導(dǎo)管長時(shí)間得不到混凝土供應(yīng)，任一點(diǎn)混凝土灌注間隔時(shí)間不宜超過30分鐘，砼灌注過程中應(yīng)使砼面整體均勻上升。在灌注的過程中，會(huì)時(shí)刻測(cè)量灌注點(diǎn)影響直徑范圍內(nèi)的混凝土高度，對(duì)于局部灌注不到的位置會(huì)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)灌。

5 圍堰切割拆除

承臺(tái)頂標(biāo)高+7.0m，圍堰頂標(biāo)高+13.9m，圍堰底標(biāo)高-1.0m。在承臺(tái)頂標(biāo)高以下的圍堰壁艙內(nèi)填充混凝土，混凝土填充高度共8m（-1.0m～+7.0m）。承臺(tái)項(xiàng)面以上的鋼圍堰全部切割與拆除。剩下的6.9m高圍堰分為水上部分拆除和水下部分拆除。

5.1 施工準(zhǔn)備

①圍堰拆除前，須確定圍堰內(nèi)各分項(xiàng)工程實(shí)體結(jié)構(gòu)已完工，并經(jīng)相關(guān)部門、單位檢查驗(yàn)收，確定在后續(xù)施工工序中無圍堰內(nèi)無水相關(guān)施工活動(dòng)，且圍堰拆除不影響后續(xù)其他施工工序。②實(shí)體結(jié)構(gòu)驗(yàn)收后，在圍堰拆除前，須對(duì)圍堰內(nèi)的施工邊角料等雜物進(jìn)行清理。

5.2 切割拆除

①水上部分拆除流程：在靠近水面處開孔→清除圍堰內(nèi)壁砂→圍堰分塊拆除。在圍堰每個(gè)隔艙靠近水面約10cm處外壁板上開孔。孔口尺寸為50cm×50cm，間距為1m，采用高壓空氣或高壓射水沖擊圍堰，使其排除。根據(jù)起重設(shè)備性能和起吊能力，圍堰分塊切割。根據(jù)圍堰結(jié)構(gòu)確定分塊重量和切割位置。水平切割位置原則上以每個(gè)節(jié)段接縫或環(huán)形板處為準(zhǔn)。每塊圍堰設(shè)置4個(gè)吊點(diǎn)，吊點(diǎn)設(shè)置在圍堰內(nèi)外壁板開孔。②水下部分拆除流程：圍堰內(nèi)注水→在靠近圍堰艙壁混凝土處開孔→清除圍堰內(nèi)壁砂→圍堰內(nèi)支撐拆除→圍堰分塊拆除。在圍堰內(nèi)內(nèi)注水，使其與拆除時(shí)圍堰外水位一致。先拆除承臺(tái)頂面的內(nèi)支撐鋼管，內(nèi)支撐拆除完畢后再分塊拆除圍堰主體結(jié)構(gòu)。在每個(gè)隔艙靠近艙壁混凝土約10cm處外側(cè)壁板上開孔?？卓诔叽鐬?0cm×50cm，間距為1m，采用高壓空氣或高壓射水沖擊圍堰，使其排除。根據(jù)起重設(shè)備性能和起吊能力，圍堰分塊切割。根據(jù)圍堰結(jié)構(gòu)確定分塊重量和切割位置。水平切割位置原則上以每個(gè)節(jié)段接縫或環(huán)形板處為準(zhǔn)。圍堰分塊重量以不超過10t為準(zhǔn)。潛水員下水，在圍堰外側(cè)壁版切割分塊標(biāo)志線。每塊圍堰設(shè)置4個(gè)吊點(diǎn)，吊點(diǎn)設(shè)置在圍堰內(nèi)外壁板開孔。

圍堰燒割成上下兩半節(jié)時(shí)，上節(jié)圍堰受到水流沖擊向下游移動(dòng)，而且在圍堰斷開的一瞬間突然移動(dòng)，為了使?jié)撍畣T安全施工，可以在燒割線上下各焊一個(gè)連接件，其間以倒插螺桿連接，并能夠承受水平力。圍堰起吊時(shí)，將螺桿拔出，同時(shí)用方木或其他防傾覆結(jié)構(gòu)將圍堰支撐于墩身，以防圍堰傾倒。切割順序原按照從下游向上游切割，可有效防止在水流沖擊下圍堰錯(cuò)位對(duì)潛水員造成安全隱患。

6 結(jié)語

武穴長江公路大橋橋14#墩與14#墩圍堰施工具有施工難度大、工序繁多、質(zhì)量控制要求高的特點(diǎn)，14#墩雙壁鋼圍堰加工制造、現(xiàn)場(chǎng)拼裝、下放、吸泥下沉、封底、切割拆除等施工關(guān)鍵技術(shù)與質(zhì)量控制要點(diǎn)具有安全可靠的特點(diǎn)，保證了工程質(zhì)量與施工工期。