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1橋墩總體施工方案

湘桂鐵路擴能改造工程永州湘江1號特大橋共5個水中墩：2號～6號墩，其中3號墩因處于通航孔深水區，采用雙壁鋼圍堰施工外，其余墩位因處于淺水區，采用筑島沉井法施工。3號墩雙壁鋼圍堰按圓形設計，鋼圍堰外徑22．8m，內徑20．8m，壁厚1．0m，高14m，分4節（第1節鋼圍堰重48．06t、第2節重46．45t、第3節重39．98t、第4節重33．86t），第1節高度為3．2m，后3節高度均為3．6m，每節之間焊接。鋼圍堰中間通過環向縱向骨肋及角鋼連接支撐，每節沿圓周方向又分為8塊，各塊大拼時焊聯。按極限承載力進行鋼圍堰設計，根據計算受力大小確定構件截面及疏密布置，嚴格控制圍堰鋼材用量，實際主體總重為156t。鑒于5號、6號墩采用筑島沉井法施工，在緊臨5號～6號墩下游，利用5號、6號墩筑島坡腳為基礎，通過進一步筑島加高，設置鋼圍堰底節拼裝平臺，在拼裝平臺上拼裝底節圍堰；拼裝完成利用下游水電站蓄水功能提高水面標高，圍堰自浮，用拖船配合運至3號墩位處；因3號墩靠近衡陽岸，在岸側上下游設置2處錨點，輔以混凝土錨碇、拖船初步定位圍堰；圍堰底節浮于水面，依次接高其余各節，接高過程中采用在圍堰刃腳灌注混凝土、在圍堰空腔內灌水等方式輔助圍堰下沉，以保證圍堰拼接操作高度在水面2m以上，在圍堰刃腳落入河床之前通過預先設置的錨索調整圍堰位置使之滿足施工要求，下沉到位后清基，然后安裝鋼護筒進行封底。

2雙壁鋼圍堰施工技術

2．1鋼圍堰制造

2．1．1鋼圍堰配料下料

鋼圍堰每節分8個段，每段內圍壁展開長8089．6mm，外圍壁展開長8875mm。內、外圍壁分別用8090mm×1500mm×5mm、8900mm×1500mm×5mm的鋼板沿高度方向對接，長、寬及對角線偏差控制在±1mm。采用電弧焊進行對接，滲透試驗進行檢驗，合格后方可下料。下料應保證切割線準確和預留的切割量和收縮量。

2．1．2鋼圍堰骨肋拼裝焊接

骨肋與鋼板通過大量的連續貼角焊連接，通過對稱施焊和控制焊接電流的方式來控制焊接變形，焊后產生的焊接變形采用火焰調整。采用拼裝胎模控制骨肋的位置尺寸，以及各節段的骨肋在同一條直線上，同時各骨肋兩端預留約300mm不焊，以便骨肋對接時調整。各節段制造嚴格控制外形尺寸，以確保后續的拼裝質量，不允許隨意在表面打火焊附件，吊裝、翻身時要采取保護措施。

2．1．3鋼圍壁節段內焊接

鋼圍壁節段內焊接時，首先將外圍壁鋼板平鋪在胎模上橫向對接（先焊單面），在胎模反面設反拉裝置，確保鋼板與胎模密貼。其次安裝桁架，為確保桁架的間距準確以便節段對接，在胎模上設桁架定位板。桁架橫肋骨與面板兩端留出200mm不焊（只針對底節），以便對接焊時調整。然后安裝縱向肋，縱向肋上的角鋼槽口要在拼裝前開好，在胎模上設縱骨定位裝置，確保縱向骨肋間距準確以便節間對接。最后將內圍壁壁板吊到桁架上利用周邊法蘭銷定位，在內圍壁上設若干可調拉桿調整面板與骨肋密貼，無誤后施焊。焊接時注意焊接順序，多人同向焊接，不允許對角焊。焊后檢驗、調形。節段各骨肋焊完后必然產生焊接變形，可將焊完后的節段再吊到胎模上檢驗，檢查節段與胎形的密貼狀況，以及由于變形而造成的聯結法蘭栓孔與定位銷孔的錯位，根據檢測的結果定調形方案。拼焊質量控制標準為：上、下隔艙板對齊，各相鄰水平環形板對齊，上、下豎向肋角必須和水平環形板焊牢。相鄰塊件外壁板對接應準確，錯差不大于1mm，接縫縫隙0～2mm，可采用對接焊、搭接焊或貼板焊接，但必須滿焊并保證水密。所有壁板和隔艙板的工地焊縫，都應作煤油滲透試驗，不合格者應將焊縫鏟除重焊。

2．1．4鋼圍堰預拼

雙壁鋼圍堰底節為頂節接高的基準，底節尺寸的拼裝質量直接影響到中間節的拼裝質量，因此要求各節必須進行整體預拼。預拼前搭建臨時支撐點平臺，用水平儀抄平后作為大拼基礎，在支撐平臺上設置若干內圍壁限位板作為定位用，拼裝時50t履帶吊配合。底節各單元件分別吊到支撐平臺上預拼，調整對接焊縫的間隙及位置，預拼檢查合格后編號。預拼支撐平臺見圖4。每節鋼圍堰拼裝完成后，整體尺寸應與設計要求相符，允許偏差應符合規定：平面直徑偏差±D／800（D為直徑）；頂平面相對高差，全圍堰為20mm，井箱相鄰點為10mm；井箱厚度偏差±1．5mm。

2．2鋼圍堰浮運

2．2．1鋼圍堰錨點和定位錨設置

在3號墩第1節鋼圍堰共設置3cm厚鋼板錨栓塊5個（作為鋼圍堰錨點），其中上游3個，下游2個。錨栓塊設置于第1節鋼圍堰頂部以下80cm處鋼圍堰環向加勁板上，并將與錨栓塊連接附近的鋼圍堰面板進行加強，以保證加強板焊接質量。錨栓塊焊接完成后對焊縫用煤油作滲漏檢查。在3號墩上、下游河岸200m處挖坑各埋置1個重約10t的混凝土錨，河中上游150m拋置2個10t混凝土錨、下游100m處拋置1個5t混凝土錨。每個錨用直徑28mm鋼絲繩作吊索，用直徑16mm鋼絲繩拴住油桶作浮標。

2．2．2水下炸礁和墩位清理

因3號墩承臺大部分埋置于基巖面以下，其基坑需采取水下爆破技術。根據承臺尺寸標高和鋼圍堰設計確定炸礁尺寸：炸礁后基坑底標高為承臺底標高以下2．5m，炸礁平面尺寸直徑26m。在即將浮運鋼圍堰至3號墩位前，對3號墩進行墩位水下基坑清理：在3號墩上、下游正前方30m設浮標，用挖掘機清理3號墩位基坑里殘存的碴和卵石，如需要再用吸泥機進行補清。

2．2．3第1節鋼圍堰拼焊浮運

利用橋址區豐富的卵石，在緊臨5號～6號墩筑島區下游淺水區通過筑島設置拼裝平臺（拼裝平臺標高為83m），拼裝平臺與墩位筑島區順接，并做好平臺臨時設施及應急措施。第1節鋼圍堰分塊進行拼焊，對稱把已編號的分塊進行吊拼焊接，并做滲漏檢查和水密試驗檢驗，確保圍堰密不透水。鋼圍堰浮運前協調將下游浯溪水利水電樞紐工程水位漲到84．3m以上時，鋼圍堰能自然浮起，局部有阻力時用長臂鉤機掏挖卵石以降低筑島島面標高，用拖船把鋼圍堰拖出拼裝平臺至3號墩位處（其在3號墩吃水深度約為1．25m），使用定位錨上纜繩將鋼圍堰進行初步固定。第1節鋼圍堰浮運就位后，將4號墩～5號墩墩間筑島挖除，作為臨時通行航道。

2．3鋼圍堰接高

鋼圍堰接高時進行對稱拼裝，第1節鋼圍堰完全固定后，第2節的第1、第2塊需同時對稱拼裝在第1節上面，然后其他各塊同樣對稱地拼裝在上面，待第2節鋼圍堰全部拼裝完畢后，向鋼圍堰內刃腳位置處灌注C25混凝土，方量約40m3。待混凝土達到設計強度后，向各個艙內均勻加水，保證鋼圍堰均勻下沉，待鋼圍堰下沉至露出水面2m時，停止往艙內注水，準備進行第3節鋼圍堰的拼裝。第3節的第1、第2塊同時對稱拼裝在第2節上面，然后其他各塊同樣對稱地拼裝在上面，待第3節鋼圍堰全部拼裝完畢后，向鋼圍堰內均勻加水，使之均勻下沉。如此進行第4節拼裝。

2．4鋼圍堰就位

鋼圍堰接高并注水下沉過程中，在刃腳落入基坑前，動態調整鋼圍堰位置確保鋼圍堰定位偏差基本滿足要求，直到使刃腳即將進入基坑后，繼續向鋼圍堰隔艙內加水加重，用吸泥機吸泥配合鋼圍堰下沉，通過不對稱加水、吸泥進一步對鋼圍堰位置進行糾偏，使鋼圍堰繼續下沉直至刃腳整個支承在基坑底部設計標高處。雙壁鋼圍堰落底的允許偏差應符合下列規定：圍堰底面平均高程符合設計規定，圍堰最大傾斜度不大于圍堰高度的1／50，圍堰頂、底面中心位移不大于25cm再加圍堰高度的1／50，平面扭轉角不大于2°。下沉到位后采用吸泥機吸凈鋼圍堰內殘留淤泥、石碴及卵石等，并檢查刃腳處情況，為鋼圍堰封底做好準備工作。

2．5鋼圍堰封底

2．5．1鋼圍堰封底厚度設計3號墩鋼圍堰封底混凝土厚度2．5m，理論封底混凝土方量900m3。因整個鋼圍堰支承在炸礁后基坑底部，底部為完整基巖面（清理干凈），理論上封底混凝土與基巖面密貼且形成整體，圍堰抽水后不存在封底混凝土豎向浮力和彎曲應力問題。按最不利情況，封底混凝土在鋼圍堰及鋼護筒形成的樁的反力下，承受鋼圍堰抽水后產生的上浮力，圍堰內共10根直徑2．1m鋼護筒，最大水頭差按9m計（實際施工水位82m，承臺底標高74．6m）。圍堰豎向抗力合力包括鋼圍堰刃腳混凝土和滿水自重、封底混凝土與鋼護筒摩擦力、封底混凝土自重3部分，其豎向抗力大于1．2倍豎向浮力，圍堰穩定性滿足要求。封底混凝土彎曲應力取1m寬單元、按偏安全簡支近似計算，跨度取7．0m（樁與樁或圍堰最大間距），驗算彎曲應力為0．88MPa，小于0．96MPa，滿足要求。

2．5．2鋼圍堰封底混凝土灌注

鋼圍堰封底混凝土采用垂直導管法灌注，其與鉆孔樁灌注基本相同，所不同的是鋼圍堰底面積較大，采用多根導管依次灌注。根據鋼圍堰封底面積373m2和每根導管的作用半徑3m，在鋼圍堰內均勻布設12根導管，以便控制灌注混凝土量。導管間距為5m左右，混凝土流動坡度不陡于1∶5，每根鋼護筒布1根導管且置于鋼護筒之間。由于混凝土生產量所限，各導管不可能一次同時灌注時，采取逐根從周邊至中間的順序灌注。鋼圍堰封底混凝土灌注前，在沉井內垂直放入內徑320mm的鋼制導管，導管底部距基底面200～250mm，導管頂部與漏斗相接，漏斗與具有一定容量的混凝土儲倉相接。灌注前，把漏斗、儲倉裝滿混凝土。在一切準備工作就緒后，打開導管閥門，此時導管內的空氣和水在混凝土的重壓下由導管底口排出，瞬間混凝土通過導管壓向基底，在導管周圍堆成一個平坦的混凝土圓錐體，將導管底口埋住使水不能從底口進入導管。繼而使混凝土通過導管源源不斷地灌入錐體內。隨著導管的提升，混凝土在水下攤開和升高，直至達到設計標高。封底完成后可摘掉錨繩，待封底混凝土達到一定強度后，抽出鋼圍堰內水，對承臺范圍內封底混凝土進行整平，并上鉆機進行沖孔作業。

2．6鋼圍堰施工保證措施

鋼圍堰施工過程中，需建立完善的安全保障體系和施工過程各環節的安全應急預案，并從資金上保證各項安全措施的有效實施。鋼圍堰吊裝、安裝過程中，需統一指揮、信號明確，嚴禁多人指揮。鋼圍堰組拼或定位時，設置纜風繩并下錨固定，在錨碇路線上設浮標；保證拼裝平臺的刃腳支墊和分塊的支撐牢靠，吊拼的分塊拉纜風繩，防止擺動時碰撞已就位的分塊；拼裝就位打好支撐，拉好纜風繩后，吊機方可松鉤；吊起圍堰用的起重設備須經事前檢驗合格后方準使用；起吊下沉過程應分步進行，力求圍堰下放均勻平穩；圍堰的下沉宜選在水流平穩、天氣晴朗、風力不大的時間進行；在圍堰起吊下沉的施工范圍應設置防護標志和派專人守護，防止過往船只意外撞擊。

3結語

湘桂鐵路擴能改造工永州湘江1號特大橋3號墩雙壁鋼圍堰施工過程中，利用淺水區橋墩筑島平臺坡腳修整加高作為拼裝平臺，節省了場地；利用水電站的水位調節功能，使圍堰自浮，較鋼圍堰常規下水方式更方便快捷，工序更簡單；采用無導向船施工定位圍堰，節約了導向船及導向船上固定鷹架投入；結合施工現場環境并巧用浮力，定位準確，最大限度地降低了圍堰施工成本。

作者：王利強 單位：中鐵五局集團廣州工程分公司