某特大橋主墩鋼圍堰施工技術(shù)
2017-04-10
1工程概況
廈深鐵路5標(biāo)段某特大橋在某縣跨越榕江，跨江主橋為4跨連續(xù)鋼桁梁柔性拱橋，跨徑組成為110m+220m+220m+110m，其中71～73號三個主墩位于榕江深水區(qū)，設(shè)計為低樁承臺群樁基礎(chǔ)，主墩承臺采用雙壁鋼圍堰圍水后干施工橋位區(qū)域榕江江面寬850m，受下游人海口海水的潮汐影響，為感潮水域段，屬不規(guī)則半日潮，每日兩潮，一次漲落歷時約13小時，橋址處河床覆蓋層主要為淤泥質(zhì)粘土，內(nèi)夾貝殼。
2鋼圍堰制作與就位
2.1鋼圍堰結(jié)構(gòu)
主墩鋼圍堰由壁體、刃腳、內(nèi)撐等三大部分組成。
壁體主要由隔艙板、箱形梁、水平環(huán)板、水平斜桿及內(nèi)外壁板構(gòu)成。刃腳高度2.0m，作為圍堰底節(jié)的組成部分一道加工，刃腳砼澆筑高度2.0m。在內(nèi)撐位置設(shè)置豎向箱形梁作為一級支撐結(jié)構(gòu)，水平設(shè)置環(huán)形板作為二級支撐結(jié)構(gòu)，垂向設(shè)置角鋼次梁為三級支撐結(jié)構(gòu)，內(nèi)外壁之間通過水平斜桿和水平環(huán)板連接而形成整體。
內(nèi)撐用型鋼構(gòu)成平面框架，與鋼圍堰箱形梁一起形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體系，另外設(shè)置豎向支撐，減小受壓桿件的自由長度。
在圍堰壁體設(shè)置補水管，補水管標(biāo)高在低水位以下，在圍堰下沉前打開蓋板，保持圍堰內(nèi)外水位平衡，在圍堰抽水時關(guān)閉補水管蓋板，圍堰內(nèi)外隔開，一個鋼圍堰設(shè)置4個直徑300mm的補水管。
2.2鋼圍堰制作與運輸
鋼圍堰按現(xiàn)場施工要求分節(jié)在工廠加工，鋼圍堰高度21m，豎直方向分四節(jié)，第一、二節(jié)高度均為4.5m，第三、四節(jié)高度均為6.0m，水平方向分為14塊，分塊單元最大尺寸7.8x6m，最大重量16.8t。
鋼圍堰塊件由加工廠用汽車運到下河碼頭，再用駁船運輸至墩位。
在運輸過程中，以及各分塊在起吊、裝卸、擱置過程中，應(yīng)在規(guī)定的吊點掛索，吊點位置加設(shè)臨時撐桿，防止塊件變形，吊點位置要進(jìn)行局部加固處理。
2.3鋼圍堰拼裝
鋼圍堰拼裝參照壁體分塊圖，采用兩個吊點反對稱方式拼裝各塊段。
2.3.1底節(jié)拼裝
鋼圍堰底節(jié)高4.5m，平面上分14塊。底節(jié)在墩位拼裝平臺上逐塊安裝，并焊接成整體。
底節(jié)塊件拼裝前，在平臺上通過測量放樣塊件的輪廓線，在輪廓線位置焊接定位件，每個塊件焊4個定位件，以此控制鋼圍堰下口的平面位置。
吊機(jī)將圍堰塊件吊起至安裝位置，下口通過定位件就位后，與定位件臨時焊接固定，上口用型鋼和手拉葫蘆與鋼護(hù)筒臨時連接固定，根據(jù)測量結(jié)果對圍堰塊件進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到設(shè)計要求后，塊件之間間進(jìn)行焊接連接。
塊件現(xiàn)場焊接時，組織技術(shù)最好的焊工進(jìn)行焊接，并對所有壁板及隔艙板焊縫進(jìn)行煤油滲透試驗，如發(fā)現(xiàn)有滲透現(xiàn)象，應(yīng)及時進(jìn)行補焊。
2.3.2水上接高拼裝
鋼圍堰底節(jié)下水自浮后，其余三節(jié)鋼圍堰在水上用吊機(jī)逐塊拼裝、焊接，拼裝前在下一節(jié)圍堰的上口外側(cè)焊接臨時操作平臺，焊接定位件，水中部分的圍堰依靠導(dǎo)向裝置穩(wěn)定在水中，兩個吊點反對稱同步吊安圍堰塊件，拼裝前控制圍堰干舷高度2.0m左右，任何時候圍堰干舷高度不小于1.0m，拼裝、焊接要求同底節(jié)拼裝。
3鋼圍堰沉放
3.1鋼圍堰沉放施工步驟
第一步：下放前準(zhǔn)備，安裝導(dǎo)向裝置和下放系統(tǒng)，吊桿收緊，準(zhǔn)備下放。
第二步：底節(jié)整體起吊，割除牛腿，選擇在低平潮下放底節(jié)，底節(jié)入水自浮后，檢查密水情況，隔艙內(nèi)灌水下沉，控制干舷高度2.7m。
第三步：解除底節(jié)下放系統(tǒng)，水上接高鋼圍堰第二節(jié)，澆筑刃腳砼2.0m，隔艙內(nèi)灌水下沉，控制干舷高度2.8m。
第四步：水上接高鋼圍堰第三節(jié)，隔艙內(nèi)灌水下沉，圍堰入水9m后，利用導(dǎo)向裝置和圍堰上口的手拉葫蘆控制圍堰的平面位置和傾斜度，在平潮期間灌水下沉、著床，測量圍堰平面位置和傾斜度，滿足設(shè)計要求后，繼續(xù)灌水下沉，圍堰刃腳入河床約2.6m，控制干舷高度2.4m。
第五步：水上接高鋼圍堰第四節(jié)，澆筑隔艙砼7m，繼續(xù)灌水下沉，同步在圍堰內(nèi)吸泥，在下沉困難時，采取在隔艙內(nèi)灌砂壓重，直至刃腳達(dá)到設(shè)計標(biāo)高。
3.2鋼圍堰底節(jié)整體下放
鋼圍堰底節(jié)在平臺上拼裝、焊接成整體并完成焊縫檢查及油滲試驗后，用8臺千斤頂配精軋螺紋鋼筋整體下放、入水。
3.2.1下放系統(tǒng)
下放系統(tǒng)由下放架、下放千斤頂、上錨板、下錨板、撐腳、油泵和精軋螺紋鋼筋組成。
下放千斤頂選用8臺100t穿心千斤頂，張拉行程200mm，精軋螺紋鋼筋選用780級的φ32精軋螺紋鋼筋，理論提升能力480t。
3.2.2下放系統(tǒng)布置
8個下放系統(tǒng)分別布置外側(cè)8個鋼護(hù)筒上，型鋼下放架焊接在鋼護(hù)筒上，下放架頂面標(biāo)高為+8.36m，千斤頂和撐腳安裝在下放架頂面，并對準(zhǔn)鋼圍堰壁板上的吊點，
3.2.3下放工藝
在千斤頂、油泵、撐腳安裝到位后，將精軋螺紋鋼筋的一頭穿過千斤頂，穿入壁板上的吊點內(nèi)，在吊點板上下各裝一個螺帽，上、下錨板各裝一個螺帽。在鋼圍堰下放前，做好4項工作：①對提升系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，以確定每臺千斤頂?shù)墓ぷ鳡顟B(tài)處于良好狀態(tài)，檢測伸縮行程是否一致；②根據(jù)各千斤頂在圍堰平衡下放時的荷載進(jìn)行逐一預(yù)拉；③完成預(yù)拉后，擰緊下螺帽，將主頂活塞向下縮回到統(tǒng)一的高度位置，作為整個系統(tǒng)的下放起點；④將圍堰提起3～5cm檢查圍堰上的吊點及千斤頂下放系統(tǒng)-和圍堰結(jié)構(gòu)是否正常。檢查無誤后拆除拼裝平臺，割除平臺牛腿，正式開始下放。
4圍堰沉放主要工藝措施
4.1鋼圍堰內(nèi)吸泥
每個鋼圍堰內(nèi)需清淤約6500m3，在鋼圍堰著床后，在圍堰內(nèi)同步進(jìn)行清淤工作。采用2套空壓機(jī)氣舉吸泥系統(tǒng)、2個1.5方抓斗、2臺大直徑吸泥機(jī)清淤，直至刃腳到達(dá)到設(shè)計標(biāo)高位置。
空壓機(jī)氣舉吸泥系統(tǒng)主要由空壓機(jī)、吸泥導(dǎo)管、供氣管、射水管、高壓水泵組成，采用高壓射水破土，由2臺20m3空壓機(jī)帶動進(jìn)行氣舉吸泥。
對圍堰內(nèi)分層吸泥除土，每層厚度不超過50cm，從圍堰中心開始吸泥，逐漸由中心向外呈放射狀園環(huán)移動吸泥，使圍堰內(nèi)河床形成“鍋底”，圍堰在下沉重力作用下，克服下層阻力而下沉。當(dāng)圍堰出現(xiàn)傾斜或偏位時，根據(jù)圍堰內(nèi)周邊測得的水深，換算出泥面標(biāo)高，并依此現(xiàn)場制定吸泥糾偏方案。
圍堰下沉過程中，關(guān)鍵是對各種形態(tài)下圍堰下沉系數(shù)的掌握。每個工班，測量2-3次圍堰內(nèi)壁周邊水深，換算出圍堰內(nèi)壁處對
應(yīng)的泥面標(biāo)高，當(dāng)此泥面標(biāo)高低于刃腳標(biāo)高1.0m，圍堰仍不下沉?xí)r，說明圍堰下沉重力不夠，則向隔艙灌水或灌砂，以增加圍堰的下沉重力。
圍堰內(nèi)吸呢應(yīng)力求均勻，使其保持平穩(wěn)下沉，如圍堰一直是傾斜的，則應(yīng)停止吸泥，由潛水員對圍堰刃腳周邊進(jìn)行探摸。如有異物(如木頭、鋼管等)，應(yīng)及時取出，然后才能繼續(xù)吸泥下沉。
由于淤泥質(zhì)粘土的粘性很大，在鋼圍堰內(nèi)撐下面形成一堵泥墻，采用高壓射水效果不是很明顯，后采用潛水員在墻體安裝炸藥，炸藥每次控制在1Kg左右，多次爆破后泥墻體坍塌，吸、抓泥而出。
4.2鋼圍堰定位
4.2.1平面位置
鋼圍堰平面位置粗調(diào)通過在鋼圍堰壁體內(nèi)壁板與鋼護(hù)筒間設(shè)置的導(dǎo)向裝置來實現(xiàn)。著床時的平面精確控制主要通過圍堰內(nèi)圍設(shè)置的手拉葫蘆和夾壁內(nèi)注水未實現(xiàn)。鋼圍堰在覆蓋層中下沉?xí)r的平面控制依靠吸泥和壓重調(diào)整。
4.2.2標(biāo)高及其垂直度控制
鋼圍堰垂直度由定位裝置及下沉工藝進(jìn)行調(diào)整調(diào)控。由于拼裝誤差，平面位置、標(biāo)高與垂直度在實際施工中可能出現(xiàn)難以同時達(dá)到要求的情況，此時則以垂直度和頂口處平面位置控制為主。
控制方法：
圍堰在注水下沉?xí)r，由于水流和淤泥對圍堰產(chǎn)生部分不平衡作用，使得河床上、下游標(biāo)高不一致，為維持圍堰平面位置，此時需要通過向各個隔倉內(nèi)不等量注水來調(diào)整圍堰平面高差。同時通過吸泥進(jìn)行調(diào)整。下沉過程中，應(yīng)隨時分析，研究測量資料，掌握圍堰下沉進(jìn)度和偏移情況，一旦發(fā)生偏移，分析原因，調(diào)整圍堰下沉吸泥部位及局部加重進(jìn)行糾偏，保證圍堰平穩(wěn)下沉。圍堰內(nèi)注水根據(jù)外圍水位的變化對圍堰水位進(jìn)行控制，依靠抽加水位未調(diào)節(jié)。
4.2.3鋼圍堰固定
鋼圍堰標(biāo)高控制主要是通過在夾壁內(nèi)注水未進(jìn)行調(diào)整，并在鋼圍堰標(biāo)高到位后，在鋼圍堰四周盡快安裝反壓牛腿。反壓牛腿采用136b。反壓牛腿在高潮位時承受淤泥厚度沖刷變化下圍堰向上的浮力。
經(jīng)抽水調(diào)整，使鋼圍堰頂口略為頂住反壓牛腿下表平面，馬上組織焊工將鋼圍堰頂口與反壓牛腿進(jìn)行焊接，反壓牛腿與鋼護(hù)筒連接，反壓牛腿焊接要及時并且8個位置同步進(jìn)行。
5鋼圍堰封底
5.1基底找平及側(cè)壁清洗
圍堰達(dá)到設(shè)計標(biāo)高后，圍堰基底找平，拋填30cm左右碎石墊層，潛水員下水整平。用高壓水槍對圍堰刃腳內(nèi)側(cè)、樁身周邊淤泥殘留物進(jìn)行清洗。
5.2搭設(shè)封底平臺
封底平臺由第四道內(nèi)支撐和安裝在鋼圍堰頂口的貝雷梁組成。兩組貝雷梁分別布置在橋軸線兩邊各4.0m位置，在貝雷梁和內(nèi)支撐頂鋪設(shè)型鋼和模板，作為溜槽布設(shè)和人員行走平臺。
5.3灌注系統(tǒng)布設(shè)
在墩位中間鋼護(hù)筒上安裝一個20m3的中心儲料盆，中心儲料盆設(shè)8個放料口。
中心儲料盆與10個小料斗間以溜槽連接，中心儲料盆出料口搭設(shè)高度根據(jù)小料斗頂口高度，混凝土溜送距離及溜槽坡度確定，溜槽坡度按不陡于1：3搭設(shè)。
按水下封底砼5m擴(kuò)散半徑布置封底導(dǎo)管，共布置10根導(dǎo)管，導(dǎo)管直徑φ300mm，導(dǎo)管使用前作水壓、水密性實驗，合格后使用，試驗的水壓按水深的1.5倍取值。導(dǎo)管用手拉葫蘆吊掛于平臺梁上。
5.4測深點布置
在圍堰內(nèi)各導(dǎo)管位置和砼流動困難的區(qū)域布置測深點，共布置26個測點。準(zhǔn)備測量錘26個，每個重量3kg，測繩25mx30根，并校核其長度，
每個澆筑點及測點處平臺標(biāo)高提前測出，作為測量混凝土面的依據(jù)，并用油漆標(biāo)示在該處。
5.5混凝土生產(chǎn)和運輸
主墩封底砼由3號拌合站生產(chǎn)，拌合站兩臺1200型主機(jī)，實際拌合能力按100m／h考慮，能滿足封底砼連續(xù)澆注的要求。
6結(jié)束語
某特大橋3個主墩，在第一個主墩施工時由于對地質(zhì)的樂觀估計，致使施工設(shè)備準(zhǔn)備不足，圍堰下沉施工用了近3個月的時間，后面兩個主墩在吸泥設(shè)備上加以投入，在吸泥方法上加以改進(jìn)，每個主墩吸泥下沉用了不到一個月的時間。本工程的施工經(jīng)驗對同類工程施工具有較好的借鑒作用。
參考文獻(xiàn)：
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