安慶長江大橋5#墩雙壁鋼圍堰設(shè)計與施工
2017-07-31
1 工程概況
安慶長江鐵路大橋是南京至安慶城際鐵路和阜陽至景德鎮(zhèn)鐵路的重要組成部分，大橋全長2996.8m，其中主橋采用跨101.5+188.5+580+217.5+159.5+116m的鋼桁梁斜拉橋。5#墩采用實心墩，墩身寬28m，厚4.5m。墩帽寬33m，厚5m。承臺采用矩形，長度為38.7m，寬度為17.7m，厚度為6m。基礎(chǔ)采用行列式布置，共15根Ф2.5m鉆孔樁基礎(chǔ)，樁基為高樁承臺基礎(chǔ)，按摩擦樁設(shè)計， 5#墩樁長為51m。
水文、地質(zhì)條件：
橋址河段處于長江下游非感潮河段，水流為單向流，一般每年5～10月為汛期，11月～次年4月為枯水期。據(jù)1924～1999年資料統(tǒng)計，其潮位特征如下：
歷年實測最高水位：16.80m（1954.08.1，黃海，下同）
歷年實測最低水位：1.62m（1929.01.20）
橋址區(qū)位于安慶盆地內(nèi)，盆地基巖由上白堊統(tǒng)宣南組砂礫巖、泥質(zhì)粉砂巖、砂巖組成。主橋5#墩處于長江河床主河道安慶側(cè)，上覆第四系地層呈松散～中密狀?？讟痘A(chǔ)持力層為微風化泥質(zhì)粉砂巖。
2 雙壁鋼圍堰設(shè)計及檢算
雙壁鋼圍堰主要由三部分組成：側(cè)板、內(nèi)支撐體系和封底混凝土。根據(jù)5#墩承臺底面高程、施工時期水文情況等，5#墩圍堰按照高度25.6m設(shè)計，圍堰頂高程為+9.5m，底高程為-17.0m，承臺底高程為-11.14m。圍堰平面尺寸為42.1m×21.1m，共設(shè)置2道內(nèi)支撐，封底混凝土厚5.0m。圍堰分底、中、頂三節(jié)制作，共重1624.4t。
2.1 圍堰結(jié)構(gòu)選材
圍堰壁板：由內(nèi)外側(cè)鋼板、豎向加勁肋、水平桁架及豎向隔倉板（隔倉桁架和隔倉面板）組成。圍堰壁板采用6mm厚鋼板，水平環(huán)板分別采用10、14、16mm鋼板，隔倉板采用14mm厚鋼板；豎肋采用∠75×50×6mm角鋼，水平桁架采用∠125×10mm角鋼。圍堰內(nèi)支撐：采用Φ800×16mm及Φ600×8mm鋼管。
封底混凝土：封底混凝土強度為C25，厚度為5m，井壁混凝土強度為C20， 高度為12.22m。
2.2 圍堰分析計算
2.2.1 圍堰受力分析考慮荷載
1）水平荷載：水壓力、土壓力、波浪力、風力；
2）垂直荷載：圍堰自重、圍堰側(cè)壁填充砼自重、灌水自重、封底砼自重、水浮力、粘結(jié)力（封底砼與護筒、鋼圍堰與側(cè)壁土粘結(jié)力）。
2.2.2 設(shè)計檢算方面
1）圍堰下沉穩(wěn)定計算；
2）圍堰下沉到位、封底前的抗滑移計算；
3）圍堰封底抽水工況計算；
4）圍堰整體抗浮計算；
5）圍堰側(cè)壁強度計算；
6）圍堰內(nèi)支撐圍檁計算。
3 雙壁鋼圍堰施工
3.1 拼裝前準備
5#墩鋼套箱在生產(chǎn)區(qū)鋼結(jié)構(gòu)車間分節(jié)分塊制造。圍堰加工完成后，應(yīng)按拼裝后位置對塊段進行編號，以備分塊組拼。先將小塊的圍堰在600t鐵駁上組拼成10大塊，以便于整體吊裝。
在鋼護筒上采用貝雷梁搭設(shè)圍堰拼裝平臺，在平臺上組拼鋼圍堰，然后，接高鋼護筒，在其上安裝鋼圍堰的吊掛系統(tǒng)。吊掛系統(tǒng)安裝完成后，利用浮吊使吊點位置相應(yīng)圍堰塊段在吊掛位置直立，吊掛系統(tǒng)放松預(yù)應(yīng)力筋，將掛梁上的吊耳與圍堰連接板用鋼銷連接固定，收緊吊掛預(yù)應(yīng)力筋，至浮吊鋼絲繩放松，移開浮吊吊鉤，放松吊掛預(yù)應(yīng)力筋，使圍堰塊段緩緩降至拼裝平臺的貝雷梁組上，設(shè)置臨時限位固定圍堰塊段下端。
3.2 底節(jié)圍堰拼裝
將與固定好的圍堰塊段相鄰的部分用浮吊吊至貝雷梁組上的大致位置處，在固定好的圍堰塊段壁板上焊接臨時接口板，利用浮吊精確對接，焊接圍堰壁板和水平環(huán)板，完成后再將新拼接的圍堰塊段下端臨時固定，繼續(xù)拼接下一塊圍堰。
3.3 底節(jié)圍堰下放
底節(jié)圍堰拼裝完成后，收短吊掛系統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力筋，將底節(jié)圍堰提升20cm，拆除拼裝平臺上長出多余的貝雷梁組，分段吊到駁船上，拆除圍堰下放線路上的貝雷梁。
逐步伸長預(yù)應(yīng)力筋，使底節(jié)圍堰緩慢下放，接長預(yù)應(yīng)力筋，使圍堰下放到水面，自浮在水面上。
3.4 第二三節(jié)拼裝順序
第二、 三節(jié)圍堰接高順序按從圍堰長邊中部向兩短邊進行，對稱施工保持圍堰的穩(wěn)定性。
3.5 接高圍堰
接高前，在底節(jié)圍堰頂用型鋼設(shè)置圍堰接高平臺。拼接施工時以底節(jié)圍堰為基準，初步定位、測量放樣、精確定位、焊接安裝。在接高施工時按照編號對稱進行施工保持圍堰的穩(wěn)定性。在完成所有節(jié)段的組拼后，對焊縫質(zhì)量、側(cè)板水密性及吊箱尺寸、安裝精度進行檢查驗收，拆除底節(jié)圍堰上的臨時施工平臺移至中節(jié)圍堰的頂面，作為頂節(jié)圍堰接高時的操作平臺。頂節(jié)圍堰接高步驟同中節(jié)圍堰。
4 圍堰吸泥下沉
圍堰在覆蓋層中下沉的阻力來自兩個方面，一是刃尖下土的正面阻力，二是圍堰外壁與土層間的摩阻力。圍堰在覆蓋層中下沉就是消除或減少刃尖下的正面阻力，靠圍堰的自重克服外壁的摩阻力而下沉，而消除或減少正面阻力的方法就是從圍堰內(nèi)吸泥除土，降低圍堰內(nèi)泥面高程。
1）圍堰著落河床后，根據(jù)圍堰內(nèi)實測泥面的情況，決定在圍堰內(nèi)的吸泥部位。吸泥部位應(yīng)視圍堰的傾斜情況，使圍堰高的一邊首先下沉并逐步使圍堰頂面調(diào)平，要一面測量，一面吸泥調(diào)平下沉。 2）當圍堰調(diào)平后，傾斜率小于1%時，可在圍堰內(nèi)均衡吸泥，這時圍堰中心處泥面可低于刃尖2m，刃尖處泥面應(yīng)與刃尖平齊，不宜低于刃尖。
3）在下沉過程中，要不斷調(diào)整圍堰的傾斜和位移。在糾正傾斜和位移前，應(yīng)先摸清情況，分析原因，然后采取相應(yīng)的措施。
4）鋼圍堰在下沉過程中和下沉完畢后， 將引起水流流態(tài)的變化，導(dǎo)致5#墩附近河床加快局部沖刷，故此在泥吸下沉中容易出現(xiàn)砂涌。大量翻砂將會引起嚴重的不良后果，一是可能造成圍堰傾斜，二是由于流砂急驟涌入圍堰內(nèi)，圍堰內(nèi)部水頭迅速上升，形成圍堰內(nèi)外水頭高差懸殊，使圍堰破壞。因此在圍堰下沉過程 ，必須避免翻砂現(xiàn)象的發(fā)生。
5）及時掌握圍堰內(nèi)的吸泥濃度及泥面高差，吸泥時每2小時測一次圍堰內(nèi)泥面高度，并根據(jù)圍堰中的泥面情況繪制等高線圖及時分析，隨時調(diào)整吸泥部位。
6）保證對圍堰內(nèi)的補水，保持圍堰內(nèi)外水頭平衡或圍堰內(nèi)水頭高于圍堰外，值班人員應(yīng)隨時觀察圍堰內(nèi)外水位高度，圍堰內(nèi)水頭不得低于圍堰外。
5 圍堰封底
該圍堰采用垂直導(dǎo)管法灌注水下封底混凝土。封底工藝流程：施工準備→清基→檢查驗收→封底平臺布置→圍堰封底
1）當雙壁鋼圍堰下沉至設(shè)計標高，進行圍堰范圍內(nèi)清基：采用空氣吸泥機吸泥法的施工工藝，把鋼圍堰范圍內(nèi)的覆蓋層全部清除，滿足封底厚度要求后，潛水工下水，用高壓槍對鋼圍堰刃腳內(nèi)側(cè)。護筒周邊進行沖洗，確保封底混凝土與圍堰內(nèi)側(cè)、護筒周邊接觸面有良好的握裹性。
2）在圍堰內(nèi)布置Φ273mm導(dǎo)管，長度23m，混凝土的流量半徑R約4.0m左右。每個灌注點灌注速度采用0.2m/h左右。
3）5#墩圍堰封底混凝土由水上混凝土工廠和岸上拌合樓同時供應(yīng)。水上混凝土工廠生產(chǎn)的混凝土，直接通過混凝土泵和輸送管道，泵至各導(dǎo)管中去進行水下封底混凝土灌注。
6 圍堰抽水
封底混凝土澆筑完成達到設(shè)計強度后，即可進行圍堰抽水作業(yè)。圍堰抽水步驟：
1）首先采用潛水泵抽水，抽水過程中，隨水位的下降，隨時觀測圍堰側(cè)板是否變形；
2）抽水至-13.0m時，暫停2小時查看圍堰內(nèi)水位是否快速上升，若有則再派潛水員下水尋找滲漏點并采取措施進行堵漏，若無則繼續(xù)抽水。
3）最后還剩1m左右的水深時用高壓射水對圍堰壁、護筒壁和封底混凝土沉淀泥漿再次進行清理，直至圍堰內(nèi)水全部抽干。
7 結(jié)束語
雙壁鋼圍堰在深水基礎(chǔ)施工中較常見，圍堰設(shè)、施工要綜合考慮地質(zhì)、水文、工期及圍堰制造運輸?shù)染C合風險因素，從安慶長江大橋水中雙壁圍堰施工情況來看，該項基礎(chǔ)止水方案施工較為順利，為承臺施工提供了可靠的安全質(zhì)量保障，為后續(xù)分項工程施工節(jié)省了工期，積累了經(jīng)驗。
【參考文獻】
[1]TZ210-2005 鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南[S].
[2]TZ213- 2005 客運專線鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南[S].
[3]TB10002.2-2005 鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].
[4]寧安鐵路安慶長江大橋施工設(shè)計圖[Z].
