水中双壁钢围堰施工技术
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摘 要：护筒在钻孔桩中，起着保护孔口的作用，对于顺利成孔有重要意义。大直径桩护筒要求较高的强度和高度，一般护筒满足不了要求，五里亭大桥水中大直径桩采用了双壁钢围堰代替护筒，取得了成功。本文结合大桥施工情况，论述了大型双壁钢围堰水中施工技术。
关键词：水中，钢围堰，施工技术
一、工程简介
韶关市五里亭大桥，全长505m，主桥长190M，桥面宽33m，跨径组合35M+120M+35M，横跨武江。支承120m主跨的主墩7号和8号墩位于水中，分别靠近东岸和西岸。主墩为单排双墩，采用大直径无承台墩身，基础为φ3.5m/φ3.0m大直径变截面桩，桩顶标高51.00m，护筒设计为直径4m的钢护筒。
武江通航标准为六级航道，水流缓慢。正常施工水位为53.086m，河床标高47.9m。7号主墩位于主航道，距东岸30多米。河床覆盖层为河卵石，覆盖层下为基岩。覆盖层厚4.1m。
二、施工方案选择
主墩钻孔桩设计采用反循环钻机施工，须建立承载力较大的施工平台，且7号主墩处水较深，又位于主航道，不能围堰筑岛。钢护筒的直径较大，强度、刚度不能满足要求。综合比较后，选择钢管桩栈桥作为固定平台，钢护筒变更为双壁钢围堰，围堰采用自制空气吸泥机不排水开挖下沉。
三、施工技术控制
1、施工平台
结合地质情况考虑，钢管桩栈桥采用振动锤施工。钢管桩采用直径60cm壁厚8mm的钢管，顺桥向跨距6m一排钢管桩，每排2根，采用两根16号槽钢斜撑交叉连接，每跨前后2根钢管用单根16号槽钢横撑水平连接，使全部钢管桩连接成一个整体。每排钢管桩顶用40号工字钢连接，顺桥向净间距 50cm铺7根40号工字钢，其上铺以10mm钢板作为桥面。
2、双壁钢围堰加工制作
考虑双壁钢围堰可能的施工偏差，围堰内径扩大到5.2m，外径为6.5m，壁腔宽0.65m，设计围堰高11.6m，重32t。内外壁用10mm钢板，采用75号角钢作水平横撑连接。壁腔内每2m高用8号槽钢做加强箍一道。考虑到围堰周长较长，为了方便壁腔浇筑混凝土，在壁腔内等距离设置4道竖向分隔板。由于桩顶位于水中，桩顶标高以上的围堰在施工结束后必拆除。为了方便施工，将围堰设计为3节，桩顶标高以上拆除部分为一节，高4.0m，桩顶以下分为2节，底节高4.1m，刃脚高1.7m。围堰在工厂加工，为方便运输，每节围堰分为两瓣，工地焊接成节。
3、节段吊装就位连接
由于围堰的重量和高度都较大，如连成整体后吊装就位，要使用两台50吨吊车，且节段焊接时，要用脚手架进行高空施工，不方便。因此采取了化整为零的方法，节段连接在桩位上进行。在选择连接方法时考虑了栓接和电弧焊焊接，最后确定需拆除的顶节与第二节外壁采用M12螺栓连接（枯水位时连接面露出水面即可拆除，内壁焊接，拆除时可用乙炔切割），底节与中间节采用电弧焊焊接。连接面焊缝焊满后可起到良好的防水效果，有利于下一步施工。围堰分节后最重的不超过12吨，高度不超过4.1m，使用20吨吊车施工。
桩位连接时，先使用四个10吨手拉葫芦将底节围堰悬挂在桩位上调平后，吊第二节对位焊接。对好位后先用钢板固定，然后施焊。外壁在栈桥平台上焊接；内壁预先在焊接面下一定高度焊上直径60mm钢管，铺上木板作为施焊平台。焊好后通过放松和替换手拉葫芦下放围堰，使焊接面降到平台面以上方便施焊的高度，以方便顶节焊接。
手拉葫芦用钢丝绳挂在工字钢上，通过钢丝绳与围堰的吊环连接。葫芦的位置按上下游方向和东西方向对称布置。在选择葫芦的吨位及个数时，根据围堰的重量和吊点对称布置的原则确定。如果水流冲击力较大，应考虑增加葫芦的总吨位，上游方向的葫芦吨位或数量应适当加大。
4、着床
围堰在桩位连接好后，用钢丝绳连接4个手拉葫芦（另有4个轮换）和围堰上的吊环，交替轮换下放到河床。吊环的位置根据平台到水面的高度H和手拉葫芦的最大伸长长度L确定，可与连接吊点结合考虑。吊环的间隔高度h小于葫芦最大伸长长度L（以便取出下面吊点的钢丝绳）。下放时，当4个葫芦接近最大长度时，挂上另外4个葫芦并继续下放使其受力后，取下已伸长的葫芦备用。如此轮流替换下放直至围堰着床，着床后中心仅向下游和东岸偏1cm。
5、壁腔回填
围堰着床后进行壁腔回填，壁腔回填物为C30混凝土，顶节壁腔回填河卵石，以便拆除施工。C30混凝土采用水下刚性导管浇筑。如果顶面不在同一平面上，应使用葫芦调平后再浇筑混凝土。为防止偏重导致围堰倾斜，浇筑混凝土时分层对称进行。考虑到浇筑混凝土后围堰有可能突然下沉，四个手拉葫芦在浇筑混凝土过程中同时受力，浇注过程中随时放松葫芦，避免受力过大损坏。
6、开挖下沉
开挖采用不排水下沉，使用自制空气吸泥机，配空压机进行开挖，空气吸泥机使用8吨吊车移动。
吸泥机在水面下的最小深度可按下式计算：
H＞〔hd3+h1（d2-d）〕/（d-d3）；
压缩空气压力可按下式计算：p=H/10+（0.2-0.5）。
说明：
⑴d、d2、d3―为水、水泥浆、水泥浆与空气混合体的相对密度；
⑵H―为吸泥器在水面下的深度，H一般不小于5m。
开挖应均匀进行，如有孤石可采用水下爆破清除。炮震时炸药应放在围堰中心，确保安全后进行。倾斜时采用偏除土方法，在刃脚高的一侧除土，随着下沉倾斜即可纠正。纠正位移时，先使围堰底面向偏移方向倾斜，然后沿倾斜方向开挖下沉，直至底面中心与设计中心位置相重合。
吸泥机管口离砂石面15～50cm，并通过升降吸泥机和晃动管身取得最佳效果。还可采用“憋风”的办法，即暂时关闭风阀，稍停2～3min后猛开风阀，使风压风量骤然加大。使用吸泥机开挖应注意内外水压的平衡，可设置水泵或虹吸管向井内补水，防止翻砂。
7、封底
围堰下沉到位后，要浇筑混凝土进行封底。封底不仅可以保护孔口，防止涌砂塌孔，还可以将围堰与基岩连接起来，增强护筒的稳定性。封底前先用钢管探测，确定地面为基岩后，采用水下刚性导管法进行浇筑，浇筑前先用空气吸泥机清理干净基岩上的卵石，混凝土浇筑高度为2m，超过刃脚高度0.3m。封底时应先清理基底，将淤泥、卵石等清除干净，若有强风化岩，应采取措施除去后才能封底。
8、导向措施
围堰一旦产生偏差，很难纠正。为确保围堰准确就位，下沉中采用导向架控制下沉定位。导向架做成井字形框架，由上下两层井字形平面框架和竖向导向工字钢构成。竖向工字钢采用40号工字钢深入水中，插到河床面。井字形平面框架支承在钢管桩之间的工字钢上。围堰所受的水平冲击力由下游竖导向工钢和上平面框架的上游工字钢共同承担。下游竖导向工钢承受的力传到平面框架上，最后传到钢管桩上。由于竖导向水中部分为悬臂结构，承受力较小，当围堰顶端向上游倾斜时，会受到上平面框架的限制，同时考虑到围堰受水流影响将会偏向下游，下游的竖向工字钢在焊接时向上游偏移3cm。
9、控制测量
采用不排水开挖，围堰下部沉入水中，底面中心不能直接测量。根据几何关系进行推算，下沉中，上下游方向高差为h，顶面中心向下游偏移量为a，围堰直径为D，高度为H。求围堰的倾斜度α及底面中心的偏移量b。则α=arcsin（h/D），b=H*sinα±a=H*h/D±a（当围堰上、下面中心在设计中线的同侧时为“+”，在异侧时为“-”）。
四、结束语
1、围堰自重较大，在施工时化整为零分节施工，避免使用大吨位吊车，节省费用、降低施工难度。
2、导向架对水中施工准确定位具有重要作用，在施工中根据围堰的形状做成不同的形状，在围堰下放过程中，可用楔块调节围堰的中心。
3、围堰下沉施工时间根据天气情况选择，尤其要避开洪水或导致水流加快的雨季，给下沉留出一定时间，避免水流冲刷导致围堰偏移、倾倒。
4、通过实践证明，合理选择施工方案，精心组织施工，双壁钢围堰代替大直径桩护筒是完全可行的。