洪屋涡水道大桥双壁钢围堰施工
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摘 要：本文主要叙述和探讨东莞某市政道路洪屋涡水道大桥双壁钢围堰的施工过程，采用的施工方法、施工安排、机具设备和施工方案等问题。对相关施工有参考价值。
关键词：特大桥；双壁钢围堰；施工
中图分类号：U445，55+6
文献标识码：B
文章编号：1008-0433(2010)06-0206-02
1 工程概况
洪屋涡水道特大桥地处广东省东莞麻涌镇，是东莞西部快速通道麻涌过境段的控制工程。该桥为双向四车道特大桥，荷载标准公路―1级，主跨布置为56m+112m+56m刚构连续梁，中孔112m系对应老桥通航孔设置的孔跨。主桥墩19、20、21号为双肢薄壁墩，基础为钻孔桩基础。钻孔桩桩径为ф1.5m及ф1.8m两种。水中墩基础采用双壁钢围堰和栈桥施工，全桥处于直线平坡上。
2 施工方案的选择
共提出了三种双譬钢围堰施工方案：①墩位附近预制；②岸边预制。通过滑道下水方案；③在岸边挖坑预制，掘堤放水，浮运用拖拉就位。经优化比选。选择了挖坑预制方案。理由有二：①墩位附近预制需拼装浮箱平台并抛锚。影响水道通航。②浮箱施工方案和滑道施工方案工艺复杂，机料来源困难：而挖坑预制方案只需简单机具和一般劳动力，工艺简单，易于组织施工，
3 双壁钢围堰的设计与施工
3.1 双壁钢围堰的设计及结构特点
3.1.1双譬钢围堰的设计
双璧钢围堰的内径由承台外接圆直径、施工误差和承台模板来确定：钢围堰的高度由钢圈堰刃脚置于河床稳定土层的标高及施工水位标高以上0.5m～1.0m来确定：双壁钢围堰的厚度根据其承受的水压力及堰顶钻机平台和钻机等施工荷载来计算确定。封底混凝土的厚度由钢围堰同封底混凝土作为整体在抽水作承台时抵抗最大浮力所需的厚度和抵抗最大负弯矩所需强度来确定。 根据本桥的实际情况，钢围堰的设计参数为：内径r=15.0m，壁厚δ=-1.0m。围堰高H=9.6m、内外壁板各采用5mm和8mm的钢板，水平加劲肋采用L100×100×12的角钢，竖向加劲肋采用L75×50×6的角钢。
3.1.2结构特点
双壁钢围堰是一带有刃脚环形双壁水密全焊钢结构井筒。底部以刃脚封闭。施工时有自浮能力和承载能力，可在其上面搭建工作平台。承受钻机重量和其他工作荷载。进行钻孔和浇筑水下混凝土施工，双壁钢围堰为圆形结构，整个结构用电焊焊接，且要求水密。整体由以竖向角钢为加劲的内外壁板及数层环形水平桁架组合而成一体(结构如图1所示)，在内外壁板间设有竖向隔舱板，把整个钢壳等分成八个互不连通的隔舱；内外壁间以钢性支撑联接。
3.2 钢围堰的加工和下水
3.2.1钢囤堰构件加工 弧形构件加工需在20×20m的砼地坪上进行，要求地坪表面平整，高差不得超过5mm。因我部无大型冷轧加工设备，若委外加工费用高昂。经集思广益。因陋就简，在保证加工精度，不降低构件截面强度的前提下，创造了对角钢割缝冷弯成型后密焊的工艺，并用弯轨器制作简易卷板机卷制14mm钢板，成功解决了这一难题。 弯制L100×100×100mm角钢时，先对角钢一肋割缝开口。内圈角钢间隔20cm开一平缝，缝宽2mm；外圈角钢间隔20mm开一张口缝。外口宽为5mm。在一块20mm厚钢板上按弧形角钢半径放样，按弧形半径放置八块14mm钢板，根部焊牢在20mm钢板上做成弯制模型。弯时将角钢开口肋水平放置嵌入模型，两端各挂一个3t倒链滑车将角钢拉弯至与模型紧贴。用电焊将割缝焊死，逐段弯制，待整根弯制成型后翻转角钢焊死焊缝隙背面。如焊缝冷却后角钢变形，可重新在模型上冷弯校正。如图2所示，
卷制刃脚钢板系利用P50弯轨器加工成简易卷板机，其原理是利用14mm钢板受间隔冷压后变形。钢板分别按条形和扇形下料后，按10cm等分划线，按划线位置施压，施压下沉量应考虑钢板的弹性变形。
角钢和钢板弯制成型后应在地上放大样检查加工精度，不合格的应从新校正。
3.2.2钢围堰拼装
钢围堰在岸边开挖的工作坑内拼装，工作坑与河岸距离应保证河堤稳定，不致坍塌或漏水，但过大则增加开挖浮运通道工作量，应结合地质条件、水差、降排水措施综合考虑决定，坑底标高应考虑浮运时水位能使钢围堰浮起并距坑底有1m的富余量。坑壁应用护壁砼或钢板桩稳定。但不宜放坡开挖，以便影响吊车在坑边作业。工作坑四周对称布置六口降水井，有效降水使坑底保持干燥无水状态以便施工。坑底直径应保证钢围堰外壁与坑壁间有1m的工作空间(详见图3)。双壁钢圉堰自刃脚开始拼装，刃脚在砼地坪上分块朝天拼装。在地面砼地坪上放出大样，按八分之一块制作好后，吊入拼装工作坑内，翻转合拢，再焊加劲钢板。因刃脚钢板厚达14mm，为保证焊透焊缝须开V形或X形坡口。由于焊缝收缩导致块件变形，须设胎具施焊，为预防块件移动，吊装时变形，应在钢板间以16mm钢筋作临时加劲杆，
刃脚拼装成型后，即开始拼装钢围堰骨架。先树立竖向角钢，底部焊在刃脚上，因其不易自稳。可先树立3m高一段，之后拼组底层水平桁架，逐层向上拼组，稍后再树立竖向角钢。树立竖向角钢与拼装水平桁架交替进行，每次可使竖向角钢起出3m高，待达到设计高度后。树立全部竖向角钢。采用这样的拼装程序好处在于骨架可以自稳，工人可以在骨架上施工，不需另设脚手架，骨架拼装过程中，应严格保证加工精度，不垂直度不得大于2％，钢围堰直径偏差不得大于5cm，构件形位偏差不得大于3cm。可用垂球、钢尺逐层检查，使用起道机或倒链葫芦校正。角钢用砂轮切割机下料，接长时应对正位置不得偏心及弯拆。
骨架拼装至一定高度时可开始贴焊内外壁和5mm厚的隔舱板，以增加作业面，实现交叉作业，有利于加快施工进度。为减少立焊工作量，内外壁钢板在地面拼成大幅后用吊车或倒链滑车提升到位，用倒链滑车拉拢至骨架密贴后施焊。内外壁板允许互相搭接，亦允许加盖板焊接，但上下层隔舱板应对准，所有搭接缝应满焊。内外壁和隔舱板焊缝应保证不漏水，用油浸水密试验检查，不合格应补焊。为便于内外壁板施焊，可用钢筋加工单人工作吊篮，用倒链滑车悬挂，便于上下左右移动(如图4所示)。
在钢围堰外壁预定切割位置应用小直径钢筋焊一圈，以备将来潜水员找到切割位置・钢围堰外壁重心位置对称焊制六个耳环，供浮运时系缆之用(如图5所示)。
3.2.3钢围堰的下水
钢围堰加工完毕，一切准备就绪后，由挖泥船开挖浮运通道，掘堤放水，使钢围堰上浮，再由200kw的机动船牵引，浮运就位。
3.3 钢围堰的浮运与定位
浮运定位前，应做好两方面的工作：首先应测出围堰着床范围内的河床原始标高，并派潜
水员下水摸探，高低较大时，应进行水下爆破拆除，清除杂物，然后灌注刃脚砼，以确保围堰着床后刃脚有足够的刚度。
由挖泥船从工作坑开挖浮运通道至河中，浮运通道应保证浮运时钢围堰浮起大于1m，宽度应使两边各有2m的富余。
为保证浮运的绝对安全，浮运前应联系航道部门配合，航行船只慢行或短暂断航。钢围堰适当注水，降低重心高度，浮运时用两艘70t的驳船和ф28的钢丝绳夹住双壁钢围堰，然后用200kw的机动船拖拉就位。定位时用两台经纬仪同时交汇出墩中心位置，指挥双壁钢围堰移动，待围堰基本就位后，向四方抛锚，然后通过收紧锚绳，精确调整围堰位置。纵、横向定位误差一般可控制在10cm左右，围堰固定后开始向隔舱内灌水着床。如果下沉过程中偏斜，应抽水浮起再定位，一定要保证定位精度，注水应对称均匀进行。着床后则在钢围堰内用抓斗或空气吸泥机吸泥下沉，钢围堰重量不足时，可在双壁壳内灌水使内外壁分别承受相同水压：如在两壁间填充水下砼，使水压力由环形砼结构承受，则抽水深度可以很深，能满足深水基础施工需要。
3.4 搭建工作平台
工作平台可采用万能杆件、式军用梁、快装式桁梁、工宇钢束梁等搭设，由荷载、跨度决定。施工工作平台采用纵横工字钢束梁搭设，下层4组3150，上层4组3130，支点用八块20cm钢板，下用垫木找平：支点一定要水平方能保证受力均匀。工字钢束梁间用u型螺栓联接牢固，其上铺P43轨，上铺木板但需预留孔桩位置。
3.5 水下砼大封底
封底砼厚度为2.0m，施工时布置了六套直径为20cm的砼导管，设置两台拌合机。封底过程中，在围堰内布设了14个测点，以准确测出砼的扩散范围，便于指挥导管及时移动，避免局部封得过高或过低，封底砼标高误差多数能控制在10cm以内。
水下砼坍落度控制在20cm～22cm为宜，粗骨料粒径采用0.5cm～1.5cm的连续级配，并在砼中掺缓凝剂，凝结时间可达12h以上。
3.6 拆除钢围堰
桥墩完工后，即可切割拆除钢围堰，因运河水面至钢壳切割线的高度小于外壁板的隔舱能承受的水头高度，从而可在围堰内抽水，于空气中切割内壁板和隔舱板，然后在围堰内注水平河水水面上，潜水员水下切割外壁板，否则全部切割工作均须由潜水工在水下进行。钢壳内填充混凝土的表面不平，其上还不可避免地堆积有沉淀的泥沙或其他杂物。选择切割线位置时应考虑这一因素。一般切割线距离土面不宜低于1m。切割线宜定在水平桁架顶面不远处，使潜水工可以骑坐在水平桁架上工作。为使潜水工切割时能确切地掌握切割线位置，应沿切割线事先焊一圈钢筋作为标志。围堰切割成上下两节时，上节围堰受水流压力将冲向下游移动，而且可能在围堰断开的一瞬间突然移动，对潜水工安全的威胁很大。可在切割线的上下各焊一个连接构造，在其间以倒插螺杆形式连接。同时用方木将围堰上节支撑于墩身，以防倾倒。
4 主要机具材料表(见表1)
5 经济效益指标分析
在水中墩概算中，三个水中墩施工机械使用费约600万元，经估算原设计索吊方案成本约为450万元，约需人工工日2080个，需耗钢材560t：实际施工采用双壁钢围堰、栈桥方案共发生成本360万元，人工工日1540个，耗用钢材420t，经济效益显著。
6 结束语
6.1 施工方案的优化、选择是该桥按期完工的关键。对于在水不深、流速较慢的平原地区河流中，水中墩采用挖坑预制、掘堤浮运双壁钢围堰的施工方案。实践证明是行之有效、完全正确的。
6.2 双壁钢围堰集水上施工平台和阻水措施于一身，具有施工简便、高效低耗的优点，适用于不同条件下的深水桥基施工，是一种具备实施条件时可以广泛采用的桥梁基础施工方法。