浅析低桩承台双壁钢围堰设计及整体吊装施工

付超

中铁六局集团广州工程有限公司 广州 511400

摘要：广州南沙港洪奇沥水道特大桥地处多河道交叉口，地质条件复杂，水深流急。选用双壁钢围堰作为挡水围堰结构。为保障施工的顺利进行，综合分析工况考虑，合理确定围堰的设计参数。并根据现场情况，采用标准化工厂分块焊接加工，拼装后驳运至现场，采用整体吊装下放方案，水下混凝土封底，高精度顺利完成了洪奇沥水道特大桥的围堰施工，整体施工过程平稳可控。

关键词：深水基础；钢围堰施工；整体吊装；桥梁建设

1 引言

在近些年我国基础建设大力发展背景下，越来越多的跨河跨海大桥应运而生，为兼顾通航需求，各座桥的跨径也是愈来愈大。随之而来的是对深水基础工程质量的严峻考验。基础工程作为桥梁的基础，在极大程度上决定着桥梁结构功能正常发挥与否。围堰作为承台基础施工的挡水围堰构造，在封底混凝土与四周钢箱面板的阻隔作用下，为下部施工提供安全以及方便的施工环境[1]。围堰工程是基础质量、安全、进度的保障。目前常见的围堰施工有钢板桩围堰、钢管桩围堰、单壁围堰、双壁钢围堰，综合对比分析，双壁钢围堰具有便于拼接、承压能力强、内壁可作为承台模板，可提供一定施工平台的特点[2]，在实际工程运用非常普遍。

2工程概述

洪奇沥水道特大桥主桥钢桁梁柔性拱桥位于广州市南沙区境内，在DK53+415~DK54+414处跨越洪奇沥水道，水道河面宽约760m。主桥采用下承式连续钢桁梁柔性拱结构，跨径为（138+360+360+138）m，全桥长998.8m，桥梁跨度为同类型桥梁世界第一。洪奇沥水道为I级航道。

3钢围堰设计

3.1设计参数选择

洪奇沥水道特大桥主桥（238#-240#墩）承台、墩身施工采用双壁钢围堰作为围水结构，同时采用双壁钢围堰作为238#、239#、240#承台模板使用，围堰内部空间壁尺寸每边大于承台尺寸100mm。围堰设计水位标高采用20年一遇潮水位3.27m，围堰顶高于20年一遇潮水位50cm取整；围堰底标高经计算取值为承台底4m。围堰上部考虑1.5m高度防浪板，围堰壁体设计宽度1.3m。

表1钢围堰设计参数

由于桥梁场地两侧不具备现场加工的条件，采用厂制分块加工，拼装为整体，浮吊整体吊装的施工方案。经现场调查，工厂至现场运输条件限高18m，考虑船舶的高度及安全距离，围堰分节加工。

3.2围堰结构参数

双壁钢围堰由壁体、刃脚和内撑三大部分组成。壁体和刃脚主要由钢箱、面板、面板背楞、环板、环向角钢组成；刃脚高度150cm，由刃脚面板、刃脚角钢，加劲角钢、面板背楞组成，经过有限元模型计算，设计结构具体构件材料见下表2。

表2 钢围堰构件材料

4钢围堰施工

4.1围堰分块加工整拼技术

（1）围堰分节分块方案及组装流程

本桥钢围堰为双壁方形形状，结构对称，围堰内部设钢管内支撑，钢围堰建造时划分为上下两节，每节根据图纸节点形式划分为16块，内支撑每层划分为一个分段，一个钢围堰共划分为36个分段制作。钢围堰的组装流程为：单元件下料、角钢桁架组拼、壁板组拼、围堰的整体拼装。

（2）钢围堰检查验收

钢围堰加工第一节段在出厂前需进行水密性试验。实验采用石灰水涂抹在待检焊缝的外侧，不要出现漏涂现象。待石灰水干燥后用煤油在焊缝的另一面涂抹煤油，观察一小时左右，看涂抹石灰的一面有无黑色沁油点，如果有应进行整修，如果没有则为合格。

4.2围堰吊装下放整体方案

由于围堰分两节进行吊装下放，且现场受潮汐影响较大，存在第二节下放后，下部基础的稳定问题。为解决该问题，围堰下放总体思路为：第一节围堰下放后悬浮，首先浇筑钢围堰刃脚处混凝土，确保混凝土强度满足要求后第一节围堰着床，后吊装第二节围堰。以240#墩为例，围堰吊装下放流程如下：河床疏浚→护筒检验及部分护筒割除→安装双壁钢围堰导向→吊装底节钢围堰→下放钢围堰至自浮→浇筑1.7m高刃脚混凝土→吊装第二节钢围堰、围堰接长→浇筑刃脚混凝土至设计标高、注水、加沙、吸泥使围堰下放到设计底标高→抛填50cm厚片石→围堰水下封底。

4.3围堰整体吊装关键技术

（1）吊装前准备

平台拆除完成后在低潮位安装围堰导向系统，导向系统设置于围堰上。导向安装完成后在导向外侧涂抹润滑油，便于围堰的下放。

（2）吊装设备

根据浮吊参数表，在浮吊角度65°，吊高57.97m，起吊重量为500t，大于最大起重重量469t，满足吊装要求。此时为纵向固定吊重，旋转机械锁死并进行固定，确保旋转机构不进行旋转。

（3）吊点设置

钢围堰吊装采用水上浮吊起吊，根据相关计算书应力计算围堰顶部一共设置8个吊装点。起吊钢丝绳垂直高度为25m ，所成空间角角度为 62°。吊点根据钢丝绳角度，在围堰设置吊点是考虑空间角度关系。

（4）围堰整体吊装施工技术

1）吊装前准备

①为确保钢围堰能顺利精确下放就位，在围堰下放前应再次对影响范围内河床底进行探测，测量人员再次复核围堰内部钢护筒平面位置，准备工作就绪后方可开始进行钢围堰的吊装。

②进场前检查浮吊各工器具以及运抵桥址水域的钢围堰完好情况，测量人员应根据钢围堰的运输水运线路以及浮吊进场线路提前排查好通行路线的净空高以及水域水深等相关情况。并派专业技术人员检查核对钢围堰每个吊点的设置与焊接是否满足设计要求、卸扣以及钢丝绳是否存在缺陷、长度与直径是否满足要求。各项检查完成后并应形成文件。

2）试吊

所有吊点均连接完毕，并检查无任何问题后，浮吊开始起钩，使吊索被张紧，此时，起重指挥人员再次检查吊点的连接情况及浮吊的吊心是否与吊箱的中心是否重合，同时，船舶专职人员检查锚缆情况，均无问题后，开始正式起吊。起吊应分级进行，根据钢围堰的重量，每100t为1个级别，吊装施工时，通过浮吊上自带的拉力计进行控制，每增加一个级别，相关人员检查各自负责的任务（锚缆、吊索、卡环等），无问题后施加下一级，直至钢围堰被吊起。当钢围堰起吊离驳船大于20cm时，现场应停止起吊，观察卸扣、吊耳、壁板、内支撑等关键结构的变化情况，静置10min后。经检查没有无异常情况后，所有人员撤至影响范围外，浮吊继续起吊至预定高度。

（5）围堰射水吸泥及封底施工技术

围堰在河床入土下沉的阻力主要包括两个方面：一是围堰下部刃脚端阻力，二是围堰内外壁与内外土层间的摩擦力。围堰入河后靠其自重下沉一般无法实现，必须通过围堰内部河床吸泥以及在围堰内壁中增加材料等方式提高围堰自重。

当采取空气吸泥下沉的方式，现场配备不少于2台空气吸泥机，并利用能满足现场施要求的起吊设备配合进行施工。吸泥过程中吸泥机管口应调整好位置，管口离开吸泥面应保持300mm左右，确保吸泥过程中不会导致吸泥机堵塞。吸泥过程中应四周对称进行，围堰监控测量应实时跟踪，并应根据监数据分析当前围堰偏移量，通过调整不同方位吸泥深度以及位置进行实时纠偏。

吸泥下沉详细步骤：

首先采用2台吸泥机同时在围堰中心范围内吸泥，并应4周对称同步进行，待吸泥深度达到2m左右时，此时围堰中心范围已经形成锅底形式。接着调整吸泥方式，将吸泥机从当前位置沿围堰内壁方向循环吸泥，吸泥深度控制在1.5米左右，并保证围堰内刃脚处保持约 2.0m 宽的土体暂不吸泥，通过围堰自重使得围堰刃角处挤土下沉，过程中每下沉一阶程测量人员应实时监控测量，及时分析上报监控数据，如发现有过大偏移现像，应及时通知下沉指挥人员，通过调整吸泥位置以及不同深度、增加不同方位配重等方式及时动中纠偏。当按上述方法循环吸泥围堰无法下沉时，可在围堰壁舱内注水或灌注混凝土等方式增加围堰重量帮助下沉。若围堰仍不能下沉，可采用高压射水轻轻扰动刃角土体。

围堰顶标高接近设计标高1.5米左右时，围堰内中心范围区取土深度与围堰周边取土高差控制在 0.7m 以内，并且围堰中心范围深度应逐渐减少，施工现场放慢下沉速度。

（6）钢围堰封底施工技术

洪奇沥特大桥主桥双壁钢围堰封底面积较大，应采用多根导管同时灌注水下混凝土。

根据规范及施工实践导管布置原则：

采用多根导管，导管以网格形式排列间距一般为 4m 为宜。灌注水下封底混凝土之前应该采用测绳和潜水员精确测量出围堰内底部标高，并应先灌注低洼处混凝土，过程中测量人员随时测量导管内与导管外混凝土上升高程，现场指挥人员统一指挥每一根导管灌注量，确保每一根导管底口埋入混凝土深度满足要求。

洪奇沥特大桥主桥封底混凝土采用导管直径Φ300mm，导管每次使用前必须要进行水密性试验，试验压力≥1.5MPa，接长导管时，保证接头的密封性。

①导管、监控点布置

洪奇沥特大桥主桥封底混凝土由于平面尺寸较大，封底混凝土浇筑导管之间间距为7m 布置，共计20根导管。在相应位置布置监控点。

②首灌混凝土和正常灌注混凝土浇筑顺序

首灌封底混凝土按照编制好的顺序逐根进行。原则由四周对称进行，如有底洼处，应先灌注底洼处，待导管口混凝土埋深满足要求后，逐渐调换周处导管灌注。首灌中安排 2 台大料斗进行施工，按照顺序进行，首灌拔球后利用泵车继续向导管顶上料斗注料，保证导管埋深，现场注意勤量测。首灌完成后采用泵车进行正常混凝土封底施工，采用3台混凝土泵车进行封底混凝土施工。

③ 浇筑设备布置

泵车均选择臂长52m,每小时泵送混凝土50m3 /h；80t 履带吊：用于首灌完成后转移大料斗及过程中吊装；

5.结论

通过洪奇沥水道特大桥主桥的钢围堰施工，得出如下结论：

1、围堰通过厂制分块加工，分节拼装，船运至现场，可有效节约施工场地和施工周期，有利于现场施工组织。

2、采用浮吊整体吊装，可以实现围堰的精准对位，满足施工精度要求。

3、利用浇筑刃脚混凝土使围堰着床，有效保证施工精度和施工安全性。可为同类工程提供参考。

参考文献

1. 牛润明.大桥主墩承台双壁钢围堰设计[J].水运工程,2007,(11):147-149.

2. 郑育林,江小鹏.重庆嘉陵江大桥深水基础双壁钢围堰设计与计算[J]. 施工技术,2012,41(S2):137-141.

作者简介：付超（1989.7），男，汉族，河北保定人，本科 工程师

研究方向 ：工程项目管理。