中国铁建港航局集团有限公司 广东省广州市 511442
摘要：随着桥梁的高速发展，跨江、跨海桥梁施工成为国内外业内人士关注的焦点，水中承台施工作业已成为桥梁施工中不可或缺的一道施工工艺。在现阶段桥梁承台施工方法中，水中承台主要施工方法有钢吊箱法、钢套箱法、双壁钢围堰法及钢板桩围堰法等。本文主要以东江梨川大桥水中承台施工为基础，研究承台水中施工工艺中双壁钢围堰施工技术。
关键词：水中承台 双壁钢围堰 施工技术
Construction techniques of double-wall steel cofferdam installation for deep buried cushion cap in water
LiZibin
（CRCC Harbour & Channel Engineering Bureau Group，Guangdong Province，Guangzhou city 511442）
Abstract With the current development and advancement in bridges，river-crossing and sea-crossing bridge construction is a subject of intense interest to civil engineers both at home and abroad.The inclusion of underwater cushion cap is an imperative technology in this bridge construction.In the construction of the bridge cap at the present stage，the main construction methods of underwater cushion cap includes steel boxed cofferdam method，steel boxed cofferdam method，double-wall steel cofferdam method and steel sheet pilling cofferdam method and so on.This article researches on the construction technique of double-wall steel cofferdam installation for deep buried cushion cap in water which is mainly based on the project of Dong jiang Li chuan bridge construction underwater cushion cap.
Keywords Underwater cushion cap；double-wall steel cofferdam；Construction technology
1 前言
随着国内经济的高速发展，桥梁施工已成为土建施工的主流，跨江、跨河桥梁也逐渐增多。其中桥梁水中承台施工成为了桥梁施工的难点、关键，水中承台施工的快慢和经济效益也直接制约了桥梁施工的整体工期进度和桥梁的投资成本。
东江梨川大桥跨越中堂水道段采用（95+168+95）m跨塔梁墩固结体系预应力混凝土矮塔斜拉桥，边中跨比值为0.565。
14#、15#墩是中堂水道大桥的两个主墩，主墩基础由12根D250cm桩基组成，按嵌岩桩设计。承台平面尺寸为20.1m×14.9m（横桥×顺桥向），厚为4.8m，承台底设有2.2m的封层，考虑到增加主墩的高度和减小阻力影响，将承台沉入河床以下且嵌入岩层，承台底标高-8.8m，承台顶标高-4m。承台采用C40砼。
2 方案确定
承台施工的方案和方法很多，有钢吊箱法、钢套箱法、双壁钢围堰法及钢板桩围堰法等，根据不同的水文地质情况，承台设置的高低，围堰封底后内外水压差的大小、水中承台深埋的特点以及现场施工条件和施工环境的许可，综合考虑方案的安全性、经济性、施工工期和施工可操作性（可行性），可以选择不同的施工方案和施工方法。下面将几种不同的施工方案和施工方法就其安全性、经济性及针对本工程适应性和可行性进行比较分析。
表1 方案比选表
经过对以上不同的施工方案分析比较，结合本工程水中承台深埋的特点，在以上多种施工方案中，双壁钢围堰法具有经济性好、安全可靠、可行性强等特点，本工程拟采用双壁钢围堰法施工。
3 双壁钢围堰法施工
3.1 工程概况
主墩承台区域现有河床面标高-1.4～-2.47m，承台底标高为-8.8m，承台底设有2.2m厚封底砼（2.2m厚封底砼不是承台结构的需要，而是为了能保证围堰在内外水压差的作用下不漏水），承台埋置于河床深度达7m，穿过整个强风化岩层，座落在中风化岩层上。主墩承台埋置河床之深，嵌入岩层之厚，地质又是泥质砂岩，这在我省的建桥史上是比较少见的。所以主墩承台的施工难度是比较大的，地下、水下施工的风险也是比较大的，施工所需的费用也是较高的。
3.2 水文地质
主墩基础施工区域地质情况，从上往下依次为细砂、细砂夹淤泥、强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩。
该河段属珠江半日潮，潮差在1.0～1.5m之间，现水深在2～4m左右，退潮时流速较大。
3.3 施工流程
3.3 施工准备
准备工作包括：
（1）平台的拆除：拆除承台位置桩基施工平台。
（2）围堰预拼装
主墩承台采用双壁钢围堰吊箱施工，钢围堰由底板、侧板、吊架及沉降系统四部分组成，双壁钢围堰板厚б＝8mm，内外板间距80cm，支持桁梁采用∠70x5和∠40×4角钢。法兰选用б＝16mm厚16Mn钢板，法兰孔距拟定为200mm，孔直径Φ20，联接螺栓选用强度M18较高等级螺栓，法兰间止水密封胶板选用进口、高粘性胶板、钢围堰侧板在北岸加工场制作，并进行预拼装。
3.5 吊架安装
吊架系统采用钢管立柱+承重分配量+贝雷片桁架承重梁作为支撑系统。
图2 吊架顶部照片
首先，接长桩基钢护筒至水面以上1.2m。然后，在钢护筒上刻槽，安装4道I50工字钢作为基础横梁。在基础横梁上安装厚度为12mm的Φ80cm钢管立柱（共12根）。在钢管立柱顶横桥向并排安装3道I32a型工字钢（共12道）作为承重分配梁，在分配梁上安装贝雷片桁架承重梁。每道承重梁均由4排贝雷片并列组成，贝雷片之间采用花窗连接。在贝雷片桁架上安装手拉葫芦作为吊装设备。吊架验算如下：
（1）钢管桩的受力分析
钢围堰、贝雷承重梁和工字钢由12根钢管桩来承受，因此应保证钢管桩有足够的受压强度。
直径2.8*0.012m的钢管桩参数：
A=0.14856m2，I=0.14394m4，W=0.10281m3，ix=98.40cm
由上面计算知道，由钢管桩承受下承重系统的总重量为2671.33KN
横桥向和纵桥向的工字钢重G2=16.5m/根*12根*52.7kg/m=104.35KN
贝雷和花窗重量为G3=16根*21m/根*90kg/m=302.4KN
总重量
G=2671.33+104.35+302.4=3078.08KN
每根钢管桩承受的压力为N=3078.08/12=256.51KN
强度验算：
（3）贝雷顶层承重分配梁计算
承重分配梁采用3I32a工字钢，计算图式如下：
图4 分配量受力图
P=2671.33*1.2/16=200.35KN，由计算可得结构的最大剪力、最大弯矩及挠度分别为：
，，f=0.0267mm
σ=M/W=530.93/（3×692×10-6）=255.75Mpa＜[σ]=215×1.3=279.5Mpa
采用腹板简易计算，τ≈Q/（d×（h-t×2））/2=222610/（9.5×（320-15×2））/2=40.4Mpa＜[τ]=85×1.3=110.05Mpa
f=0.0267mm＜[f]=2650/400=6.625mm
满足要求。
3.6 双壁钢围堰拼装、下沉
3.6.1 底节钢围堰拼装
双壁钢围堰共采用4节钢围堰组成，每节围堰高为4m，底节钢围堰在北岸加工好，且预拼装检验合格后，采用浮船将4块钢围堰分别运至施工地点，采用吊架拼装，吊架四个方向均采用4台手拉葫芦作为吊装设备。每块钢围堰之间均采用螺栓连接，法兰间设10cm厚橡胶板。吊装完成后，在钢围堰上安装沉降系统，每个面上设置2处沉降点，共8处。沉降点需对称设置，防止沉降时发生倾斜。
3.6.3 钢围堰下沉
第一节钢围堰拼装完毕，悬吊系统安装完成并经检查符合要求后，手拉葫芦同时提升钢围堰至刃脚离开拼装平台5cm，停止起吊，观察钢丝绳受力是否一致，吊点是否有异常等，若无特色情况，临时固定钢围堰，尽快拆除钢围堰拼装工作平台，钢围堰的下放要有专人统一指挥，每个葫芦由一个熟练的工人负责操作，并配备一个人协助观察。下放前在钢围堰上做好刻度标记，下放时随时检查钢丝绳的松紧情况，做到每根钢丝绳松紧一致。底节钢围堰下放至河床标高时停止下放。
3.6.4 接高
将其经过试拼后并做好标记的双壁钢围堰分块吊运至拼装船上，在底节上对应焊接拼装第2节钢围堰，在接高时，将底节钢围堰顶部外壁上焊4个索耳，通过缆索连接到定位船平台锁定，防止双壁钢围堰在接高过程中转动。接高时，应对称接高，不允许从一侧转圈焊接，以防止围堰倾斜。
同样接高第3节和顶节钢围堰，接高完毕后，在接高焊缝的上下各50cm处，用角钢沿内壁焊两道水平加劲肋，以保证双壁钢围堰接头的强度。将钢围堰下沉至设计标高，并检查钢围堰是否符合要求。
3.7 承台封底砼施工
砼封底是整个承台施工的关键工序，必须一次浇筑完成。采用三套导管同时封底，保证封底砼的质量，确保封底完成后套箱不漏水。
封底前，潜水员用高压水枪和钢刷对钢围堰刃脚、护筒、基底等进行认真清理，确保封底混凝土与之紧密结合。
封底混凝土采用水下不分散C25混凝土，该混凝土具有水下不分散、自流平、自密实等特点，混凝土配合比中掺加缓凝剂，混凝土的初凝时间可达到24 小时。
钢围堰水下封底混凝土采用6根刚性导管进行灌注，按照导管作用半径4m进行布设。采用2台混凝土输送泵泵送混凝土，各配以3个容量为2.5m3的储浆斗，导管在钻孔工作平台上预先分段拼装，吊放时再逐渐接长。
导管口离砼底板面约30cm，导管球直径比此高度略小，待漏斗和储料斗满浆后缓慢放球至底板，这样可以避免砼对底板的冲击。
为保证水下砼的质量，施工中要求开盘后导管埋置深度0.3m左右即可，砼球用编织袋包砂浆来制作。开盘前将导管球悬挂在导管中，开闸后缓慢下放钢丝绳，一直到砼球落到底板，钢丝绳不受力为止。第一盘砼全部下落后导管内不进水，则开盘成功。
水下封底混凝土的浇注采用分层浇注法进行，在钢围堰内从河的下游开始，全断面整体向河的上游推移。钢围堰水下封底混凝土浇注后期，适当增加混凝土的坍落度，使封底混凝土形成较为平坦的顶面；同时封底混凝土的浇注顶面标高一般比设计标高提高15-30cm 左右，待砼强度达到后，再抽水凿除封底混凝土顶面的松弱层至设计标高。
4 结语
深水施工的围堰方式有很多种，双壁钢围堰法施工水中承台是其中一种常见的围堰方式，随着各种新材料、新设备的应用与发展，深水施工的围堰方式也会进一步得到发展与创新。针对不同的水文、地质条件，我们应当考虑各种因素后进行方案的比选，选出最合适的施工方式，并根据实际施工条件进行优化。
参考文献：
[1].JTG/TF50-2011 公路桥涵施工技术规范.人民交通出版社，2011.7.
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表2 作者简介
论文作者:李子斌
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第20期
论文发表时间:2019/4/28
标签：围堰论文; 封底论文; 混凝土论文; 标高论文; 导管论文; 吊架论文; 水中论文; 《建筑细部》2018年第20期论文;