广州市公路工程公司（510075） 身份证：42070219820218XXXX
摘要：在近几年来，我国的经济文化水平得到了飞速的发展，在交通道路建设方面取得了实质性的进展和突破，为了打造水陆相交的通道，进行架桥建设已经成为了大部分建设者考虑的主要方案之一。桥梁进行双壁钢围堰施工是目前该领域研究比较热门的话题，文中结合实例，在分析双壁钢围堰制造的基础上，概述了拼装双壁钢围堰施工方法，重点探讨了在某桥梁工程施工中的双壁钢围堰技术，包括双壁钢围堰设计问题、节段加工制作问题、分节拼装及下沉问题、钢围堰接高及精确就位问题、灌注钢围堰水下封底混凝土施工、围堰抽水及稳定观测问题，希望对于今后的桥梁工程中的双壁钢围堰技术发展具有一定帮助。
关键词：双壁钢围堰；桥梁工程；施工技术
一、工程概况
本文研究对象为跨内河Ⅲ级航道的水上桥梁，桥梁结构为总长984.806m的简支+连续刚构桥，其中水上主桥部分为采用66.5m+120m+66.5m预应力混凝土连续-刚构桥，分左右幅，主梁采用单箱单室截面，主墩为单肢箱型空心墩。主桥桥墩墩号为6#～9#墩，6#墩、9#墩为交界墩，7#墩、8#墩为主墩，其钻孔灌注桩采用搭设钻孔平台施工，承台及墩身采用双壁钢围堰辅助施工。双壁钢围堰在大桥7#、8#主墩中采用，本文主要在结合实际情况的基础上，主要分析研究7#墩位相应的双壁钢围堰的施工相关问题。主桥结构如下图：
二、双壁钢围堰设计问题探讨与思考
1、围堰的设计首先应该根据水文资料确定围堰设计水位，并根据河床标高、承台底标高等设计参数确定围堰的深度，综合各项参数计算得到7#墩承台施工基坑深度达到19米，再根据承台结构尺寸，考虑到通航区围堰施工需要足够的强度、刚度及稳定性，初步确定采用双壁钢围堰施工方案，并为各墩左右幅承台共用1个钢围堰形式。围堰设计最高水位取值为7.730m（20年一遇洪水位），7#墩水中承台技术参数详见表2.1-1。
根据初步确定的围堰结构形式及尺寸，再进行双壁钢围堰细部结构设计，在进行细化设计时，一定要结合工程现场条件及并考虑施工便利因素。该桥使用的矩形双壁钢围堰作为承台施工期间的水土围挡结构，为承台提供无水的施工环境，其断面形式与承台平面布置保持一致。它由内外壁板、箱型隔舱板、竖向桁架、水平环向桁架、刃脚、内支撑、导向装置及连通器等组成。钢围堰壁厚1.5m，外轮廓尺寸为34.8×12.8m，内轮廓尺寸为31.8×9.8m，考虑到钢围堰沉放施工误差调整及预留需要，内轮廓长边方向与承台距离最小为0.3m，最大为0.8m，内轮廓短边方向与承台距离为0.425m。7# 墩矩形双壁钢围堰设计顶标高为8.3m，设计底标高-10.7m，总高度19m（包括刃脚），施工水位取+6m。根据运输、安装及施工的需要，围堰高度从下往上分为四节，第一节高度5.3m；第二节高度4.2m，第三节高度4.8m，第四节高度4.7m，每节平面上共分为12块。内部设四道内支撑，支点支于壁体隔舱结构上。7#墩双壁钢围堰结构及参数分别详见图2.2-1。
图2.2-1 7#墩双壁钢围堰布置图
三、关于双壁钢围堰加工制作的控制要点思考
1、钢围堰加工场地的选择。考虑到加工及运输便利，加工场地选择在河岸边陆地上，场地平面尺寸为100m×30m，场地与施工便道相通。考虑到加工质量需求，加工场地用20cm砼硬化，在加工场地上设焊接加工工作平台，加工工作平台用90角钢做骨架，角钢距离为50cm，角钢顶面标高保持一致，上面铺设厚度6mm钢板。加工工作平台要求牢固、表面平整，表面平整度控制在5mm以内。
2、钢围堰的加工次序。钢围堰的加工应该按每层分块在加工工作平台上进行，每块钢围堰的加工，先按设计尺寸下料焊接好面板（厚6mm钢板），然后在面板上焊接纵向次梁、隔舱板、水平横撑，最后在桁架焊接另一侧面板，施焊成型。加工好的钢围堰作好标记归类依次转运、堆放，待拼装时再利用平板车或运输船转运到拼装现场，依次逐块拼装。
3、钢围堰堆放和保护。构件堆放场地应平整坚实、干燥，并有排水措施；构件吊放和堆放，应选择好吊点和支点，桁架类构件的吊点和支点应选择在节点上，并采取防止扭曲变形损坏措施；构件堆放要放平放稳，支座处要垫平；多层水平堆放构件，构件之间应用垫木隔开，各层垫木应使其在同一垂线上，以保证堆放时不发生变形；构件在吊运、堆放过程中，不能随意在构件上开孔或切断任何杆件，避免遭受冲击；重心高的构件立放应设置临时支撑，或紧靠立柱绑扎牢固，避免倾倒损坏；同一工程的构件应分类堆放在同一地区，方便构件的管理和发运。
4、焊接工艺方法。双壁钢围堰焊缝因为必须满足高强度、刚度及水密性等要求，焊接工艺的正确选择很关键，综合考虑熔透对接焊缝采用手工焊，节段对接时采用双面手工电弧焊工艺，骨肋采用双坡口手工焊对接。焊接材料应选用符合国标要求的焊条。焊接时还应采取足够的质量保证措施：（1）组装前彻底清除待焊区域30~40mm宽的铁锈、氧化皮、油污、水分，露出金属光泽；（2）组装定位焊缝距离端部30mm以上，长度为30~50mm，焊脚尺寸不大于设计焊脚尺寸的1/2，应禁止在焊缝之外的母材上打火引弧；（3）定位焊缝不得有裂纹、夹渣、焊瘤等缺陷，对于开裂的定位焊缝查明原因后清除开裂的焊缝，并在保证杆件尺寸正确的条件下补充定位焊，焊缝起弧方向从同一端面开始；（4）在焊缝两端部设置与杆件板厚相同的T型引弧、熄弧板，其长度不小于100mm，引弧、熄弧长度不小于50mm，焊接完毕后用气割切掉，并磨平切口，不得损伤构件；（5）焊接缺陷采用手砂轮刨（磨）出返修焊坡口，返修坡口必须露出金属光泽，焊接裂纹的清除长度由裂纹两端各外延50mm，返修焊缝必须按原焊缝质量要求检验，同一部位的返修焊不超过两次；（6）焊缝外观在全长范围内不得有裂纹、夹渣、未填满弧坑和焊瘤等缺陷；（7）焊缝水密性采用煤油渗漏检验，渗漏检验应该在焊接完毕24小时后进行。
5、焊接质量要求。（1）在钢围堰的制作过程中严格控制其每个构件的制造精度，确保每个连接面结构的准确性以及拼装后整体几何形状的准确性，以保证在现场安装能顺利进行。焊缝要求质量良好，密封不漏水，焊缝要求做煤油渗透试验。
6、钢围堰加工节段分块。为方便加工，所有节块的分块平面位置应一致。结合施工机械的吊装能力、运输条件及施工平台作业条件，加工时将钢围堰每节分成12个块段，分块平面布置见图3.6-1。
图4.2-1 首节围堰拼装平台平面、立面布置图
底节钢围堰的拼装。钢围堰在加工场地分节分块段加工好，经检验合格后，用平板车转运到拼装现场，在作业平台上用履带吊拼装。首先，在拼装平台上测量放样出底节钢围堰刃脚平面轮廓线及块段分段线，钢围堰的拼装顺序是依次逐块拼装，遵循左右对称、前后对称原则，围堰先拼装两侧短边节段，再拼装长边节段，最后在长边节段合龙。实际拼接时要随拼装随调整，待全部点焊成型后方可全面施焊。第一块段钢围堰的安装要严格控制其平面位置尺寸及垂直度偏差，经检测符合要求后方可固定。当拼装某一块段时，发现其平面位置尺寸及垂直度与设计位置误差较大时，尽可能切割接缝调整该块段的位置，以减少合龙段拼装时出现较大的累积误差。焊接两块钢围堰之间的拼装缝，要求用煤油检测其渗透情况，焊接应采取措施减少面板的变形，先分节段对称跳焊，再补焊到达满焊，焊接过程焊接临时固定码板。拼装围堰合龙段前，对合龙段两侧间距进行监测，监测点布置在两侧节段外壁板上，间隔1m；确保两侧外壁板垂直度不大于1%，以保证合龙段顺利嵌入；在一天当中的低温时段将合龙段嵌入并焊接固定码板，再进行焊接，以确保围堰整体尺寸的精度。合拢时应注意以下几点：（1）按照设计位置安装导向槽、定位钳、限位座以及5t倒链；在围堰壁板上标定连接钢板的位置；（2）通过拽拉倒链，调整导向槽和定位钳，控制对接偏差在2mm内；（3）围堰对接到位后，插入插销，临时锁定围堰；（4）按照标定位置焊接连接钢板。围堰分块安装顺序图见图4.3-1（安装顺序以①、②、③……顺序标注）。
图4.5-1 钢围堰悬吊系统设计图
6、底节（第一节）钢围堰下沉入水。底节钢围堰拼装完毕，悬吊系统安装完成并经检查符合要求，千斤顶提升钢围堰至刃脚离开拼装平台10cm，观察吊带筋受力是否一致，吊点是否有异常等，如无特殊情况，临时固定钢围堰，尽快拆除钢围堰的拼装工作平台与围堰下放相碰部位。下放前在在护筒上做好刻度标记，下放时随时检查吊杆的松紧情况，做到每根吊杆松紧一致。钢围堰下放开始入水后，每个吊带筋的受力逐渐变小，直到钢围堰不再下沉达到自浮平衡，停止下放。底节钢围堰入水自浮后，检查钢围堰是否有漏水现象，若有，必须补焊处理，同时检查整个钢围堰的平面尺寸和垂直度，以便在拼装下一节钢围堰能及时进行调整。
7、接高与下沉。将经过试拼后并做好标记的双壁钢围堰分块吊运至拼装平台上，在底节上对应焊接拼装中节段。在接高时，将底节围堰限位与钢护筒卡死。接口内、外壁板不吻合的部位应进行处理，保证接高后的围堰不漏水，上下垂直，平顺并满足尺寸要求。接高中节段时，应对称接高，在接高时每焊接一片，使吊杆带力，以保持双壁钢围堰的平衡。在将接高部分的内支撑完成安装、所有焊缝进行水密试验后就可以下沉。在下沉前要按照双壁钢围堰的着床位置用精密仪器测设墩中心线。沿双壁钢围堰周边复测河床面标高，核对刃脚的高度与实际情况是否相符。7#墩在接高第三节围堰下沉自浮后，拆除悬吊系统，浇筑第一层壁内混凝土（包括刃脚）并注水压重下沉，当钢围堰底部距河床面0.5m时，停止注水，进行纠偏，当位置正确，迅速注水着床。在着床稳定后再接高顶节（第四节）钢围堰。
8、顶节钢围堰的接高拼装及浇注二层壁内混凝土。对称拼装顶节钢围堰，同样，所有顶节的块段拼装完后，认真检查钢围堰的拼接缝，包括中节与顶节的水平接缝和顶节各块段之间的竖向拼缝。安装顶节相对应钢管内支撑。顶节钢围堰拼装完成，在转入挖泥下沉操作前，浇注第二层钢围堰壁内混凝土，浇注混凝土时应注意对称均匀分层进行。
9、钢围堰挖泥下沉。在钢平台拆除后、钢围堰拼装前，应先用抓斗或长臂挖机等办法先将河床找平，整平后的7#墩平均河床标高控制在-3.3m左右。当顶节钢围堰拼装完成，钢围堰四周刃脚平稳、均衡着床后，工作重点转移到钢围堰内取土下沉上来。在施工过程中要注意调整钢围堰的垂直度，也即保持钢围堰的整体平衡。同时对于土层的阻力和不同地质情况要调查清楚，是局部阻力还是整体阻力，防止钢围堰突然地、大幅度地下沉。钢围堰内取土方法采用抓斗方法。钢围堰下沉过程中，需测量跟踪复核，如发现顶面平整超过允许范围则应查明原因，如因注水不平则注水调平，但应控制注水的高度在整个钢围堰内一致。如注水难以调整平衡时，可能是河床不平，有个别部位阻力较大，钢围堰无法顺利下沉，应派潜水员探明情况，然后制定对策加以处理。
五、灌注钢围堰水下封底混凝土施工探讨
1、混凝土封底前的基底处理措施。7#墩钢围堰刃脚下沉到设计标高-10.7m即停止钢围堰的下沉，此时调整钢围堰的平面位置及垂直度，保证平面误差为±20cm，保证承台平面位置在钢围堰平面范围内。钢围堰下沉到位后，派潜水员进行水下检查，并用钢丝刷、高压水枪等对封底范围内的钢护筒周边、钢围堰内壁板和刃脚进行清洗，除掉粘附在上面的泥土等杂物，以保证封底混凝土与钢护筒及钢围堰壁板的良好接触，满足握裹力的要求，同时避免抽水后，封底与钢护筒、钢围堰之间形成孔洞漏水。封底前潜水员逐一对钢围堰四周进行检查，确保刃脚露出河床面以及刃脚外侧四周封堵密实。若刃脚外侧不密实拟采取长臂挖机挖土填实或抛填砂带压实。
2、钢围堰混凝土封底工料机的组织安排。一般封底混凝土数量较大，为保证封底成功，封底混凝土必须保证一次性浇注完成。因此需要对施工人员、机械、设备以及混凝土等材料供应做详细的组织安排，做好轮班准备措施，保证足够的混凝土材料供应，同时保证混凝土有良好的和易性、稳定性和初终凝时间。
3、灌注导管布置。导管使用前作水压、水密性实验，合格后使用。导管垂直卡挂在封底平台上，导管底口距离基底面20cm左右。考虑水下封底混凝土的实际流动性，导管浇筑作用半径取为5m。在布置导管时，所有导管的累加作用区域能够覆盖围堰内部所有区域，相邻导管的作用区域有所重叠，并且投入导管尽可能少，以减少作业面，具体见图5.3-1。
经过计算得，对于7#墩，V=13.6m3，故首批混凝土方量14m3，可满足施工需要。施工中采用6m3储料斗作为首盘砼备料设备。
封底混凝土浇筑。在混凝土的浇注过程中，应安排技术人员负责测量混凝土的上升高度和流动半径的测量与检查，正确指挥施工人员调整导管的埋深，并及时与试验室联系控制混凝土的坍落度。混凝土浇注将近结束时，重点对导管与导管的中心处、护筒四周及钢板桩壁等部位进行高程的测量，确保混凝土面的标高达到设计要求。封底混凝土顶面标高控制比设计标高低20cm，待混凝土强度达到设计要求，抽水凿除表面松弱层，然后浇筑调平层。
六、钢围堰抽水及稳定观测控制要点分析
1、围堰内抽水。封底混凝土强度达到90%后才能进行围堰内抽水，抽水在施工常水位下进行，采用大口径的抽水泵抽水。为防止抽水过程中发生意外事故，保证围堰安全，配备从围堰外向堰内灌水的水泵，一旦发生异常情况，立即向钢围堰内灌水，恢复内外平衡，经检查处理后再抽水。抽水过程中，须派专人对双壁钢和内支撑进行观察，同时由专门人员进行堵漏，直至露出封底混凝土表面。抽水完成后，凿除封底混凝土表面松散层，并进行砂浆找平。
2、钢围堰观测及防护。
（1）围堰外河床冲刷的观测及防护。钢围堰沉放过程中，采用测绳或专用测深仪对围堰四周河床标高进行测量，布置不少于10个测点，每天早晚各测一次，并作好观测记录，如果冲刷较明显，对冲刷的部位采取抛砂袋或碎石的办法对围堰进行防护。钢围堰着床后，若出现局部（如围堰上游段）严重冲刷，即围堰大部分区域已着床，局部区域可能处于严重悬空状态，这时将预先准备好的砂袋对冲刷区域及时进行抛填。抛填过程中，对抛填厚度及抛填面积进行测量，使防护区域面积大于冲刷区域面积，抛填后标高略大于周围未冲刷泥面标高，并对局部抛填厚度不足的位置进行补抛。在钢围堰后续沉放施工过程中，由于绕流的影响，可能会出现钢围堰上游侧以及江侧、岸侧出现严重冲刷，此时将先准备好的砂袋或碎石对钢围堰四周进行抛填，确保围堰在沉放过程以及后续使用期间的安全。
（2）围堰沉降观测。在围堰封底砼完成以前，在围堰顶面设立标高观测点，对围堰的沉降进行观测。
（3）围堰结构观测。重点对钢围堰关键受力部位以及吊索具进行观测和检查，确保钢围堰吊运、沉放安全。
结束语
综上所述，桥梁双壁钢围堰作为深水低桩承台施工的一种围水结构，具有结构稳定、安全可靠、经济实用、施工简便等优点，有利于加强桥梁系统的稳固性和实现高效率的建设。在双壁围堰施工的过程中，施工人员在施工的过程，一定要对工程中经常出现的问题采取有效的措施，尽量减少不良状况的出现。同时施工的过程中加强质量的控制。在运营时，还需要做好管理工作，及时的进行养护确保工程的使用寿命及安全。
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论文作者:熊维
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年10期
论文发表时间:2019/9/16
标签：围堰论文; 混凝土论文; 封底论文; 标高论文; 导管论文; 加工论文; 构件论文; 《建筑学研究前沿》2019年10期论文;