钢围堰施工工艺浅析
本文根据桥梁深水基础双壁钢围堰施工，浅析钢围堰施工工艺，探讨合理的围堰施工方案。
关键词：深水基础，双壁钢围堰，施工工艺
一、钢围堰施工工艺简介
双壁钢围堰主要由井壁、隔舱、刃脚、顶部支座和一些其他配置组成，其主要施工工序为:在拼装船上拼装双壁钢围堰、浮运、起吊下沉、钢围堰接高、并在钢壳内灌水、浇筑承台及墩身、拆除上部钢围堰。
深水基础施工方案主要取决于当地地质条件。从施工方面看，钻孔灌注桩基础的施工有分为先下钢围堰后成桩和先成桩后下钢围堰两种施工方案。
(一)先下钢围堰后施工钻孔方案
先下钢围堰后施工钻孔桩方案具有以下优点：
1、钢护筒厚度及长度减少易于准确定位；
2、节省钻孔平台钢管桩钢材也可节省加工焊接及施工桩的的费用；
3、节省钻孔平台的稳定措施费。
若无覆盖层或覆盖层很浅时宜采用先下钢围堰后施工钻孔桩方案。
(二)先成桩后施工钢围堰方案
先成桩后施工钢围堰具有以下优点：
1、施工快，从施工钻孔平台钢管桩、架设平台至开钻时间短；
2、可降低钢围堰高度，节省工期，降低造价；减少双壁钢围堰夹壁混凝土量；
3、避免岩面高低不平时，钢围堰不规律的高低刃脚着岩难度；
4、清除钻渣难度减少；
5、封底混凝土量可减少。
因此，先成桩后施工钢围堰方案常被用于覆盖层较厚，且覆盖层较软、承载能力较小，工期和造价有要求的工程中。
二、围堰施工工艺浅析
（一）围堰加工
为便于施工，“钢堰”制作时在平面上分块和高度上分节。分块时力求等分和对称；分节高度则以制作、接高的起重能力而定，在条件允许时，节段越次数和水平焊缝的现场焊接量。
分块是“钢堰”制作的第一道工序，也是施工质量的首道关口。为使块体几何尺寸准确和具有互换性，应在特制的胎架上进行组装。为保证焊缝质量和水密性，力求平焊，尽量减少仰焊和立焊。制作时应选择具有块体翻转技术措施和起重能力的专业厂家加工。
块体运输一般都用船运，因其体积大，陆运有诸多不便。运输堆放时，要存放均匀，绑扎牢固，确保运输过程的安全。
首节“钢堰”的组拼是施工中的重要环节，它对施工进度和施工投人有举足轻重的作用。组拼方法与施工单位的设备、水上起重能力和习惯作法有关。常用的组拼方法有：
1、在墩位附近岸侧设浮式拼装平台拼装成节，起重船整节起吊就位；
2、在两导向船间设浮式平台，用导向船上的起重设备起吊块体拼装成节，在导向船上设吊架吊起，退出浮式平台下放就位；
3、在两导向船间架设临时拼装平台，用导向船上的起重设备起吊块体拼装成节，在导向船上设吊架吊起，拆除临时拼装平台，下放就位；
4、在墩附近岸侧修建简易滑道，在滑道上拼装成节后下滑人水，拖运至导向船组就位。
（二）双壁钢围堰的锚碇系统布置
根据施工水域水文条件和通航要求，围堰锚碇系统可以采取灵活多变的布置方式。锚固设备包括定位船、导向船、锚、锚缆和锚缆受力调节设备。一般情况下，如果水流是单流向的，可以只在上游设置定位船，并同时设置导向船；如果施工区域受潮汐等因素影响，水流速度、方向时而发生变化，应同时在上下游设置定位船。定位船的作用是抵抗围堰所承受的水流力，导向船的作用则是用来稳定和调整钢围堰。导向船和定位船自身应有较强的稳定性及调解能力，以抵抗围堰所受的外力。如果在围堰的一侧设置导向船，则应在围堰另一侧设置拉缆，保持围堰的平衡与稳定。武汉军山长江大桥锚碇系统布置即采用这种形式。如果上下游均设景定位船，可以不设导向船，但需在围堰左右两侧设置边锚以保持围堰的稳定与平衡。
“钢堰”在深水施工中，由于体积大、沉放时间长，本身的定位及稳定主要依靠锚锭系统承担。“钢堰”锚旋系统，由锚缆设施、定位船、导向船组三大部份组成，其布置与施工区的流向、流速和河床表层土质有关。确保施工期钢围堰的安全，是锚锭系统布置的首要出发点和归宿。
（三）围堰接高
“钢堰”首节就位后，就以自身的浮力形成接高平台。
接高的方法有：
1、利用起重船将成节“钢堰”吊入接高；
2、以首节为拼装平台、利用导向船上的起重设备将分块吊人组拼接高；
3、以首节为拼装平台，现场拼焊成节接高。
三种方法中，方法是先进的施工工艺，接高时节间仅一条水平焊缝，节段工期短，焊接质量有保证，惟一的缺点就是需要大型水上起重船；是国内桥梁主墩“钢堰”施工的常用工艺，它可以充分利用导向船上的桅杆吊、起重机吊拼块体，具有较合理的综合效益；方法(3)是过时的施工工艺，施工质量与施工进度都不能与现代化建设形势相适应，惟一可取之处，就是设备简单，施工投人少。
节段接高过程中要对“钢堰”夹壁内灌注素混凝土加重，调整节段水平焊缝距操作平台的高度在1.5m左右，以便施焊人员操作。还要根据水流与接高情况，及时安设下兜缆，控制“钢堰”的垂直度。
（四）围堰下沉
“钢堰”的着床与下沉是极其重要的施工环节，必须在施工组织设计中对不同地质条件进行稳定与下沉系数的验算，并据以采取相应的预挖措施，以免贻误工期。
当“钢堰”着床于砂、土层时，应根据要求的下沉深度计算下沉系数。首先对“钢堰”夹壁内采用加水、加砂等低成本及加入与排出简易的材料的助沉措施验算其下沉系数，如不能满足要求，可换放砼块或浇注砼(浇注标高以不高于“钢堰”切割线为原则)。再不能满足要求时，则需采取外部助沉措施。
当“钢堰”着床范围的覆盖层较薄，其下的岩面高差在0.5m以内，着床时其覆盖层可能被冲光，也可能残留无几，着床时“钢堰”的垂直度能保持在施工规范允许范围，着床后稍作处理即可达到下沉的设计要求，及时采取抛石或石笼围护，保证基脚稳定，即可进行封底工序。武汉军山长江公路大桥6号主墩“钢堰”施工就是这一情况的实例。当“钢堰”着床范围的覆盖层较薄，预计着床时已被冲光，且岩面高差甚大，就必须采取可靠的技术措施确保着床的准确性和稳定性。
黄石长江公路大桥5号墩的覆盖层0.5～5.2m，土质上部为中、粗砂，下部为卵石层，“钢堰”着床在岩基上，岩面高差最大4.48m，施工时的水深17.5m，流速1.5m/s。在作施工组织设计时，作了两个对比方案:一是先清除水下砂砾层，对岩面进行控爆找平。这一方案的优点是直观，下沉着床易于控制，难点是深水清除砂砾层难度大、功效低，贻误长江枯水黄金季节的可能性甚大，加之该河段是滑坡的敏感区，5号墩位又临近岸边100余米，水下挖砂和爆破有损江堤的安全，未予采用。二是精确勘测“钢堰”周边岩面的变化，绘制实测岩面高差的周边展开图，据以制作首节“钢堰”底部的异形刃脚。下沉过程中，采取纠偏、纠扭的技术措施，并利用着床前的水流冲刷清除覆盖层，着床后采用液压支撑，钢支墩，水下不离析硷阻塞空隙，确保“钢堰”刃脚支承面大于60%的要求，并在外部四周抛筑钢筋网石笼稳定基脚。经实践，顺利完成了着床下沉任务，创造了大岩面差、深水、大流速条件下，下沉异形刃脚“钢堰”的施工范例。
（五）封底混凝土施工
1、围堰的封底厚度分析
封底混凝土厚度主要由两个因素决定:(1)钢围堰封底排水后，封底混凝土底面上受到向上作用的水压力Pw，封底混凝土犹如一种周边支承的板结构，在Pw的作用下，其厚度要保证板有足够的强度以抵挡向上的水压力而不破坏。
其静力平衡方程为。
式中分别为封底混凝土最小厚度(m)、面积(m2)、容重(kN/m3)、周长(m)、封底混凝土与钢围堰接触面上的单位粘着力(MPa)、水的容重(kN/m3)和堰内抽水深度(m)。
考虑抗浮时，除了考虑封底混凝土与钢围堰接触面上的粘着力以外，其实还有其他一些有利因素。如工程桩作用于封底混凝土的抗浮作用;围堰下沉至岩面时，封底混凝土与岩面结合，造成水压力作用面积减小等。这些因素有时难以定量计算，但可以作为安全储备来考虑。在确保封底混凝土强度和围堰抗浮的前提下，应尽量减小封底混凝土的厚度，降低工程投资。
2、封底混凝土施工
（1）围堰封底
对钢围堰水下大面积封底混凝土灌注工序，采用混凝土搅拌站集中拌和，混凝土罐车运输至施工现场，混凝土泵车输送进人导管漏斗的施工方法。
混凝土罐车水平运输，混凝土泵车泵送人漏斗。在灌注混凝土前应对钢围堰内的河床地形情况进行详细测量，并由潜水员沿钢围堰四周刃脚认真探察，对刃尖处有和外部穿通的现象，用麻袋混凝土或麻袋砂卵石堵漏，保证封底混凝土不外漏。为了在混凝土灌注过程中保持围堰内外水头平衡，在钢围堰上设置排水孔道，因为大面积封底不能一下把围堰刃尖封死，随着混凝土的下灌，围堰内的水要高于江水位，排水孔可调节内外水头差，防止刃角出现漏水现象。
封底混凝土主要作用是为了保证围堰抽水后的安全、不透水，浇注时要随时掌握水下混凝土的高度，防止出现浇注过高或者过低的现象。浇注施工的方法可以参考钻孔灌注桩施工规范。需要特别注意的是，由于围堰底部比钻孔桩要大，因此第一盘封管混凝土特别重要。封底混凝土浇注完成以后即可进行养生，养生不需特殊的工艺及设备，由于工程已在水下，因此只需放置10～15d即可。
（2）封底后抽水
待混凝土强度达到设计强度的70%以后即可抽水。在抽水过程中要随时观察围堰的变形及漏水情况，防止水压力过大造成围堰变形。如果有漏水或者变形的地方，应注意暂停抽水，待处理完毕并观察不再变形及漏水以后再继续抽水。围堰内的水抽干后，应观察堰底封底混凝土的漏水情况:如果漏水不严重，可以用水泵抽水维持堰内的的水位符合要求,如果漏水严重应采取封堵措施。
三、结论
综上所述，就桥梁深水基础双壁钢围堰得出如下一些结论：
(1)双壁钢围堰适合于桥梁深水基础施工，我国已具有丰富的工程实践经验。在围堰构造设计时，要与基础承台的构造相协调，避免尺寸过大。应与其他结构方案进行技术和经济比较，在设计中做到形式灵活多变、结构受力合理并最大限度地降低工程造价。
(2)在考虑自重、水流力，风荷载及漂浮物对围堰的撞击力等外力的基础上，应对围堰的抗滑移、抗倾覆和抗浮稳定性进行验算。在围堰锚碇系统布置时，要考虑流速和流向的变化，采用定位船、导向船等设备，不仅在围堰结构的上下游，也在两侧设置锚缆，同时要有锚缆受力调节装置，确保围堰的平衡和稳定。
(3)在确定围堰封底混凝土厚度时，既要考虑强度要求，也要满足抗浮稳定性。要充分注意到各种有利条件，在确保结构安全的情况下，尽量减小混凝土封底厚度，以降低工程费用。
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