工具式围堰在桥梁墩柱维修中的应用
2015-02-10吴中鑫朱慈祥
刘 昂 吴中鑫 朱慈祥
（武汉二航路桥特种工程有限责任公司 武汉 430063）
由于人为、环境等诸多不可控因素，在役桥梁结构尤其是墩柱和承台承受着巨大的冲击和遭受着一定的损坏。对此，需进行桥梁墩台的维修。桥梁墩台大部分位于水下，需进行隔水施工。隔水施工较多采用围堰作为围挡。其中以钢围堰应用最为广泛。
在役桥梁环境因素决定水下加固施工作业无法采用传统钢围堰的分块及安装方式进行施工，需对原有钢围堰施工方法进行改进，开发出一种符合加固施工作业工程小、分布广等特点，并可以作为一种工具周转使用的钢围堰［1］。
研究工具式可循环拼装式双壁钢围堰在大潮差水中墩柱加固工程中的使用方法，可为以后需使用钢围堰加固施工的工程起到指导作用。结合某大桥桥墩维修加固工程中采用的可循环拼装式双壁钢围堰施工方法，总结本次成果的经验及相关理论和技术，为其他类似工程提供参考。
1 应用工程背景
某桥属深水大跨桥，全长1 265m。全桥分为5联，15～18号墩为水中墩，见图1。下部结构为钢筋混凝土双柱桥墩，承台平面尺寸为6.4m×5.2m，高2m，每个承台下设4根直径为1.5 m的钻孔桩。
图1 14～18号桥墩位置分布图
由于桥址地处沿海并受潮汐影响，原桥受船只撞击及采砂影响较大，需对墩柱进行加厚混凝土施工。另外，桥墩处水深8～1m，需采用干作业施工平台。根据施工需要，在15～18号墩设置双壁钢围堰作为干施工作业平台。
2 工具式双壁钢围堰选择及验算
根据水文地质资料分析，结合新建桥梁钢围堰的设计原则，考虑高潮差低净空等环境因素，并为满足承台加固施工需求，要求钢围堰内部尺寸不小于8.0m×9.0m［2］。高度依据每处墩台水深9.4～13.0m不等。具体每墩高度见表1。
表1 14～15号桥墩钢围堰参数表
根据工程现状，如果重新制作特定的钢围堰，在经济性及工效性上处于劣势。经分析决定，可选择我单位研制的工具式可循环利用双壁钢围堰。
目前我单位的工具式双壁钢围堰平面尺寸主要有2种类型，分别是L型钢围堰和I型钢围堰，见图2和图3，其高度尺寸满足各种规格需要。通过这2种不同分块相互组合及合理的内撑布置，以满足不同水深及不同施工条件下的需求［3］。
图2 L型钢围堰（单位：mm）
图3 I型钢围堰（单位：mm）
根据需求拟定钢围堰在平面方向分为6块，分别是四角的L块和2个长边的I块。高度方向分为4.6，3.6，2.4和3.0m（其中，4.6m 节段为入泥段，为一次性使用）。最长的块长度为6.4 m，最重块的重量为6.0t。块与块、节与节之间采用螺栓连接。根据现场实际情况钢围堰拟定组合见表1，平面组合图见图4，立面组合图见图5。
图4 钢围堰平面布置图（单位：mm）
图5 15号承台处钢围堰立面布置图（单位：高程，m；尺寸，mm）
利用有限元软件根据既有钢围堰规格尺寸进行验算［4］，合理选择内撑杆及布置位置确保钢围堰使用过程中的安全性，有限元分析结果见图6。
图6 钢围堰应力云图
3 工具式钢围堰的使用
根据现场边界条件，选择相应安装使用流程。工艺流程为：工具式钢围堰选择→前期准备→吊装设备安装→哈弗套下节安装→导向架安装→第一节拼装下沉→其余节段拼装下沉→封底→哈弗套上节段安装→抽水施工→钢围堰拆除循环利用。
3.1 钢围堰安装的准备工作
钢围堰安装的前期准备工作主要包括：水文及地质状况测量、运输船运输定位等。
工具式钢围堰到达现场前，检验各构件并进行水密性试验［5］。
3.2 钢围堰吊装及拆卸系统的设计安装
钢围堰的吊装通过手拉葫芦及卷扬机配合使用而实现，吊装点通过在钢围堰正上方箱梁板底处钻孔植筋实现。
3.3 哈弗套的设计及加工
在封底混凝土与钢围堰之间设置Φ158的哈弗套，防止封底混凝土和入泥段钢围堰以及其他因素对原桥恒载的影响。
3.4 哈弗套下节段的安装
利用驳船安装哈弗套下节段。
3.5 钢围堰导向架设计安装
采用围堰导向架进行钢围堰安装定位。
导向架按照组件拼接方式进行设计，并考虑到当地1.5m／s的水流力带来的影响。导向架锚固于承台上，块与块之间采用螺栓连接。围堰导向架完成后拆除并进行循环作业。围堰导向架见图7。
图7 钢围堰导向架平面布置图（单位：mm）
3.6 钢围堰安装
3.6.1 第一节钢围堰吊运、定位、拼装
采用围堰吊装及拆卸系统进行钢围堰拼装。
首节段围堰通过驳船运至桥墩两侧，驳船抛锚定位，使用围堰吊装及拆卸系统进行依次逐块起吊拼装。块与块、节与节之间采用螺栓连接并用橡胶护垫进行止水处理。
3.6.2 其他节段钢围堰吊运、定位、拼装
依据第一节吊装、拼装同样的方式拼装其他节段钢围堰。
3.6.4 钢围堰着泥
钢围堰接高完成后，在小潮、低潮、平潮时均匀灌水下沉。
双壁钢围堰着床后，用2台吸泥机由围堰中心逐步向刃角处对称分层吸泥。
围堰壁内灌注舱内混凝土或沙石压重，并结合围堰导向架使围堰平、稳、正、直地下沉。围堰一边下沉一边调整，确保其始终在准确位置下沉。
3.7 钢围堰混凝土封底
封底混凝土施工前，利用袋装卵石或石块将围堰外侧开挖坑填平，以防封底混凝土浇注时将围堰挤压偏位。
采用垂直导管法灌注水下混凝土，导管布置见图8。
图8 钢围堰封底混凝土灌注孔分布图
3.8 哈弗套上节段的安装
哈弗套上节段的安装与下节段安装类似。
3.9 抽水施工
哈弗套上节段安装完毕后，对钢围堰内部抽水，便可进行相关作业。
3.10 钢围堰拆除循环利用
工具式可循环利用双壁钢围堰使用完成后，进行拆卸回收循环利用。
根据钢围堰的安装顺序逆向进行拆除。拆除原则为从上到下分节拆除吊装。
拆卸所剩余高强螺栓以及橡胶护垫，选择完好或还可循环利用的留下进行再次利用，其余予以废除。
循环使用前需对钢围堰壁体进行外观检查。对破损状况进行焊接修补。钢围堰下水前需进行水密试验。对于变形较大的情况进行纠正，如果无法恢复原来状况，必要时需返厂修补。如无法使用，则进行现场拆解。
4 结论
利用创新性的工具式可拼装循环利用式钢围堰对某桥桥墩加固工程进行施工，在国内较为罕见。其先进性及创新性主要有：
（1）研究可循环利用双壁钢围堰在大潮差水中墩加固工程中的使用方法，可以大大减少施工工期，提高工作效率，降低施工成本。
（2）可循环利用双壁钢围堰符合建设节约型社会的国情，具有经济性、持久性、节能环保等特点。
（3）可循环利用双壁钢围堰作为一种新型的施工工具，不仅可为在大潮差特定环境中的加固工程提供服务，亦可为所有水中加固工程提供指导，具有广阔的市场前景。
［1］ 盛海军，吴中鑫，李士兵，等.双壁钢围堰在大潮差水中墩加固工程中的应用研究［J］.公路，2012（9）：120－126.
［2］ 陈治国.九龙江特大桥深水基础钢套箱围堰施工技术［J］.山西建筑，2012（3）：176－178.
［3］ GB 50017－2003［S］.北京：中国计划出版社.2003.
［4］ 喻志良.深水基础钢围堰设计［J］.铁道建筑技术，2011（S）：
［5］ JTJ TF50－2011公路桥涵施工技术规范［S］.北京：人民交通出版社，2011.
