严寒地区异形双壁钢围堰施工技术

杨江朋

YANG Jiangpeng

(陕西铁路工程职业技术学院，陕西 渭南714000)

1 工程概况

松花江大桥为哈尔滨绕城公路东北段秦家至东风段，全长2324.92 m，主桥为3 m×138 m+90.5 m的大跨度预应力混凝土连续梁结构，下部结构采用上、下行分离式钢筋混凝土实体墩。主桥墩承台为整体式，平面形状为六边形，长29.5 m，宽12.6 m，采用钢围堰进行施工。承台设计厚度为4 m。承台下设16 根直径为2 m 的钻孔灌注桩，梅花分布，桩顶标高为-17.85 m。该地区为北寒带气候条件，冬季漫长，年平均气温3.6℃～3.8℃，最大冻结深度1.78～2.05 m，地面稳定冻结期11月下旬，地面稳定解冻期4月中旬。地质构造为细砂、中砂、粗砂、砾石、亚黏土及黏土分层堆积层，桥梁基础均穿越上述各堆积层后，桩底座落于全风化或微风化砂岩或泥岩［1］。

2 围堰结构设计

围堰的设计本着受力条件好、稳定性强、方便施工、节约材料的原则进行设计。根据水中主墩承台的尺寸和形状，经过多个方案的比较，最后设计成内径16.8 m、外径19.2 m 的双圆形结构。既充分发挥了圆形结构受力条件好的特点，又最大限度地节省了材料［2］。双圆形双壁钢围堰结构分为4 个部分，即刃脚段、双壁加强段、单壁段、内部横向支撑梁。见图1、图2。

图1 异形双壁钢围堰平面布置图

图2 异形钢围堰结构图

2.1 细部结构

刃脚部分面板采用8 mm 钢板，角度为30°;双壁加强段内外面板及隔板均采用5 mm 钢板，内部为空间桁架结构，水平主桁加强圈采用∠100 ×100×10 和∠75 ×75 ×8 角钢，缀条用∠63 ×63 ×5 角钢，竖向间距按不同的高度荷载计算求得;竖向加劲肋采用∠50 ×50 ×5 和∠63 ×63 ×5 角钢，周向间距按不同的高度荷载计算求得;围堰中支撑桁架用∠100 ×100 ×10 和∠75 ×75 ×8 角钢相扣成方管，空间用∠75 ×75 ×6 做缀条组成桁架，竖向间距与加强圈相同。

2.2 整体结构

总高21 m，第1 节刃脚2 m 高，第2 节2.5 m高，其余每节1.5 m 高，共13 节，双壁加强段10 m，单壁段9 m。在双壁围堰12 m 处设置盖板，控制围堰下沉及上浮，盖板由5 mm 钢板和3 mm 钢板卷制抽水圆筒组成。

3 围堰加工

围堰根据设计图纸在工厂中分块加工，按互换件和对号入座的办法制成块件，经工厂检验合格后，吊至运输车，并对其进行加固处理，避免在运输过程中导致块节变形;运至工地后，经现场检验合格后方才进行卸车进行吊装拼装［3］。具体工艺流程见图3。

图3 围堰加工工艺流程

3.1 材料选择

钢板选用优质Q235 钢，角钢采用A3 钢。

3.2 焊缝要求

壁板与加强圈之间和壁板与加固角钢之间采用双面间断焊，焊缝最大间隔60 mm。外壁板焊缝总长不小于缝隙总长的三分之一，内壁板焊缝总长不小于缝隙总长的二分之一。加强圈和支撑桁架的主要受力杆件接长焊缝要对齐饱满。缀板与主桁架间采用双面焊。所有缀条两端采用两侧角焊缝，焊脚尺寸不得小于焊件厚度。壁板间采用坡口焊接方式，焊缝要进行渗油检验，合格后方可进行半成品组装。焊接杆件均需进行结构校正，圆形部位半径须满足设计要求，要圆顺。

3.3 施工要求

3.3.1 施工精度

钢围堰块段间施工容许偏差为-3～1 mm，面板间错台不得大于2 mm，整体结构偏差为0～50 mm。

3.3.2 加工要求

焊接施工之前，要对构件的施焊部位进行除锈、清除油污。钢围堰块段在加工、运输过程中应采取加固措施，防止发生碰撞、构件产生过大的变形，影响钢围堰的现场拼接安装。半成品出厂前同层各块段进行试拼接试验，经检查满足施工要求后方允许出厂。

4 围堰拼接

4.1 钢围堰现场定位

根据施工工期安排，松花江大桥钢围堰首节施工时间选在冬季，充分利用了自然环境。钢围堰定位是采用全站仪在冰面上直接定出双圆中心，再由中心进行施工放样。在定位方面采用导向桩具体措施进行保证，围堰上游侧设6 根导向桩、下游设2 根导向桩，导向桩均采用全站仪直接定位。具体布置见图4。

4.2 施工顺序

钢围堰拼接顺序是自下而上、自外而里的顺序，即先刃脚后依次各分层钢围堰，同层钢围堰是先围堰壁对位、后中间支撑梁施工。

4.3 现场拼接

钢围堰各组件经现场质检员验收合格后投入拼接工序，根据分块段编号、分块段长度将具体位置放样在钢围堰大样内，特别是首次刃脚拼接。

图4 钢围堰隔仓及导向桩布置图

4.3.1 刃脚拼接

首先在钢围堰大样位置按一定间距布设枕木垫圈，在垫圈上进行钢围堰刃脚拼接;其次是拼接完毕后进行焊缝外观、长度、漏水检查，保证每道焊缝饱满、满足设计要求，漏水检查采用渗油检验方式进行，确保每道加工缝不漏水;再次是在施工平台上根据分力均匀原则将围堰刃脚部分整体吊起，进行下一道工序施工。

4.3.2 各层钢围堰拼接

在刃脚下沉完毕后，采用链条固定在施工平台上，接下来施工下一层钢围堰，具体做法是:首先围堰顶面进行下一层各块段拼接放样，采用吊车从平台吊装各块段钢围堰壁，焊接完后进行焊缝相应的检查，合格后进行下沉施工［4］。

4.4 施工要求

(1)各节、块之间先利用倒链或吊车将其吊装到位，对其进行点焊固定，经现场质量检查人员检查合格后，再进行下一道焊接工序。

(2)焊缝施工尽量避免立焊或仰焊，冬季施工时现场搭设施工大棚，保证焊接质量。

(3)钢围堰壁在与下层连接时，要求上下壁面错位在规定要求2mm 以内，不满足要求的，要进行纠正再进行点焊，经现场质量检查人员检查合格后，再进行下一道焊接工序。

(4)围堰内外壁进行满缝施焊，确保无焊伤、无漏焊、无砂眼。钢板与角钢水平杆的焊缝长度大于100 mm，间距不大于80 mm。角钢骨架的焊接进行满焊，在骨架块的外壁板上，焊接吊环，组装成型后对围堰尺寸、高度、倾斜角以及焊接质量进行检查验收，并作漏水试验确保不漏水。

5 围堰下沉

5.1 施工过程

5.1.1 刃脚下沉

刃脚作为钢围堰最底层，下沉前应对其进行测量复核，以确保其轴线偏位及结构尺寸均满足施工要求。在合格后先将刃脚整体吊起，抽出垫圈，采用人工凿冰的方式在围堰放样位置进行凿冰施工，清除冰块后，同时水平下放刃脚直至靠自重浮出水面，调平后加链条进行固定。接着施工下一层钢围堰。

5.1.2 注水

下沉时采用同样型号潜水泵对称往隔仓内注水，注水顺序为先中间隔仓后两边隔仓，见图5。先往仓2、仓5 注水，后依次为仓1、仓4，仓3、仓6;每次往仓内注水量不超过10 m3，即两台30 m3/h 的潜水泵同时注水不得超过5 min。

图5 隔仓注水管图

5.1.3 下沉围堰检查

下沉过程中，同时检查围堰内外壁是否有漏水现象，如发现有漏水点则立即停止下沉，相反从隔仓内抽水，步骤与注水一样，至漏水点出水面后，进行补焊合格后重新下水。

5.1.4 测量

下沉前，测量河床底标高，了解钢围堰着床情况，以便采取相应的调平措施。每层下沉到位后，统一对围堰顶高度进行测量，确保水平倾斜度不超过5°，在达到要求后，安装吊耳，将围堰固定在施工平台上，进而进行下一层的钢围堰的拼接［5］。

5.1.5 着床后施工

钢围堰着床后，对称往隔仓内注水可能会引起围堰不均匀下沉，需采用清除围堰内外侧河底淤泥及砂石，进行均匀平稳下沉，直至钢围堰下沉到位。清淤泥及砂石采用砂石泵、自制吸泥机、污水泵等设备配合作业。

5.1.6 下沉到位后施工

钢围堰下沉到位，在施工平台的军用梁上固定16 个10 t 倒链，将钢围堰固定。同时采用重锤测量法对围堰内外侧河床底标高进行测量，绘制详细的河床底地形图，以利于围堰内封底的施工方案实施。

5.2 施工要求

(1)需要对其顶面、顺横桥向的轴线及垂直度进行跟踪观测;组织有关人员做好观测记录。

(2)要对河床底标高进行详细测量，时刻了解钢围堰着床情况。

(3)钢围堰在下沉时，要求对称下沉，钢围堰在制作时将壁仓分隔成6 个空气仓，且在仓顶板部位设一个注水口。在下沉过程中，围堰水平倾斜不得大于5°。

(4)围堰下沉到位后，检查围堰刃脚部位是否存在不着床及着床深度不够的情况，对于不着床及着床深度不够的部位紧贴围堰外侧壁填成捆的砂袋，以保证刃脚达到封底施工的要求。

6 围堰纠偏

6.1 隔仓注水纠偏

围堰刃脚未着床前，采用隔仓注水纠偏方式。钢围堰分为6 个隔仓，同时对两个隔仓进行注水。围堰下到次层施工所需高度时，进行围堰微调，改用单个隔仓进行注水，控制注水时间，单个隔仓不得超过2 min，直至围堰处于同一高度，进行固定。

6.2 吸泥纠偏

围堰下沉着河床，暂不单一采用注水法下沉钢围堰，详细测量河床底标高，先采用隔仓注水时间控制方法在每个隔仓注同样重量的水;在同步注水后，着床点不下沉时，采用吸泥法下沉。采用空压机配合吸泥机吸泥，或采用KQJ 型潜水绞吸式挖泥机吸泥。吸泥时控制吸泥头下放深度，保证围堰着床点均匀缓慢下沉。反复调整，直至围堰下沉到位［4］。

7 结 语

松花江大桥由于地处我国东北地区，天气极其寒冷，给基础施工带来很大困难。该工程在基础施工中，针对当地气候情况，制订了利用围堰进行冬季基础施工的详细方案，将围堰施工的特点与松花江气候寒冷、冰层厚的特点相结合，创造了一套寒冷地区围堰冰上施工的完整工艺。该施工法在松花江大桥上的成功应用，为我国寒冷以及高寒地区河流冰上基础施工提供了借鉴。

［1]赵丽. 冬季钻孔桩施工技术［J］. 黑龙江科技信息，2007(5):225.

［2]孔滨，肖川.双壁钢围堰施工［J］. 黑龙江交通科技，2009(4):116 -117.

［3]陈光福. 双壁钢围堰的施工技术［J］. 中国港湾建设，2002(12):15 -17.

［4]傅琼阁. 大型异形钢围堰施工技术［J］. 土工基础，2005(4):10 -12.

［5]王贵春，皇甫昱.桥梁深水基础双壁钢围堰施工技术分析［J］.铁道建筑，2007(8):23 -25.