某桥梁深水基础双壁钢围堰设计与施工

2015-06-29周辉

四川水泥 2015年6期

关键词：双壁钢护筒牛腿

周辉

（中铁上海工程局，上海 200436）

某桥梁深水基础双壁钢围堰设计与施工

周辉

（中铁上海工程局，上海 200436）

针对桥梁基础位于水库深水区，宜采用双壁钢围堰施工的特点，进行了双壁钢围堰的设计。并对双壁钢围堰进行了有限元分析，分析表明，本文设计的双壁钢围堰满足全部施工过程的安全要求，且节约材料，造价低。

桥梁工程，深水基础，双壁钢围堰，设计，施工

近几十年来的桥梁工程建设中，深水基础或水中承台的施工，或采用钢围堰或钢套箱。但在桥梁较大深水基础的施工中，则宜采用双臂钢围堰。本文结合深水库区大桥的水中基础施工，进行了双壁钢围堰的设计，详细介绍较大深水基础的双壁钢围堰方案设计与计算分析。

1 工程概况

项目所在水库区桥梁全长610.5m，上部结构为10孔50m预制箱梁，全桥共11个墩台。其中5#～8#墩位于水库深水区，水中承台尺寸为900×1200cm，承台高度3.0cm。墩底尺寸约400×1000cm。施工水位高程12.57m，承台底标高6号墩最低，为10.658m。考虑封底混凝土厚度1.0m～1.5m。按照设计图纸所提供的施工水位计算，考虑封底厚度，基坑底部水下深度约为13m。按照桥梁深水基础常规的施工方法，对于这样的深水区施工，采用双壁钢围堰安全可靠。

双壁钢围堰是用于水下施工的临时性挡水设施，主要由三部分组成：双壁钢围堰侧板、围堰内支撑体系和封底砼。钢围堰的作用是通过围堰侧板和封底混凝土挡水，为承台施工提供无水的施工环境。钢围堰侧板兼做承台侧向模板，封底混凝土兼做承台施工底模。

2 双壁钢围堰方案设计

围堰宽度为1.4m，钢围堰侧板由内外侧钢板、竖向加劲肋、水平桁架（水平杆、竖杆和斜杆）及竖向隔舱板（隔舱桁架和隔舱面板）组成。内外侧钢板厚度δ＝6mm；竖向加劲肋采用L75×8等边角钢，间距为40cm；水平加劲肋间距为80cm，采用75×8等边角钢；隔舱板设置在围堰分块的两端，面板采用δ＝10mm钢板，桁架杆件采用L75×8等边角钢，刃角封口板采用δ＝10mm钢板。内支撑采用600×12mm钢管（，围檩采用2I45b和 2I56b双拼工字钢。双壁钢围堰的二分之一立面图平面图如下图1和图2。

图1 双壁钢围堰立面图

图2 双壁钢围堰平面图

3 钢围堰力学分析

采用有限元软件Midas.Civil，建立钢板桩围堰的整体空间模型，应用软件的单元激活与钝化功能，模拟全部施工过程，进行强度、变形力学分析。

本模型用板单元模拟内外钢壁，用梁单元模拟横向和竖向主龙骨內撑，桁架单元模拟斜撑，实体单元模拟混凝土。有限元模型如下图3所示。

图3 双壁钢围堰有限元模型

仅以验算最不利受力工况—浇筑完封底混凝土，抽干围堰中的水之后，进行力学分析。得到混凝土、钢板和支撑的应力如下各图4-8所示。

图4 围堰底节混凝土主应力

图5 钢板X-X方向正应力

（1）底节填充混凝土部分变形和强度均满足要求。

（2）承台以上双壁钢围堰部分，在抽水之后的变形和应力满足要求。

但变截面处的支撑和主龙骨，应力较大，出现了，局部失稳的现象，如下图9所示：

考虑到模型简化的误差，依据施工经验，对变截面处的主龙骨不做加强设计，采用底节内部混凝土灌注到变截面以上的措施。

图6 钢板y‐y方向正应力

图7桁架单元正应力

图8 梁单元正应力

图9 变截面处的主龙骨局部失稳

4 双壁钢围堰施工技术要点

钢围堰统一在加工场分块分节加工制作成型，半成品加工完成后经现场技术人员验收合格后，龙门吊起吊到平板车，运送到钢围堰临时堆放场地堆放。制作时围堰上下共分为3节（7m+7m+3.5m），每节围堰共14块组成。

双壁钢围堰施工，首先拆除水上钻孔平台，用抓斗或水上长臂挖掘机清理围堰范围内的河床，然后在钢护筒顶安装纵横向主梁（作围堰下沉对位、固定用），并在护筒距离水面高约1.3m处安装牛腿，然后将岸边分块加工制作好的钢围堰，用浮吊运至墩位处，将底节围堰分块吊装至牛腿上，对位、固定、焊接、合拢，灌注刃脚砼，且在围堰内壁焊接下沉定位设置、安装固定导链，利用导链将底节钢围堰吊起，拆除牛腿，下放底节钢围堰，下沉到位后，再按同样方法拼装焊接下沉第二、三节钢围堰，最后利用吸泥机进行吸泥清基，灌注封底砼，待承台施工完毕并且墩身施工出水面之后,将钢围堰拆除。

为确保围堰的定位准确，在围堰内壁每对应承台四周钢护筒位置处，竖向间隔3m焊接一道定位支撑，定位支撑采用双拼的22a槽钢焊接而成，定位支撑与钢护筒之间预留5cm的空隙，便于围堰下沉。由于定位支撑与围堰一起下沉，确保了围堰的定位准确。

围堰下沉选择在水流较平稳时进行，利用16个性能完好的30t手拉葫芦、16根直径Ф32.5mm的钢丝绳和30t的卡环将围堰吊在钢护筒上，在现场总指挥的统一指挥下，16名操作工人同时拉动葫芦，收10cm，使钢围堰脱离装悬臂梁支撑，此时检查葫芦及吊耳受力状态，确定悬挂系统无变形后割除钢护筒上的牛腿，注意牛腿要割除干净不留突出铁件，避免造成围堰下沉困难。

当围堰进尺到最后1m时就进入到终沉阶段，在终沉时，挖土锅底形状由“凹"面逐步过度到“凸"形反锅底，并且适当放慢吸泥速度和数量，严格按照均匀对称的原则布置吸泥范围，当围堰四个控制点高差大于20mm时，及时纠偏，纠偏方法以调整各隔仓吸泥速度为主。

围堰刃脚踏面标高达到设计标高时，立即停止吸泥,测量密切注意观测，8h内围堰下沉不大于10mm，即为围堰沉停成功。围堰到位后，锚好围堰四周锚绳，且围堰与钢护筒之间临时焊接牢固，确保围堰稳定。测量要求每间隔6h观察一次四个方向标高，校核围堰终沉后位置有无放生变化。

当钢围堰完成终沉后，后续的施工步骤为：钢围堰内水下砼封底→抽干钢护筒→水下切割钢护筒→焊接第一层围檩托架→架设第一层围檩→架设支撑→抽围堰中的水至第二层围堰支撑下1.2m位置（封底砼浇筑7天后才能抽水）→焊接第二层围檩托架→架设第二层围檩→架设支撑→第三层支撑架设同第二层。