崇左至水口高速公路桥梁施工深水钢围堰设计优化探讨

韦立桦

摘要：深水钢围堰施工具有安全风险高、作业空间小、施工成本高、水文地质情况复杂的特点，文章结合崇左西左江大桥工程实例，介绍了钢围堰施工步骤，并通过各工况计算，分析了钢围堰优化设计的意图，提出施工控制关键点，以实现深水钢围堰施工安全、高效、经济的目标。

关键词：钢围堰;深水;设计

0 引言

广西崇左至水口高速公路崇左西左江大桥主墩位于左江中，桥位距离下游美亚电站1km，平均水深超过20m，该电站不通航，附近无大型起重设备可用，主墩承台采用双壁钢围堰施工，具有安全风险高、作业空间小、施工成本高、工期紧、水文地质情况复杂的特点。钢围堰委托外部设计院设计，施工过程中发现以下情况：在内支撑设计密集，影响后续承台和墩柱施工;未设计围[HTXH1]檁，采用壁板直接受力，壁板拼接焊缝质量要求高;水平环板设置了竖向的背肋，焊接过程中变形严重，难以定位和满焊，施工质量和进度均难以保证。目前计算软件应用很普遍，通过对围堰进行建模、计算、分析，可以抓到关键点，避免大量工期和成本的浪费。

1 工程概述

崇左西左江大桥跨径为（3×20+77+145+77+20）m，因线路跨越左江而设，其中3#过渡墩和4#、5#主墩位于左江中，平均水深超过20m，4#墩承台底标高为90.0m，5#墩承台底标高为91.0m，承台分为左右两幅，单幅承台尺寸为12m×12m，承台采用9根直径1.8m混凝土钻孔桩基础。

4#、5#墩承台采用双壁钢围堰施工，桥位处百年一遇水位为113.86m，10年一遇水位为108.41m。结合桥位处水位布置情况，选取10年一遇水位108.41m作为设计水位。

2 钢围堰设计优化方向

2.1 水平斜杆及水平环板优化

钢围堰受力壁板中应力最大的地方为矩形围堰长边的内支撑高度处的水平斜杆及水平环板，水平环板应力为[KG（0.18mm]200MPa，水平斜杆为165MPa，均超过容许应力。原设计的围堰环板均设置了竖向的背肋钢板，焊接过程中变形严重、难以定位，焊接质量难以保证，无法发挥增加竖向刚度的要求。根据计算结果，可以有针对性地通地补强，避免盲目增加成本，在保证双面角焊缝施焊空间的前提下，尽可能加密该处水平环板间距，同时在水平环板一面间断焊接通长地∠75×50×6角钢，增加水平环板刚度，将水平斜杆布置距离缩短为0.6m，降低斜杆节点处的应力集中。

2.2 内支撑优化

原设计的内支撑为纵横向矩形框架型，未避开墩柱和塔吊位置，同时纵横向矩形框架间距小，导致吊装作业空间狭小。调运材料时，需安排工人位于第一层内支撑上部进行吊物牵引，不仅耗费时间，增加吊装人员，而且增加高空坠物及高空作业的安全风险。通过增加围[HTXH1]檁，将壁板单点受力情况变为条形受力，降低壁板的集中荷载，增加焊缝的安全系数。优化内支撑结构形式，将内支撑优化为八字斜撑。经过计算，围[HTXH1]檁和内支撑应力均满足要求，方便承台钢筋、模板、桩头杂物吊运。

2.3 下放系统优化

原设计的下放系统采用四个角的钢护筒下放，需要接长钢护筒，并在壁板内设置承重吊点，吊点构造复杂，单点承受65t，对于各点的同步性、钢护筒焊接质量要求高，增加起吊后拼接刃脚的安全风险。通过优化下放系统，采用10个門字架配合精轧螺纹钢进行下放，单点仅需26t的荷载，无需对壁板进行额外设计，仅利用现有钢管桩，安全高效。

2.4 施工步骤优化

原设计的钢围堰施工步骤为先与壁板同步安装内支撑，再下放，最后再抽水，虽然安全系数较大，但无法确定内支撑与钢管桩的具体位置，钢围堰下放过程中容易卡住，且浇筑封底混凝土时，导管不能连续，需要重新插管，影响水下混凝土质量。通过计算分析，发现采用先抽水再安装内支撑的方案，内支撑以及壁板受力均满足要求。方案优化后可以避免内支撑与钢护筒位置冲突，使封底混凝土连续浇筑，在保证安全的前提下，既缩短工期，又保证质量。

3 钢围堰优化概述

双壁钢围堰侧板厚1.5m，高度为23m。以4#墩为例，围堰底标高为+86.0m，围堰侧板高度上分为三节，沿周长分块，侧板各单元块之间采用焊缝连接，分节安装到位，围堰内共设置三层水平内支撑。具体构造为：面板厚度为6mm，竖向隔板为12mm钢板，内支撑位置处的水平环间距为600mm，其余部位为800～1200mm，竖向设置∠75×50×6角钢，内支撑位置水平环板采用12mm板件与∠75×50×6角钢焊接成L型构件，其余部位为12mm板件，中节和顶节的水平连杆为双拼∠100×10;第一层内支撑直径为630mm，壁厚10mm，第二层和第三层内支撑直径为800mm，壁厚16mm，封底混凝土为C30，厚度为4m，夹壁混凝土为C20，高度为8m。详见图1～2。

4 钢围堰优化论证

4.1 材料参数

（1）Q235B钢参数：容许弯曲应力[σ]=145MPa[1]。

（2）钢弹性模量：Es=2.1×105MPa。

（3）封底混凝土参数：封底混凝土采用C30水下混凝土，混凝土参数为：fk=150kPa;[ft]=1.75MPa[2]。

4.2 施工流程

（1）在加工场地内分块制造围堰，运输至桥位处;

（2）钻孔桩完成后，局部拆除钻孔平台;

（3）在临时平台上拼装围堰底节;

（4）接高钢管桩，安装提升下放系统;

（5）围堰整体提升，拆除临时拼装平台;

（6）围堰下放至自浮，限位后拆除下放系统;

（7）根据漂浮高度在壁舱内灌水，依次拼装中节围堰、底节围堰;

（8）灌注壁舱内混凝土，下沉到位;