自浮拆除式双壁钢围堰及其升降平台的设计与应用

王岩松

（中铁十七局集团第六工程有限公司 福建福州 350014）

1 引言

随着我国交通建设的发展，铁路、公路和市政工程桥梁建设的日益增多，线路跨越大江大河也越来越多，双壁钢围堰作为一种重要的桥梁深水基础施工装备也得到广泛的应用［1－2］。由于双壁钢围堰重量大、拼装、下水、拆除风险高，施工控制要求高。其施工的可靠性和经济性也直接关系到桥梁基础施工的成本和进度，决定了桥梁施工工期。本文以新建南昌至赣州铁路客运专线（后简称“昌赣铁路”）吉水赣江特大桥工程为依托，参考类似深水基础施工经验［3］，通过水中设置专门的双壁钢围堰下放升降平台，优化围堰结构，设置竖向、水平隔舱板，形成空腔结构自浮拆除，成功解决了双壁钢围堰的下水和拆除难题。

2 工程概况及施工难点

2.1 工程概况

昌赣铁路吉水赣江特大桥位于江西省吉水县吉泰盆地，赣江中下游，全长1 521.3 m。桥梁于醪桥、金滩两镇位置跨越赣江，桥址所处水深为5.6～14.5 m，跨越处河道宽约723 m，河道与桥梁线路夹角为88°，赣江通航等级为Ⅲ级航道，工程为昌赣铁路全线的重难点和控制性工程。

（1）桥梁结构形式

吉水赣江特大桥主桥通航孔采用（75＋3×125＋75）m连续梁跨越赣江主河槽，桥梁主墩基础采用钻孔灌注桩加承台的结构形式。1＃～4＃主墩位于河道主航道内，主墩基础采用12根φ2.2 m桩基，桩长43.5～55 m，承台尺寸为21 m ×15.2 m ×4.5 m，承台施工采用双壁钢围堰施工。

（2）气象水文情况

吉水县城区地处江西省中部，属亚热带季风气候区。赣江中上游吉水段受季风影响，水域无枯水期。每年4～9月为汛期，降水量约占全年的72%，赣江径流年内分配主要集中在主汛期4～6月，此时期径流量占全年的49.6%。汛期受降水影响，河床流速通常达1.2 m/s，最大达2.3 m/s。本区域降雨的显著特征为汛期降雨量大且雨量集中。其他月份也会小概率发生暴雨。

（3）地质条件

河床覆盖层为细沙、砾沙、细圆砾土等砂土地层，覆盖层为0.5～14.2 m不等，覆盖层不均。

根据地质勘察揭示，桥址范围内地质条件较为复杂，1＃～2＃墩地质从上至下为细沙、细圆砾土、石英沙岩，3＃～4＃墩地质由上至下分别为细沙层、砾砂层、细圆砾土层、泥质砂岩；3＃河床起伏较大，剩余桥墩河床较为平坦。

2.2 施工难点

桥址河岸一侧毗邻县道，一侧山丘地貌，传统围堰拼装场地受限。考虑施工区域处于赣江主航道，在施工过程中不应对航道运输造成过大的影响。双壁钢围堰施工体积大，受水流影响大，围堰拼装、下水、浮运及定位接高，岸上拼装不具备条件。

双壁钢围堰进行基础施工，施工完成后为减少行洪及通航影响应及时拆除围堰，常规拆除通常需要大量的水下切割，切割时间长、难度大且切割成本高［4－5］。

因此，结合昌赣铁路吉水赣江特大桥现场条件，和采用传统的滑道方式无法实施的难题［6］，通过设计的水中下放专用升降平台，解决了围堰下放难题。针对围堰拆除中难题，设计了自浮拆除式围堰结构，减少了航道占用时间，节约了成本。

3 自浮拆除式双壁钢围堰及其升降平台的设计

3.1 围堰升降平台设计

根据重量及尺寸，升降平台采用拼装贝雷片作为平台承重梁。双壁钢围堰的拼装平台由3 m×1.5 m的贝雷片拼装成平台主梁和分配梁，并在上铺设花纹板形成作业平台。

平台基础采用钢管桩，基础共设6处立柱支点，“曰”字形布置。每处立柱支撑共有4根φ529 mm的钢管桩，正方形布置形式，每处立柱支撑钢管桩上部采用工字钢横梁，顶部搭设千斤顶作为升降装置，见图1。

图1 升降平台上钢围堰拼装

贝雷主梁伸入立柱支撑内，与升降装置的精轧钢吊顶连接；升降平台四角处吊点的采用2根φ32 mm的精轧钢，中间处吊顶的采用4根φ32 mm的精轧钢，并配合千斤顶的顶推进行升降平台的上升与下放。设计的升降平台获得了国家专利（专利号：ZL201920072665.1）［7］。

3.2 自浮拆除式双壁钢围堰设计

（1）双壁钢围堰结构设计

根据承台尺寸和水深，双壁钢围堰设计采用圆环形结构［8］，多层钢围堰环叠合逐层接高结构形式。钢围堰结构环由内壁板、外壁板组成，之间设置竖向隔板、水平舱板、内环板、外环板、内壁肋、外壁肋、斜撑、切割线钢筋等构件，环结构一个标准块见图2。水平隔舱板设置在封底混凝土标高以上1.5 m位置，并在水平隔舱板下50 cm设置标示钢筋标明内外壁切割位置。施工完成后，沿环向将内外壁切割为上下两部分，使结构构成一个以水平隔舱板为底，上端敞开的空舱环形槽。设计的自浮拆除式双壁钢围堰，获得了国家专利（专利号：ZL201610375752.5）［9］。

图2 自浮拆除式双壁钢围堰标准块示意

（2）导向装置设计

双壁钢围堰上浮导向采用四周设置4根φ630 mm钢管桩限位，下游的两根钢管桩顶部设置卷扬机和钢索。采用钢索围围堰一周，与上游沉入河床的混凝土锚碇相连接，以卷扬机和钢索拉住钢管桩顶，防止钢围堰自浮后，拆除过程中移动，见图3。打设钢管桩前，将管桩部位的外壁先行切割，切割位置见图4。

图3 拆除导向装置示意

图4 切割线部位

4 工程应用

4.1 双壁钢围堰升降平台施工技术

（1）升降平台搭设

升降平台设置在桥梁上游位置，平台位置水深不低于5 m。采用浮吊打设立柱处4根钢管桩，钢管桩之间用连接系连接，以连接系作为临时支撑吊装贝雷片，并组装升降装置的精轧钢连接贝雷片后，拆除临时连接系，形成升降平台。

（2）底节钢围堰下水

平台上进行钢围堰底节拼装，底节钢围堰拼装成环后，对焊缝进行检查。为保证焊缝质量进行煤油渗透试验，合格后进行下放。钢围堰下放前，测量河床标高、水深、水流速度等条件，满足要求后，方可下放。

首节下放过程中，各支点处千斤顶下放行程必须同步，下放行程应匀速，且每次下放长度不超过10 cm。钢围堰下放后，采用钢丝绳将钢围堰缓慢由下游侧移出。

钢围堰的浮运采用机动舟及驳船推进的方式进行［10］，后端由机动舟进行逐步顶推，两侧用两艘驳船牵引至墩位处。

（3）钢围堰接高

钢围堰接高前，在围堰顶面确定出一个测量基准面及中心点，为保证围堰接高过程中的垂直度，对围堰进行实时监测［11］。然后向围堰隔舱内逐步注水下沉，注水应对称进行，保证围堰下沉时的垂直度。接高拼装由两台浮吊对称拼装，见图5。吊装接高时，要随装随调，先全部点焊固定后，方可全面焊接。接高和注水过程中，应保证水下节段围堰水上外露高度不低于2 m。

图5 钢围堰接高

（4）钢围堰下沉着床

钢围堰接高注水下沉至最后一节段，钢围堰下沉着床前，采用浮箱上设置的倒链系统调整至设计位置［12］，精确定位后，快速注水使围堰着床。

4.2 自浮双壁钢围堰的拆除

围堰拆除的主要工艺流程为：导向装置打设、连接→围堰内抽水→内壁局部切割→围堰内注水→内外壁切割线水下切割→自浮舱内抽水、围堰自浮→围堰分层切割、运输→底节围堰固定、切割运输。

对钢管桩对应的部位的切割线进行提前切割，切割50 cm的切割线，并采用胶质材料进行封堵，避免内壁切割线切割时漏水。

（1）围堰内抽水、切割内壁切割线

双壁钢围堰舱内的积水进行抽离，将双壁钢围堰的内壁的切割作业转换成常规切割，减少水下切割量及降低施工难度。切割采用分段同步切割，即割一段留一段，不一次性环向切割，设计分为16段，环向平均分布。当出现围堰内积水抽不净情况时，不能转换为常规切割，采取水下切割进行内壁切割作业。

（2）围堰内注水，切割外壁切割线

双壁钢围堰内及舱内注水，达到外壁压强相同时进行环向内、外壁水下切割。采取的切割顺序见图6，将围堰平均分成16个节段，第一次切割8段，第二次切割上下游的4段，第三次切割顺水流方向的4段，以此保证围堰切割过程中的稳定。

图6 分段切割线切割顺序

（3）舱内抽水整体上浮

内外壁切割完成后，自浮隔舱板以上为单独的结构，进行舱内抽水作业，使双壁钢围堰整体上浮。双壁钢围堰水上切割工序为：舱内抽水自浮→停止抽水并焊接钢管桩→分块进行切割运输→切割钢管桩焊接部位→重复以上步骤。

舱内抽水自浮上浮的高度控制为3～4 m，待上浮到指定高度后，抽水泵停止抽水，外壁与钢管桩进行焊接。双壁钢围堰切割整体设计为同步分块切割，对称进行切割作业。切割成小块后，通过人工配合卷扬机及栈桥上的吊车进行转运、运输。

（4）底节围堰拆除

双壁钢围堰底节2～3 m的高度，通过在墩上设置抱箍及拉索、栈桥上设置拉索、焊接钢管桩以及浮吊的悬吊等措施确保底节围堰拆除时的稳定性。墩上抱箍采用 18a的槽钢进行加工，并设置于墩上变截面处，抱箍在横桥向两侧各设置3个吊点，共6个吊点；于顺桥向处各设置1处吊点，共2个吊点，合计8个吊点。

底节围堰切割顺序为：切割下游中间节块，两侧同步切割，切割至钢管桩焊接节块时停止切割。最后切割两钢管桩之间的节块，见图7，切割顺序为①→②→③。

图7 底节围堰切割顺序

5 结束语

由于场地限制，双壁钢围堰下水利用升降平台施工，采用钢管搭设立柱支撑，由贝雷梁拼装上部平台，精轧钢配合千斤顶下放围堰。整个升降平台搭设简单，施工难度低，下放过程操作简单易行。双壁钢围堰通过优化围堰结构设计，围堰整体上浮拆除，可减少80%的水下切割量，这减少了切割时间，降低了水下作业风险，确保了施工人员的安全性，降低了施工成本。设计的自浮拆除式双壁钢围堰及其升降平台在昌赣铁路吉水赣江特大桥得到成功应用，这为以后类似工程的双壁钢围堰设计、施工提供经验。