金温铁路大溪大桥九号墩双壁钢围堰的设计与施工.pdf

·桥涵工程·收稿日期：２０１４０７１６金温铁路大溪大桥九号墩双壁钢围堰的设计与施工王参军　曹同来（中铁二十二局集团有限公司　北京　１０００４３）摘　要　介绍金温铁路大溪大桥九号主墩深水基础双壁钢围堰设计与施工技术，尤其是通过墩身分段施工，交替转换内支撑点，保证了结构安全，对类似工程有借鉴作用。关键词　双壁钢围堰　深水基础　设计与施工中图分类号　　　Ｕ４４５．４文献标识码　　　　Ａ＋Ｂ文章编号　１００９４５３９　（２０１４）１０００２６０３　　　　　　　·　ⅠⅣ×±±±Ⅰ Ⅳ±Ⅳ　· 　　　　　　　　Ⅳ± 　± Ⅳ·Ⅳ!Ⅳ×　　ＷａｎｇＣａｎｊｕｎ，　　ＣａｏＴｏｎｇｌａｉ（　　ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙ２２ｎｄ　　ＢｕｒｅａｕＧｒｏｕｐＣｏ．Ｌｔｄ．，　Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ　　　　　　　　　　　　　　　　ＴｈｅｐａｐｅｒｍａｉｎｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｄｅｓｉｇｎａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｍａｉｎｐｉｅｒＮｏ．９ｄｅｅｐｗａｔｅｒｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｄｏｕｂ九　　　　　　　　ｌｅ－ｗａｌｌｓｔｅｅｌｃｏｆｆｅｒｄａｍｏｆＪｉｎｈｕａ－ＷｅｎｚｈｏｕＲａｉｌｗａｙＤａｘｉＢｒｉｄｇｅ，　　　　　　ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇｔｈｅｉｎｎｅｒｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｐｏｉｎｔｔｈｏｕｇｈ　　　　　　　　ｐｉｅｒｂｏｄｙｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｉｎｓｅｃｔｉｏｎｓｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｓａｆｅｔｙ，　　　　　ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｄｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｆｏｒｓｉｍｉｌａｒｐｒｏｊｅｃｔｓ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　ｄｏｕｂｌｅｗａｌｌ九ｓｔｅｅｌｃｏｆｆｅｒｄａｍ；　　ｄｅｅｐｗａｔｅｒｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ；　　ｄｅｓｉｇｎａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　　１工程概况大溪大桥是金温铁路重点控制性工程之一，位于浙江省丽水市莲都区，为Ⅰ级铁路双线桥，设计速度　　２００ｋｍ／ｈ；正线间距　　５．０ｍ，有碴轨道，其桥跨布置为（　　１７．８＋２９＋１７．８）ｍ　连续刚构　　　＋５－３２ｍ　简支梁　　　＋１－１１２ｍ　钢管提篮拱　　　＋２－３２ｍ　简支梁，桥梁全长　　４２４．３６ｍ。河道宽　　２６０ｍ，远期设计为Ⅳ级通航航道，历史最大流量为　　　７６００ｍ３／ｓ，施工期间不通航。本桥６＃、７＃、８＃、９＃、１０＃共５个墩位于水中，９＃墩混凝土封底水深　　１４．８ｍ，９＃墩河床、基岩面、围堰刃角底、承台标高情况见表　１。９＃墩地质情况：（１　）５Ｑａｌ＋ｐｌ／４　卵石土：褐黄色，中密，饱和，卵石含量约　５０％，粒径　　　６～１２ｃｍ，主要成分为石英，砂岩，层厚　　３．６ｍ。（２）２Ｋ１ｚ　含角砾凝灰岩：褐红色，强风化，凝灰质结构，块状构造，节理裂隙发育，岩芯呈块状，块径　　　２～７ｃｍ，少量短柱状，锤击易碎。层厚约　　８．２ｍ，（３）３Ｋ１ｚ　含角砾凝灰岩：褐红色，弱风化，层厚　　３．６ｍ。表　　　１９＃墩河床、基岩面、围堰刃角底、承台标高墩号承台尺寸／ｍ承台底标高／ｍ承台顶标高／ｍ承台高度／ｍ河床标高／ｍ刃脚底标高／ｍ钢护筒打入深度标高／ｍ桩顶标高／ｍ基岩面标高／ｍ９＃　２０．３×　９．６×３．５３４．７００３８．２００３．５３４．５００３２．６００　１．０～２．５５　３５．７０　３１．０９６２铁道建筑技术　　　　　ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１４　（　１０）·桥涵工程·　２双壁钢围堰设计双壁套箱内外壁板之间用水平桁架连接。钢围堰平面为矩形，承台尺寸（　　２０．３ｍ×　９．６ｍ），内壁比承台四周各加大　　１５ｃｍ，钢围堰内侧尺寸（　２０．６ｍ×　９．９ｍ）。钢围堰外侧尺寸（　　２３．４ｍ×　１２．７ｍ），内外壁间距　　１．４ｍ。共设　１２　道隔仓板，转角处各设一道隔仓板，长边设　２　道隔仓板，短边设　２　道隔仓板，钢围堰总高　　１６．７ｍ。钢围堰高度分三节，自下而上依次为第一节　６．１ｍ（含刃脚高　　１．４ｍ）、第二节　４．９ｍ、第三节　　５．６ｍ（见图　１）。图　　　１双壁钢围堰结构（单位：ｍｍ）　结合现场起重设备起重能力及结构受力要求，双壁钢套箱平面分块，将套箱设为　８　块，最大块重量　１７ｔ，保证水上作业安全。由于钢围堰采取边抽水边安装内支撑的施工方法，因此验算围堰的变形、应力、抗倾覆稳定性和抗浮力稳定性时，只需计算水头最大的工况。水头最大时验算围堰各构件应力及围堰最大位移、抗倾覆和抗浮稳定性。静水　＋动水压力计算：围堰内水全部抽空，承台未施工，这时围堰内外水头差　１４．０１ｍ，计算在静水压力和动水压力共同作用下各构件应力及围堰最大位移及围堰竖向荷载计算。抗浮力计算：在钢围堰内水抽空后承台施工前，计算竖向荷载作用下围堰的抗浮力稳定性。　３双壁钢围堰施工　　３．１总体施工步骤（１）按照设计图纸加工厂制作各个构件，并焊接组装成块。（２）预拼装无误并检验合格后，分块运输到施工现场。（３）钢护筒上安装焊接牛腿、拼装平台，按照顺序在牛腿上拼装第一节钢围堰并焊接成整体结构。（４）在钢护筒顶端安装吊挂系统。通过吊挂系统提升第一节钢围堰，使钢围堰脱离牛腿，再将牛腿去掉，下放钢围堰至水中，将刃脚部分灌入混凝土，保持合适的拼装高度（　１．５ｍ）。（５）按顺序将第二节各块对称拼组就位，向隔舱内注水（　３６３ｔ），保持合适的拼装高度。（６）按顺序将第三节各块对称拼组就位，注水下沉。（７）通过吸泥下沉方式使钢围堰下沉至设计标高，向隔舱内灌注混凝土至设计高度。（８）清理河床、高压水枪冲洗钢围堰壁板和钢护筒，浇筑封底混凝土。（９）封底混凝土达到设计强度后，抽出套箱中水，进行承台施工。　３．２双壁钢围堰制作拼装技术工艺控制双壁钢套箱各隔仓之间要充分保证水密性，焊缝应进行水密性检查。各单元（分段）应在胎架上制造，各单元制造误差不大于　±　２ｍｍ，并充分保证结构拼装尺寸和焊接质量。焊接之后应进行校正，并根据《钢结构工程施工及验收规范》进行检查验收，并提供焊接工艺检查验收报告。在钢护筒支撑牛腿上拼装平台（见图　２），在平台上拼焊第一节钢套箱，在钢管桩上安装钢梁结构及吊挂系统（见图　３），将钢套箱吊离平台，拆除牛腿，钢套箱放入水中。利用钢护筒的限位装置，在第一节钢套箱上组拼安装其他节钢套箱。７２铁道建筑技术　　　　　ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１４　（　１０）·桥涵工程·图　　２　钢围堰现场拼装　　３．３灌水（吸泥）下沉钢套箱组拼完成后，刃脚部分灌入混凝土，并灌水下沉。内外壁板间与舱外水头差不应大于　５ｍ，舱壁间水头高度应该根据现场实际情况进行调整，以保证结构安全并方便施工。围堰着床后在砂卵石覆盖层中抓斗抓出粒径较大卵石配合射水吸泥下沉（见图　４），对于胶结较强的砂卵石层均采用高压射水辅助扰动破土，取得较好的清基效果。钢围堰与钻孔桩钢护筒夹角区域的粒径较大的卵石及漂石由潜水员配合采用风镐进行水下清除。　３．４双壁钢围堰就位与混凝土封底双壁钢围堰下沉到设计标高后，封底混凝土厚度范围内钢围堰内壁板、钢护筒、及桩身上的泥土由潜水员用高压水管冲洗，以利于封底混凝土与钢围堰内壁板、钢护筒及桩身结合紧密。采用垂直导管法进行封底砼灌注，砼等级为　Ｃ２０，经过计算大溪大桥　９＃墩需要封底砼　　４２２ｍ３。封底混凝土施工是围堰施工中的一个关键工序，封底的质量直接关系到围堰在深水基础施工中是否成功。由于钢围堰设计工况分析计算时，桩身、钢护筒及双壁钢围堰内壁板承担了一定的抗浮力作用，必须实现护筒与封底混凝土之间、钢护筒和桩基础之间以及钢套箱内壁板和封底混凝土之间的可靠粘结，以保证结构的安全可靠。表　２　为　Ｃ２０　封底混凝土配合比。图　　３吸泥下沉　表　　２Ｃ２０　封底混凝土配合比　ｋｇ／ｍ３标号水泥粉煤灰河砂碎石　　５～１０碎石　　１０～２０碎石　　１６～３１．５外加剂封底厚度／ｍＣ２０２２５８５８４８２１０　３１６５２６３．１０２．１　４围堰水下切割考虑提高钢围堰的材料利用率，为方便钢围堰切割，承台表面预埋支撑槽钢　２０ａ，设置斜支撑与弦杆对应部位内壁板联结（见图　５）。图　　４承台顶支撑（单位：ｍｍ）　内壁板通过墩身分段施工，交替拆除内支撑（见图　６），使具有强度的墩身混凝土与内壁板共同受力，保证结构的安全。墩身施工完成后，围堰内充水至河水平衡，进行水下切割围堰，最后切割斜撑、内支撑。切割从下游向上游对称切割，切割施工期间，围堰周围作好防护标志及防护措施。严禁重物掉入水中，伤害潜水工。水下切割采用两台数控切割机，切割顺序采取先长方向（横桥向）再短方向（顺桥向）的原则切割。　５结论依据金温铁路大溪大桥九号墩处的水文、地质及钢围堰封底混凝土与河床基岩面的高程位置关系，深水基础施工中采用了先桩后堰的双壁钢围堰施工工法，设计中采取在承台顶预埋斜支撑，通过与预埋槽钢联结的支撑体系转换措施，为双壁钢围堰部分内壁板上转换支撑创造条件。通过墩身分段施工，交替转换内支撑点，保证了结构安全，提高了墩身模板周转利用效率，节省了成本。以上设计及施工措施的应用为大溪大桥　９＃墩顺利施工提供了技术保障，对类似围堰施工具有借鉴价值。８２铁道建筑技术　　　　　ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１４　（　１０）