双壁钢围堰施工水中基础技术

摘要：水中基础的施工，必须用围堰来作为排水、挡水结构和施工平台。本文根据现场的水文地质情况，通过对施工中的围堰及吊装设备进行设计验算，选择了合适的围堰来进行基础施工，顺利完成了基础的施工工作。

关键词：围堰 施工 基础

Abstract: the construction of water based, must use the cofferdam as drainage, water retaining structure and construction platform. According to the hydro geological conditions on site, design and check of the cofferdam construction and hoisting equipment, select the appropriate Cofferdam for foundation construction, the successful completion of the construction job based.

Keywords: Construction of the cofferdam foundation.

中图分类号： TU393文献标识码：A

一.工程概况

呼准铁路黄河大桥主桥26#、27#墩位于黄河主河槽内，桥位处河面宽640m，常年有水，水流速度较急，水流冲刷为7~9m（包括一般冲刷与局部冲刷）。26#、27#墩设计承台尺寸均为9.6m×10.6m×3.0m，承台底嵌入基岩，岩层强度较低，承台下设8根直径φ1.5m，长度39.0m的混凝土灌注桩。

二.施工方案的确定

对于水中基础施工，必须用围堰来作为排水、挡水结构和施工平台。根据水文地质情况可选择采用三种围堰（土袋围堰即筑岛、板桩围堰、双壁钢围堰）之一进行基础施工。 从施工全性、工期保证度及施工成本综合考虑：决定采取双壁钢围堰施工26#、27#墩水中基础。因双壁钢围堰不仅刚度大而且整体性好，封底后与河床锚固良好，从而施工安全可靠，风险小，同时钢围堰可直接作为钻孔平台基础，无须再另设水上钻孔平台，但其相对投入较大，且须有水上吊装设备来辅助下沉施工。

三.双壁钢围堰的设计和加工

（一）钢围堰的结构设计

围堰设计成圆形双壁钢围堰，根据水文调查资料，设计水位采用流凌时最高水位+986m，水流速度按1.5m/s；围堰直径按承台对角线长度加大0.5m，作为施工空间。钢围堰外径设计为16.8m，内径14.8m，内外壁间距100cm，钢围堰高度8.0m，总重量60T左右。围堰外壁采用6mm厚的钢板，内壁为4mm厚的钢板。沿壁周围每间隔55.0cm设一道竖向加劲肋，竖肋采用∠75×50×6mm的角钢，每间隔一道采用[10的槽钢进行补强。环向向加劲肋采用1cm钢板割制成圆弧型（10cm宽度），层间距为100cm左右，内、外壁环向加劲肋间用∠75×75×6mm的角钢联结形成一道水平环形桁架，同时内、外壁之间用4mm厚将围堰分成8个隔仓，用于围堰下沉过程中的配重和调整围堰的倾斜度（纠偏）。同时为了保证整体刚度，在隔仓分界位置设置竖向桁架。

（二） 设计验算

计算假定水深为4.0m、覆盖层粉细砂的厚度为4.0m，砂的饱和容重采用20KN/m3、内摩擦角φ=35º，根据水力和土力学理论：围堰沿高度方向荷载基本为三角形分布，静力荷载大小q=57.46 KN/m。

计算时将壁板与竖向加劲肋当成一个整体受力结构，按支撑在环向加劲肋上的多跨简支连续板计算。然后再计算环向桁架的杆件的受力和面板的受力，由于钢围堰对挠度的要求不高，可不需要进行挠度计算。同时还应进行锚固力的计算和抗浮力计算。

四.水上龙门吊的设计、拼装

（一）水上龙门吊的设计

由于受黄河河道限制，大型水上吊装设备无法进入施工作业区域，钢围堰下沉施工的吊装设备只能考虑采用简易的拼装式水上龙门吊。从节省施工成本、施工工期及基于现场实际考虑：水上龙门吊利用军用墩、贝雷梁等定型材料进行拼装。水上龙门吊大致由浮体系统、门式承力结构系统、起吊系统及锚固系统四部分组成。初步拟定：浮体系统采用两艘驳船拼成的双式浮体；门式承力结构系统由立柱（用六五军用墩拼装）、主桁梁、联结桁梁（用贝雷梁拼装）组成；起吊系统包括固定吊点、动力设备（卷扬机组）、滑轮组与控制装置；锚固系统由卷扬机、锚碇组成。

依据钢围堰重量（60T），来计算主桁梁、联结桁梁的抗弯强度；力柱及浮体的承载能力；砼锚的质量等。经计算：每片主桁梁须采用4片贝雷梁并列，长度33.0m；单个立柱采用六五军用墩拼组成1×1形式，高度12.0m；联结桁梁采用贝雷梁（3片并列）将两浮体联结成一整体；浮体设计承载力200T（结构尺 寸30*6*1.6m）；锚碇采用四个7.5 T的砼锚。

（二）龙门吊的组拼

由于立柱处受力较集中，为防止局部受压破坏，将船体龙骨间距较原来加密和加强；甲板由原来的8mm改为12mm钢板；同时立柱底部铺设军用垫梁来分配受力。龙门吊的拼装在岸边进行，先在船体上预定位置沿船横向放置分配梁（I40军用垫梁）并用U型螺栓将其与船体锁定，作为立柱底座。然后利用水上浮吊拼装立柱（六五式军用墩），立柱高度12.0m，施工时注意其竖直度。立柱顶部放置垫梁（I40军用垫梁）和支座（采用2I40军用垫梁），用螺栓进行联结。再将已拼成型的两片联结桁梁吊装到位，用U型螺栓固定于两浮体上。最后架设主桁梁和安装起吊系统，主桁梁在岸上拼装成整体，用25T汽车吊与浮吊配合吊装，再用U型螺栓将其与支座固定在一起，防止在吊装过程中滑移或倾覆。

五.钢围堰的下沉

（一）龙门吊的锚固

钢围堰下沉施工前，应将龙门吊锚固于设计位置。整个龙门吊用4个7.5T重的砼锚锚固，分别与浮体成45°角布置，锚绳长度80m。施工前用浮吊预先抛于指定位置。龙门吊就位后，将砼锚与浮体上4台5T卷扬机用钢丝绳连接。龙门吊就位时保持浮体长度方向与水流方向一致，以减少阻水面积。然后测量定位龙门吊（由于两浮体及吊点位置固定，因此定位方便、准确），利用定位卷扬机进行位置调整，达到设计位置后将锚绳锁紧。由于水流冲击影响，钢围堰下沉时将倾斜和偏移，因此，定位时将龙门吊向水流反方向预留一定偏移量。

（二）钢围堰的下沉与纠编 在钢围堰下沉到自重与浮力平衡位置时，可往围堰各隔仓内灌注砼或注砂、注水来增加自重，当钢围堰接触河床后，进行围堰的位置检查，如偏差过大，则用卷扬机将其上提后重新下沉，同时可以采取拉、顶钢围堰的方法，来保证着床时围堰中心偏差和倾斜度。然后采取堰内吸泥（或挖泥）和仓内加重相配套的方法进行下沉和纠编，必要时利用龙门吊来协助纠编，直到下沉到设计标高。

（三）钢围堰的锚固在钢围堰下沉到设计位置后，在没有进行砼封底前，应将钢围堰进行锚固，防止钢围堰被

水冲移设计位置。设计锚固方法：直接利用原固定龙门吊的砼锚，用锚绳栓于钢围堰上，并锁紧锚绳。本次施工由于当时水流速较小，没有实施锚固措施即完成砼封底和钻孔作业。钢围堰锚固牢固后，即可撤出龙门吊，进行封底和基础施工作业。

六.钢围堰的封底

（一） 钻孔平台的设计与安装受施工工期和平台尺寸的约束，考虑每一平台上按2~3台钻机布置，平台尺寸为14×17m，钻机型号ZZ-5型冲击钻，自重9T，锤头3.5T，考虑冲击震动效应，用贝雷梁做主梁，主梁支承于围堰顶面，为防止局部受力过大，围堰顶面与贝雷梁的接触处要用10mm厚的钢板进行补强，并且内外壁之间要适当增加角钢斜撑，以增加围堰的承载能力。同时主梁之间用10[槽钢作为横向联结系，增加平台的整体稳定性，然后在贝雷梁上横桥向均布I22a工字钢，间距a=1.5m；工字钢顶上满铺20×20cm方木，作平台面。

（二） 钻孔钢护筒的安装

钢护筒的安装是在围堰清碴完成后进行。护筒采用8mm钢板加工而成，内径170cm，在平台主梁安装到位后，即进行护筒的埋设。先在贝雷片上用型钢焊接井字架，进行护筒的定位，护筒通过井字架下放，着床后为防止封底时下部发生移位，在护筒内抛填砂袋进行底部固定。所有护筒就位后，用型钢串连使其形成一个整体，防止浇注封底砼时发生移动或偏斜。

（三）围堰封底

在基底清理和护筒安装完成后，即可用4~6根Φ30cm的导管进行围堰内水下混凝土封底。封底前根据河床的冲刷程度，必要时在围堰的迎水面抛填砂袋，防止严重冲刷，确保围堰内保持为静水。每根混凝土导管长10m，导管的顶端均设一个1m3的漏斗，每个漏斗下端设有闸门阀。导管口下沉至岩面后提升至距岩面20~40cm，然后用型钢加工的卡子固定在工作平台上。封底导管的布置要特别注意使混凝土在钢护筒周围和围堰内的流动顺畅。封底前后设置测点进行测点标高的测定，确保封底厚度基本一致。

七、 结论

通过对围堰及吊装设备的设计验算，满足施工中的各项要求，施工中严格按照施工工艺，保证基础的质量。