探索钢围堰在桥梁水下承台施工中的应用

摘要：由于钢围堰其高强、轻型、施工效率高以及可重复利用等特点，使得钢围堰在桥梁水下承台围堰施工方面已广泛使用。本文主要通过介绍钢围堰在桥梁水下承台施工中的应用,根据水下承台实际围堰施工中出现的各种不利工况，从钢围堰的设计、计算、安装、拆除等方面进行了阐述,以积累钢围堰施工经验,推广钢围堰施工工艺的应用。

关键词：桥梁，水下承台，钢围堰，计算分析，围堰施工

中图分类号： K928 文献标识码： A

引言：目前，随着科技的进步、经济的发展，修桥架路已经成为社会发展必不可少的条件。由于我国河流众多，要想建立完备的交通系统，就必须修建大量的桥梁。修建桥梁的施工重点就在于水下承台的施工。由于其是桥梁的承重基础，并且长期的树立存在水位线以下，水流对水下承台的侵蚀以及其自身的消耗速度远远高于桥梁的其他部分。因此，在水下承台的施工好坏直接决定了桥梁的整体工程质量。目前，我国的桥梁施工多以采用钢围堰的手法对水下承台进行应用，此种方法受到国内外施工单位的普遍使用。但是在施工过程中如果对钢围堰使用不当不仅会对施工造成一定的阻碍，而且对桥梁的整体建设也存在一定的安全隐患。因此，钢围堰的设计与施工需要有完备的理论基础和技术支持。

1、钢围堰的设计与计算

钢围堰主要由井壁、隔舱、刃脚、顶部支座和一些其他配置组成。钢围堰为空间箱体结构,结构主受力体系为竖向钢箱和水平框架系统,双壁设置为钢板,箱内辅以桁架支撑体系。钢围堰的计算主要包括了钢围堰的几何尺寸计算，钢围堰的质量计算等多种设计方式。钢围堰的几何尺寸总体来说与桥梁的水下承台的设计相配套，本文以九堡大桥的设计为例对其中的水下层台施工过程中的钢围堰进行细致的计算并给出不同部分的几何尺寸。水下承台的构成主要有三个部分:第一部分为底部的封底混凝土层:根据桥梁的承载设计九堡大桥的地缝混凝土层为350cm；第二部分为承台的主体结构有完全的高强度钢筋混凝土构成，根据九堡大桥的设计原则，此部分的高度为550cm；第三部分为水下承台的钢架与承重部分，此部分根据九堡大桥的设计原则高度为250cm 。根据承台的具体设计参数，钢围堰分为两节进行构建，第一节钢围堰总长度为600cm。包括了封底混凝土层以及承台主体部分的一部分。钢围堰的第二节为750cm，包括了承台主体部分的一部分以及水下承台的钢架与承重部分全部。按照施工的要求钢围堰的尺寸需要长于水下承台的总体高度，并在其上与其下留有足够的余量，好便于钢围堰的固定，并对施工中的承台产生足够的固定与定型作用。此外，钢围堰的第二节分为了两部分，按照上层具有防浪板功能，下层为加厚固定阶层。由于钢围堰需要具有较高的施工强度与抗张力设计。在施工过程中广泛的采用空间箱体的结构，一方面是降低了施工难度，另一方面也增加了钢围堰的物理强度。满足水下承台的施工要求。具体的钢围堰空间箱体结构的设计为双层钢板为基础的支持结构，并在箱体内部进行析架的铺设对空间箱体做进一步的固定支撑支持。具体设计与工程的强度需求相关。以浙江省杭州市九堡大桥的设计为例，其钢围堰的空间箱体结构以单层的钢围堰箱体外壁高度为14.5m x 11.7m,构建箱体的双城钢板空间厚度为一米。钢围堰底部插入深土层五米，钢围堰顶部防浪结构高层水下承台主体部分8m。其中的总高度为13.5m，并分为把部分进行拼接。

2、钢围堰的安装与施工

由于水下承台是桥梁的承重基础，并且长期的树立存在水位线以下，因此钢围堰的施工要求是非常严格的。钢围堰的一般施工工序为:在拼装船上拼装钢围堰、浮运、起吊下沉、钢围堰接高、并在钢壳内灌水、浇筑承台及墩身、拆除上部钢围堰等。深水基础施工方案主要取决于当地地质条件。第一，钢围堰的组拼。按照工程指标以及设计标准的钢围堰第一节的主体部分在相关场地进行加工并完成最终的拼装测试，在测试成绩为良好之上，对其进行运输。将其运输至水下承台的施工定点。采用至少承载在五十吨以上的履带式吊塔，并在工人手拉葫芦等工具的配合之下将其调整为悬空垂直为止。并要求其垂直与钢围堰的固定平台。此后，工人利用型钢或者高强度的钢板对钢围堰的第一节进行固定，按照实现标记的先后顺序从下开始到上部为止进行安装。对于已经套牢并安装完成的钢围堰部分需要及时的进行焊接处理。并检测焊接效果。第二，钢围堰的安装。钢围堰在场外加工结束后,需进行现场吊装就位,就位之前要清除水下的建筑垃圾及其他杂物,整平地基槽,以利于围堰平稳均衡下沉,使承台四周的施工空间达到均衡。围堰的下沉,一是靠其自重,二是靠外力,即在围堰顶上加载,保证围堰有足够的外力来协助其下沉到位。具体方法是在围堰上口加上横担,利用手拉葫芦上头扣于横担,下头与桩头上的钢筋相连,依据各位置下沉的速度,不断地调整各葫芦链索的长度。第三，钢围堰内部的填料施工。围堰就位结束后,要在其内填入一定高度的土料和滤层,填人的土料一般以粉质猫土为宜,它相对于薪土较易破碎,倒人水中后不会产生多少空隙,有条件的还可以对土略加夯实,这样对防渗是极为有利的,在土料填完平整后,在其上加3Ocm厚的黄砂,最后填人30cm厚的碎石。土料填筑顶面的高程根据承台底立模的高度确定。在填料过程中,若围内水位上升太高,应及时排除,以减少水位差,避免引起反穿孔,在整个滤层填完后,才可减低堰内水位,否则也有可能引起穿孔。在承台的施工过程中,仍要配置水泵进行渗水排除,水泵的选择根据渗流量来决定。第四，钢围堰的拆除。承台浇筑后,根据气温使承台承载力达到承载自重,即可拆卸,拆卸时为减少摩擦力,先用高压泵将围堰内外侧土冲动,再用吊装工具,将围堰吊起,移出现场即可。

3、钢围堰施工的关键点

第一，抽水前要求支撑系统水下顶紧。计算表明，若抽水前5层支撑系统未同时顶紧，且其中一层的围囹与钢板桩存在5cm间隙,当抽水至第三层支撑系统下0.5m时，钢板桩会出现较大变形，应力超过210Mpa,整体围堰结构将发生坍塌。由于在施工过程中钢板桩和围囹之间难以做到完全紧贴，为确保支撑系统充分参与受力，必须在钢板桩系统抽水前将所有的钢板桩和围囹进行水下顶紧，确保整个围堰结构在施工过程中的安全性。第二，内支撑的临时转换。当第一次承台砼浇筑完成后，拆除模板，在第五次浇筑的承台和钢板桩之间按设计要求安装临时内支撑，完成后，拆除第四道内支撑，继续进行第二次承台砼的施工。如此类推，直至浇筑完成墩身砼。第三，承台位置河床清淤。实施插打钢板前，应对围堰区域的河床进行清淤至负7m。由于围堰施工时间较长，在整个施工过程中钢围堰外侧河床可能产生淤积，应严格监测围堰外淤积情况。第四，钢板桩施工定位。施打钢板桩时难以高精度按设计位置入，下口控制比较困难，易出现上小下大的情况。为此，开始振打时打入覆盖层2m左右即可，以便局部进行调整，随打随纠，随时检测垂直度，必要时采用异形桩实现合龙。第五，监控监测方案。施工前编制完善的、操作性强的监控监测方案，在施工过程中，加强钢板桩的监控监测，确保整体围堰系统的安全性。第六，钢板桩围堰的拆除。承台及墩身施工完毕后，基坑回填，拆除内支撑，再将钢板桩拔出。

4、结语

钢围堰作为深水桥梁基础施工的一种围水结构,具有高强、轻型、施工效率高以及可重复利用等特点，使得钢围堰在桥梁水下承台围堰施工方面已广泛使用。正是因为钢围堰是桥梁的承重基础，所以在修建钢围堰时既要遵循施工步骤，又要灵活变通，注重施工的关键点，建造完美的桥梁。

参考文献：

[1]张鸿，刘先鹏.特大型桥梁深水高桩承台基础施工技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2005

[5]王慧东.桥梁墩台与基础工程[M].北京：中国铁道出版社，2005