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1桥墩总体施工方案
湘桂铁路扩能改造工程永州湘江1号特大桥共5个水中墩：2号～6号墩，其中3号墩因处于通航孔深水区，采用双壁钢围堰施工外，其余墩位因处于浅水区，采用筑岛沉井法施工。3号墩双壁钢围堰按圆形设计，钢围堰外径22．8m，内径20．8m，壁厚1．0m，高14m，分4节（第1节钢围堰重48．06t、第2节重46．45t、第3节重39．98t、第4节重33．86t），第1节高度为3．2m，后3节高度均为3．6m，每节之间焊接。钢围堰中间通过环向纵向骨肋及角钢连接支撑，每节沿圆周方向又分为8块，各块大拼时焊联。按极限承载力进行钢围堰设计，根据计算受力大小确定构件截面及疏密布置，严格控制围堰钢材用量，实际主体总重为156t。鉴于5号、6号墩采用筑岛沉井法施工，在紧临5号～6号墩下游，利用5号、6号墩筑岛坡脚为基础，通过进一步筑岛加高，设置钢围堰底节拼装平台，在拼装平台上拼装底节围堰；拼装完成利用下游水电站蓄水功能提高水面标高，围堰自浮，用拖船配合运至3号墩位处；因3号墩靠近衡阳岸，在岸侧上下游设置2处锚点，辅以混凝土锚碇、拖船初步定位围堰；围堰底节浮于水面，依次接高其余各节，接高过程中采用在围堰刃脚灌注混凝土、在围堰空腔内灌水等方式辅助围堰下沉，以保证围堰拼接操作高度在水面2m以上，在围堰刃脚落入河床之前通过预先设置的锚索调整围堰位置使之满足施工要求，下沉到位后清基，然后安装钢护筒进行封底。
2双壁钢围堰施工技术
2．1钢围堰制造
2．1．1钢围堰配料下料
钢围堰每节分8个段，每段内围壁展开长8089．6mm，外围壁展开长8875mm。内、外围壁分别用8090mm×1500mm×5mm、8900mm×1500mm×5mm的钢板沿高度方向对接，长、宽及对角线偏差控制在±1mm。采用电弧焊进行对接，渗透试验进行检验，合格后方可下料。下料应保证切割线准确和预留的切割量和收缩量。
2．1．2钢围堰骨肋拼装焊接
骨肋与钢板通过大量的连续贴角焊连接，通过对称施焊和控制焊接电流的方式来控制焊接变形，焊后产生的焊接变形采用火焰调整。采用拼装胎模控制骨肋的位置尺寸，以及各节段的骨肋在同一条直线上，同时各骨肋两端预留约300mm不焊，以便骨肋对接时调整。各节段制造严格控制外形尺寸，以确保后续的拼装质量，不允许随意在表面打火焊附件，吊装、翻身时要采取保护措施。
2．1．3钢围壁节段内焊接
钢围壁节段内焊接时，首先将外围壁钢板平铺在胎模上横向对接（先焊单面），在胎模反面设反拉装置，确保钢板与胎模密贴。其次安装桁架，为确保桁架的间距准确以便节段对接，在胎模上设桁架定位板。桁架横肋骨与面板两端留出200mm不焊（只针对底节），以便对接焊时调整。然后安装纵向肋，纵向肋上的角钢槽口要在拼装前开好，在胎模上设纵骨定位装置，确保纵向骨肋间距准确以便节间对接。最后将内围壁壁板吊到桁架上利用周边法兰销定位，在内围壁上设若干可调拉杆调整面板与骨肋密贴，无误后施焊。焊接时注意焊接顺序，多人同向焊接，不允许对角焊。焊后检验、调形。节段各骨肋焊完后必然产生焊接变形，可将焊完后的节段再吊到胎模上检验，检查节段与胎形的密贴状况，以及由于变形而造成的联结法兰栓孔与定位销孔的错位，根据检测的结果定调形方案。拼焊质量控制标准为：上、下隔舱板对齐，各相邻水平环形板对齐，上、下竖向肋角必须和水平环形板焊牢。相邻块件外壁板对接应准确，错差不大于1mm，接缝缝隙0～2mm，可采用对接焊、搭接焊或贴板焊接，但必须满焊并保证水密。所有壁板和隔舱板的工地焊缝，都应作煤油渗透试验，不合格者应将焊缝铲除重焊。
2．1．4钢围堰预拼
双壁钢围堰底节为顶节接高的基准，底节尺寸的拼装质量直接影响到中间节的拼装质量，因此要求各节必须进行整体预拼。预拼前搭建临时支撑点平台，用水平仪抄平后作为大拼基础，在支撑平台上设置若干内围壁限位板作为定位用，拼装时50t履带吊配合。底节各单元件分别吊到支撑平台上预拼，调整对接焊缝的间隙及位置，预拼检查合格后编号。预拼支撑平台见图4。每节钢围堰拼装完成后，整体尺寸应与设计要求相符，允许偏差应符合规定：平面直径偏差±D／800（D为直径）；顶平面相对高差，全围堰为20mm，井箱相邻点为10mm；井箱厚度偏差±1．5mm。
2．2钢围堰浮运
2．2．1钢围堰锚点和定位锚设置
在3号墩第1节钢围堰共设置3cm厚钢板锚栓块5个（作为钢围堰锚点），其中上游3个，下游2个。锚栓块设置于第1节钢围堰顶部以下80cm处钢围堰环向加劲板上，并将与锚栓块连接附近的钢围堰面板进行加强，以保证加强板焊接质量。锚栓块焊接完成后对焊缝用煤油作渗漏检查。在3号墩上、下游河岸200m处挖坑各埋置1个重约10t的混凝土锚，河中上游150m抛置2个10t混凝土锚、下游100m处抛置1个5t混凝土锚。每个锚用直径28mm钢丝绳作吊索，用直径16mm钢丝绳拴住油桶作浮标。
2．2．2水下炸礁和墩位清理
因3号墩承台大部分埋置于基岩面以下，其基坑需采取水下爆破技术。根据承台尺寸标高和钢围堰设计确定炸礁尺寸：炸礁后基坑底标高为承台底标高以下2．5m，炸礁平面尺寸直径26m。在即将浮运钢围堰至3号墩位前，对3号墩进行墩位水下基坑清理：在3号墩上、下游正前方30m设浮标，用挖掘机清理3号墩位基坑里残存的碴和卵石，如需要再用吸泥机进行补清。
2．2．3第1节钢围堰拼焊浮运
利用桥址区丰富的卵石，在紧临5号～6号墩筑岛区下游浅水区通过筑岛设置拼装平台（拼装平台标高为83m），拼装平台与墩位筑岛区顺接，并做好平台临时设施及应急措施。第1节钢围堰分块进行拼焊，对称把已编号的分块进行吊拼焊接，并做渗漏检查和水密试验检验，确保围堰密不透水。钢围堰浮运前协调将下游浯溪水利水电枢纽工程水位涨到84．3m以上时，钢围堰能自然浮起，局部有阻力时用长臂钩机掏挖卵石以降低筑岛岛面标高，用拖船把钢围堰拖出拼装平台至3号墩位处（其在3号墩吃水深度约为1．25m），使用定位锚上缆绳将钢围堰进行初步固定。第1节钢围堰浮运就位后，将4号墩～5号墩墩间筑岛挖除，作为临时通行航道。
2．3钢围堰接高
钢围堰接高时进行对称拼装，第1节钢围堰完全固定后，第2节的第1、第2块需同时对称拼装在第1节上面，然后其他各块同样对称地拼装在上面，待第2节钢围堰全部拼装完毕后，向钢围堰内刃脚位置处灌注C25混凝土，方量约40m3。待混凝土达到设计强度后，向各个舱内均匀加水，保证钢围堰均匀下沉，待钢围堰下沉至露出水面2m时，停止往舱内注水，准备进行第3节钢围堰的拼装。第3节的第1、第2块同时对称拼装在第2节上面，然后其他各块同样对称地拼装在上面，待第3节钢围堰全部拼装完毕后，向钢围堰内均匀加水，使之均匀下沉。如此进行第4节拼装。
2．4钢围堰就位
钢围堰接高并注水下沉过程中，在刃脚落入基坑前，动态调整钢围堰位置确保钢围堰定位偏差基本满足要求，直到使刃脚即将进入基坑后，继续向钢围堰隔舱内加水加重，用吸泥机吸泥配合钢围堰下沉，通过不对称加水、吸泥进一步对钢围堰位置进行纠偏，使钢围堰继续下沉直至刃脚整个支承在基坑底部设计标高处。双壁钢围堰落底的允许偏差应符合下列规定：围堰底面平均高程符合设计规定，围堰最大倾斜度不大于围堰高度的1／50，围堰顶、底面中心位移不大于25cm再加围堰高度的1／50，平面扭转角不大于2°。下沉到位后采用吸泥机吸净钢围堰内残留淤泥、石碴及卵石等，并检查刃脚处情况，为钢围堰封底做好准备工作。
2．5钢围堰封底
2．5．1钢围堰封底厚度设计3号墩钢围堰封底混凝土厚度2．5m，理论封底混凝土方量900m3。因整个钢围堰支承在炸礁后基坑底部，底部为完整基岩面（清理干净），理论上封底混凝土与基岩面密贴且形成整体，围堰抽水后不存在封底混凝土竖向浮力和弯曲应力问题。按最不利情况，封底混凝土在钢围堰及钢护筒形成的桩的反力下，承受钢围堰抽水后产生的上浮力，围堰内共10根直径2．1m钢护筒，最大水头差按9m计（实际施工水位82m，承台底标高74．6m）。围堰竖向抗力合力包括钢围堰刃脚混凝土和满水自重、封底混凝土与钢护筒摩擦力、封底混凝土自重3部分，其竖向抗力大于1．2倍竖向浮力，围堰稳定性满足要求。封底混凝土弯曲应力取1m宽单元、按偏安全简支近似计算，跨度取7．0m（桩与桩或围堰最大间距），验算弯曲应力为0．88MPa，小于0．96MPa，满足要求。
2．5．2钢围堰封底混凝土灌注
钢围堰封底混凝土采用垂直导管法灌注，其与钻孔桩灌注基本相同，所不同的是钢围堰底面积较大，采用多根导管依次灌注。根据钢围堰封底面积373m2和每根导管的作用半径3m，在钢围堰内均匀布设12根导管，以便控制灌注混凝土量。导管间距为5m左右，混凝土流动坡度不陡于1∶5，每根钢护筒布1根导管且置于钢护筒之间。由于混凝土生产量所限，各导管不可能一次同时灌注时，采取逐根从周边至中间的顺序灌注。钢围堰封底混凝土灌注前，在沉井内垂直放入内径320mm的钢制导管，导管底部距基底面200～250mm，导管顶部与漏斗相接，漏斗与具有一定容量的混凝土储仓相接。灌注前，把漏斗、储仓装满混凝土。在一切准备工作就绪后，打开导管阀门，此时导管内的空气和水在混凝土的重压下由导管底口排出，瞬间混凝土通过导管压向基底，在导管周围堆成一个平坦的混凝土圆锥体，将导管底口埋住使水不能从底口进入导管。继而使混凝土通过导管源源不断地灌入锥体内。随着导管的提升，混凝土在水下摊开和升高，直至达到设计标高。封底完成后可摘掉锚绳，待封底混凝土达到一定强度后，抽出钢围堰内水，对承台范围内封底混凝土进行整平，并上钻机进行冲孔作业。
2．6钢围堰施工保证措施
钢围堰施工过程中，需建立完善的安全保障体系和施工过程各环节的安全应急预案，并从资金上保证各项安全措施的有效实施。钢围堰吊装、安装过程中，需统一指挥、信号明确，严禁多人指挥。钢围堰组拼或定位时，设置缆风绳并下锚固定，在锚碇路线上设浮标；保证拼装平台的刃脚支垫和分块的支撑牢靠，吊拼的分块拉缆风绳，防止摆动时碰撞已就位的分块；拼装就位打好支撑，拉好缆风绳后，吊机方可松钩；吊起围堰用的起重设备须经事前检验合格后方准使用；起吊下沉过程应分步进行，力求围堰下放均匀平稳；围堰的下沉宜选在水流平稳、天气晴朗、风力不大的时间进行；在围堰起吊下沉的施工范围应设置防护标志和派专人守护，防止过往船只意外撞击。
3结语
湘桂铁路扩能改造工永州湘江1号特大桥3号墩双壁钢围堰施工过程中，利用浅水区桥墩筑岛平台坡脚修整加高作为拼装平台，节省了场地；利用水电站的水位调节功能，使围堰自浮，较钢围堰常规下水方式更方便快捷，工序更简单；采用无导向船施工定位围堰，节约了导向船及导向船上固定鹰架投入；结合施工现场环境并巧用浮力，定位准确，最大限度地降低了围堰施工成本。
作者：王利强 单位：中铁五局集团广州工程分公司