泸州长江大桥钢围堰施工技术.doc

泸州长江大桥2号主墩钢围堰施工技术
菅永明
摘 要 介绍泸州长江大桥2#主墩钢围堰的拼装接高、吸泥下沉、清基、封堵、支垫等施工过程。
关键词 钢围堰施工 下沉 清基 封堵 支垫

1.工程概况
泸州长江大桥全长1444.5m，为铁路单线桥，全桥共32个墩台，主桥为一联五跨预应力混凝土连续刚构桥，跨径组合为(83.95+3×144+83.95)m，其中1#、2#、3#主墩位于深水中,设计为双壁钢围堰钻孔桩基础。2#主墩位于主河槽中部，枯水期河面宽约400m，水流速度2.5～3.0m/s，洪水期河面宽约800m，水流速度大于4.0m/s。桥址处河床覆盖层主要为砂粘土、砂卵石，卵石粒径一般为8～10cm，少量为15～20cm，最大可达40～60cm。枯水期，2#墩墩位处水深5.3m，砂卵层厚12m。
2.钢围堰结构
钢围堰是主墩基础钻孔桩施工的定位、导向系统和工作平台，是封底混凝土、承台施工的围水结构，同时也是封底混凝土、承台施工的外模板。钢围堰设计为圆形结构，双层薄壁，外径23.0m，内径20.2m，壁厚1.4m，顶面标高233.5m，底面标高215.0m，全高18.5m，后根据现场实际施工水位变更为19.3m高，顶面标高237.1m，底面标高217.8m。
3．钢围堰制作
钢围堰按现场施工要求分6节在工厂加工，第一节3.4m，第二节2.8m，第三节3.3m,第四节3.5m，第五节4.5m，第六节2.3m(承台施工时用于防洪)。每节钢围堰分10块在工厂加工好，为加快进度，节约现场施工时间，3.4m节及2.8m节在工厂整体拼装预制，完成后对钢围堰尺寸、焊接质量、杆件部位、附加结构部位进行全面检查验收，并作水密试验（即油浸试验）。水密试验的方法是先在钢围堰外壁用排笔沿着焊缝刷上石灰浆，待浆干后，在内壁沿着焊缝刷上体积为7:3的煤油和汽油的混合液。若在外壁刷有石灰浆处发现黄色油浸痕迹，则必须补焊。制作好的钢围堰用千吨驳船运至现场。
4.钢围堰浮运就位
钢围堰先在码头静水区接高至9.5m，并在夹壁中注水使钢围堰呈浮体状态（r>h,其中r—定倾半径，h—浮心到重心距离）以保持浮运稳定性，然后用800P及500P两艘拖轮将钢围堰顶推浮运至墩位上游定位船尾端，与定位船的主缆相连，然后由定位船缓缓放出主缆与辅助钢绳，钢围堰下浮至墩位上游10米左右将两边钢缆连接好，然后用卷扬机调整各缆，使围堰就位。
5.钢围堰定位落床
钢围堰浮运就位后通过定位船上的调系缆设备调整围堰左右边缆及4根主缆对围堰进行初定位，然后用10台20m3的抽水机向围堰的10个隔仓均匀灌水，当围堰刃尖距离河床0.5m左右即暂停灌水下沉,由岸上测量人员与定位船上调系缆人员配合实现钢围堰的精确定位，然后立即启动10台抽水机向围堰的10个隔仓快速灌水,使围堰刃脚迅速落入河床。
围堰着床时水流速度较大，出现了前冲后淤现象，即围堰上游端受强水流冲刷，形成较深的冲刷坑，冲刷的泥砂堆积到下游端使河床局部变高形成淤积现象，前后高差达1.9m。
由于采用了无导向船定位系统，钢围堰着床时因局部冲刷倾斜较幅度较大，为防止倾覆，围堰着床后立即对下游端淤积部位进行吸泥，同时用抽水机往围堰下游的3个隔仓加水，将围堰上游的3个隔仓向外抽水，将围堰逐步调平。
6.钢围堰吸泥下沉
钢围堰在河床的覆盖层内采取隔仓内注水、围堰内吸泥的方法使之下沉。用一台φ420mm的吸泥机布置在围堰的中心附近吸泥，随钢围堰下沉深度的增加逐渐向刃脚方向移动，吸泥过程中由于吸泥机排水量较大，在围堰的上下游方向各设置一φ420mm的补水孔，以保持围堰内外水位差，防止内外水头差过大而引起刃脚翻砂。围堰的下沉过程中，随时用全站仪监控围堰顶面的四个点，发现偏位及时纠正。纠正的方法有：
①用抽水机往钢围堰高的一侧隔仓内加水，把低的一侧隔仓内的水抽出，利用两侧重力不同，使钢围堰水平，但此法需保证隔仓与隔仓之间、隔仓与隔仓外的水头差在允许范围内。
②用吸泥机在钢围堰的刃脚处不均匀吸泥，利用钢围堰高低两侧下沉时所受阻力不同，而使钢围堰纠正。
③采用十个隔仓中浇注混凝土进行调平。
在吸泥下沉过程中，应均匀出土，控制围堰内除土深度，在围堰刃脚处，除土面不宜低于刃脚尖，吸泥过程中应从围堰的中心开始，使中间形成锅底形状。在吸刃脚时应对称进行，以便围堰均匀下沉。
钢围堰在吸泥下沉经过板结层时，吸泥机端头无法穿透板结层，采取了水下裸爆辅助下沉的方法，对于少量出现孤石，主要采取了水下钻孔爆破，均取得良好效果。如吸泥过程中出现无法下沉或下沉缓慢情况，一定要仔细分析原因，摸清情况，及时采取有效处理办法。吸泥过程中要坚持每天测量水下地形、墩位处冲刷及淤积情况、围堰的移动轨迹，作好原始记录，以便确定精确位置及下沉着床的有关技术参数。吸泥下沉用到的主要设备有：30T浮吊一艘，φ420mm吸泥机一台，420KW发电船一艘，空压机站船一艘（由6台20m3内燃空压机及一台3.5m3风包组成），潜水设备两套。
钢围堰吸泥下沉示意图
7．刃脚支垫、封堵
围堰到达岩面后，经测量确认位置偏差在设计要求之内后，用袋装砼填缝，使围堰内部紧闭。然后进行吸泥清基，并用2cm的钢板焊成的楔形盒子及φ420mm钢管制做的钢板凳支垫钢围堰刃脚，以确保围堰稳定。为保证封底混凝土的可靠性，在围堰外周围抛填片石钢筋笼护脚，并用袋装混凝土封堵围堰内刃脚。
8.清基
为了保证水下封底混凝土与钢围堰内壁结合紧密，避免出现夹砂层。采用一台φ420mm直管吸泥机先从中部开始，逐渐向围堰内壁移动吸取围堰内淤泥和泥砂，然后改用φ420mm弯头吸泥机用来吸取刃脚斜面下的泥砂，弯头不能直接对着刃脚底部长时间吸泥，以免将刃脚处的堵塞物吸走，引起涌水翻砂。
封底混凝土厚度范围内钢围堰内壁上的淤泥由潜水员用高压水管冲洗干净，并用钢刷拉毛封底混凝土厚度范围内钢围堰内壁，以利于封底混凝土与围堰内壁紧密结合。清基完成后用测深仪测出基底高程，供下放钢护筒时使用。
9体会
(1)随着钢围堰的着床就位，破坏了原水流的流态，增大了水流流速，特别是在围堰着床的过程中，河床受到冲刷后，在围堰上游形成一个冲刷坑，所以在确定围堰着床高度时，要对冲刷坑有精确的计算并考虑一定的雍水高度，必要时通过实验确定冲刷深度。
（2）围堰在吸泥过程中，尽管可以采用配重等措施加快其下沉速度，但在实际施工中，要确实掌握实际地质情况，如围堰刃脚支撑在岩石上，而一味通过压重提高下沉速度，不但增加工程成本，而且影响施工进度，所以在围堰着床前要根据设计提供的地质情况进行必要的施工钻探。
（3）吸泥下沉过程中，要对锚碇系统安排专人负责检查，同时每天要对围堰的中心位置进行测量检查，如有偏移要查明原因即使调整纠偏。
（4）吸泥设备的选择要与施工地质情况相匹配，在大桥施工中正是因为重视了这个问题，选用了直径φ460mm的吸泥管，并配置了与之相适应的空压机，在卵石粒径一般为8～10cm，少量为15～20cm，最大可达40～60cm的砂卵石地层中确保了23cm/d（含钢围堰接高时间）的吸泥下沉速度，保证了在汛期来临前墩身施工出水面的既定目标。