肖開乾 梁冠亭 何 林

(武漢市市政建設(shè)集團(tuán)有限公司 武漢 430023)

1 工程概況

湖北香溪長江公路大橋工程是擬建的湖北省骨架公路網(wǎng)中第六縱的第二條支線跨越長江的節(jié)點(diǎn)工程。香溪河大橋采用主跨470 m的雙塔雙索面組合混合梁斜拉橋方案,橋跨布置20 m+48 m+48 m+78 m+470 m+78 m+48 m+48 m+3×35 m+3×30 m+3×30 m，全橋長1 079.5 m，橋?qū)?3 m。設(shè)東、西2個(gè)主塔墩，2個(gè)主塔墩承臺(tái)為直徑30 m、厚度為7 m的圓形整體式承臺(tái)，東塔承臺(tái)頂面標(biāo)高和底面標(biāo)高分別為151，144 m，西塔承臺(tái)頂面標(biāo)高和底面標(biāo)高分別為161，154 m，其下均布18根直徑3 m、長83 m的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，按摩擦樁設(shè)計(jì)考慮。

2 水文地質(zhì)條件

2.1 水文條件

根據(jù)三峽水庫歷年蓄水調(diào)度運(yùn)行方案，正常蓄水期壩前水位按175 m-145 m-155 m(吳淞水位)運(yùn)行，分別對(duì)應(yīng)正常蓄水位、防洪限制水位、枯水期最低消落水位。一般來說，每年4-5月，庫區(qū)壩前水位將從175降至145 m，9-10月，庫區(qū)壩前水位將從145 m升至175 m，水位落差高達(dá)30 m，在國內(nèi)外工程中都屬少見。

2.2 地質(zhì)條件

香溪河大橋呈南北斜向展布，橋址地層呈單斜狀，東岸為順向坡，西岸為逆向坡，地質(zhì)構(gòu)造主要為斷層、裂隙及層間剪切帶。東岸主墩處河床表面覆蓋層約12 m厚，主要為粉質(zhì)黏土，河床面從岸邊向河中逐步走低。

3 東岸主墩圍堰結(jié)構(gòu)形式的選取

考慮樁基樁排列布置情況及圍堰受力的均勻?qū)ΨQ性[1-2]，東岸主墩圍堰采用圓形雙壁鋼套箱，由側(cè)板、導(dǎo)向裝置、底節(jié)下放系統(tǒng)和連通管裝置4部分構(gòu)成，東岸主墩圍堰套箱立面布置圖見圖1，平面布置圖見圖2。

圖1 東岸主墩圍堰套箱立面布置圖(單位：高程，m；尺寸，mm)

圖2 東岸主墩圍堰套箱平面布置圖(單位：mm)

圍堰側(cè)板高35.3 m、壁厚1.5 m，總質(zhì)量1 141 t，封底及壁艙混凝土4 679 m3。共分了4個(gè)節(jié)段，每個(gè)節(jié)段分成12塊。該圍堰為無底套箱，原因一是盡可能縮短水下施工的工期，二是由于水深較高且在較短周期內(nèi)水位交替達(dá)30 m，樁基和圍堰施工應(yīng)盡可能選擇在低水位同時(shí)進(jìn)行。

4 圍堰施工技術(shù)

4.1 總體施工方案

東岸主墩基礎(chǔ)施工采用先平臺(tái)、后樁基與圍堰同時(shí)施工的方案。施工平臺(tái)設(shè)置標(biāo)高為178.4 m，圍堰采用圓形雙壁鋼套箱結(jié)構(gòu)，待水位下降后，在鉆孔平臺(tái)下方臨時(shí)拼裝作業(yè)平臺(tái)上拼裝底節(jié)雙壁側(cè)板，拼完后整體下放至自浮狀態(tài)，然后在其上繼續(xù)拼裝第2，3節(jié)，并澆筑封底混凝土，最后拼裝頂節(jié)側(cè)板。保證承臺(tái)施工期間圍堰設(shè)防水位不低于173.3 m。鋼圍堰結(jié)構(gòu)委托專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)廠家制作，分塊加工成形，運(yùn)至現(xiàn)場組拼。

4.2 鋼圍堰施工步驟

圍堰分塊加工→河床面填砂拋石整平→安裝環(huán)向吊裝裝置、提升下放裝置→底節(jié)圍堰拼裝平臺(tái)安裝→底節(jié)圍堰拼裝、焊接→安裝導(dǎo)向裝置→提升圍堰并割除拼裝平臺(tái)→底節(jié)圍堰下放自浮→拼裝第2節(jié)圍堰及導(dǎo)向裝置并注水下沉→拼裝第3節(jié)圍堰及導(dǎo)向裝置并注水下沉→澆筑封底混凝土→澆筑壁艙混凝土→拼裝頂節(jié)圍堰→圍堰抽水、割除護(hù)筒→施工承臺(tái)。

4.3 圍堰施工要點(diǎn)

4.3.1圍堰拼裝施工準(zhǔn)備

圍堰分塊運(yùn)至現(xiàn)場前，現(xiàn)場應(yīng)提前做好施工準(zhǔn)備。合理安排好卸料場地，圍堰拼裝管理、作業(yè)人員要組織到位，對(duì)圍堰拼裝的輔助機(jī)械設(shè)備進(jìn)行檢查，確保材料滿足拼裝作業(yè)的需要。

4.3.2河床清理

采用吸泥機(jī)清理圍堰范圍內(nèi)河床，對(duì)河床高出部分進(jìn)行開挖，低于標(biāo)高位置進(jìn)行拋石回填平整，標(biāo)高控制在+139 m。

4.3.3施工吊掛裝置的安裝

1) 在鉆孔樁施工過程中，在平臺(tái)下方安裝軌道梁及2×250 kN環(huán)向電動(dòng)葫蘆，用于底節(jié)圍堰相關(guān)構(gòu)件吊裝，施工現(xiàn)場見圖3。

圖3 電動(dòng)葫蘆現(xiàn)場施工圖

2) 利用龍門吊在平臺(tái)上安裝6個(gè)1 000 kN千斤頂，組成底節(jié)圍堰同步提升下放系統(tǒng)。

4.3.4拼裝作業(yè)平臺(tái)搭設(shè)

待庫區(qū)水位下降至+159 m左右時(shí)，安裝底節(jié)圍堰拼裝平臺(tái)結(jié)構(gòu)，隨著水位不斷下降，同時(shí)安裝門吊樁底層連接系結(jié)構(gòu)。

4.3.5底節(jié)圍堰及導(dǎo)向裝置拼裝

1) 12塊底節(jié)鋼圍堰側(cè)板在拼裝平臺(tái)上逐一拼裝焊接，利用浮吊配合電動(dòng)葫蘆拼裝底節(jié)圍堰雙壁艙結(jié)構(gòu)及導(dǎo)向裝置。

2) 利用1 500 kN浮吊將首個(gè)圍堰塊段吊至軌道梁上，軌道梁上電動(dòng)葫蘆將圍堰側(cè)板滑移到設(shè)計(jì)位置，利用電動(dòng)葫蘆粗調(diào)圍堰標(biāo)高并臨時(shí)固定，通過千斤頂?shù)裙ぞ呔{(diào)至測量放樣位置，然后將首節(jié)與鋼護(hù)筒利用槽鋼等焊接固定，施工現(xiàn)場見圖4。

圖4 底節(jié)圍堰吊裝施工圖

3) 首節(jié)圍堰塊段相鄰的下一個(gè)塊段用浮吊、軌道梁吊至首節(jié)段上方位置處，在固定好的圍堰塊段壁板上焊接臨時(shí)接口板，利用電動(dòng)葫蘆、倒鏈精確對(duì)接，焊接臨時(shí)接口板，再焊接圍堰壁板和水平環(huán)板，完成后再將新拼接的圍堰塊段下端固定，繼續(xù)拼接下一塊圍堰。鋼圍堰拼裝現(xiàn)場需設(shè)置臨時(shí)撐桿將圍堰與鋼護(hù)筒連為一體，保證圍堰結(jié)構(gòu)側(cè)向穩(wěn)定。為避免局部應(yīng)力集中，圍堰分塊拼裝時(shí)應(yīng)在支撐點(diǎn)位置處的分配梁頂加設(shè)40 mm厚墊板，墊板與分配梁翼緣焊接，同時(shí)相應(yīng)位置處的分配梁需加焊局部加勁板。

4.3.6鋼圍堰焊接、煤油滲透試驗(yàn)

1) 圍堰焊接步驟。焊接外壁板的拼板對(duì)接縫→縱、橫艙壁與水平板的角接縫→縱、橫構(gòu)架的十字焊縫→縱、橫構(gòu)架與外壁板的角接縫。

2) 鋼圍堰焊接時(shí)，應(yīng)遵循以下原則[3-4]，以減少構(gòu)件的焊接變形和內(nèi)應(yīng)力。①焊外壁板的對(duì)接焊縫，當(dāng)板縫錯(cuò)開時(shí)，應(yīng)先焊橫向縫(端接)，后焊縱向縫(邊接縫)，當(dāng)采用平列對(duì)接時(shí)，先焊縱向縫，后焊橫向縫；②構(gòu)件中同時(shí)存在對(duì)接與角接焊縫時(shí)，應(yīng)先焊對(duì)接縫，后焊角接縫；③縱橫構(gòu)架間的十字接頭，必須待構(gòu)架安裝完畢后方可施焊；④橫焊為保證施工進(jìn)度，調(diào)節(jié)焊接工作量，在圍堰未整體成型前，構(gòu)架與殼板的焊接，一定要待壁板安裝完畢后，方可焊接；⑤根據(jù)分片制作整體安裝工藝的要求，其分片部分構(gòu)架與板的焊接，其邊緣應(yīng)留300～400 mm暫不焊，待整體裝配后再行焊接。

3) 底節(jié)圍堰拼裝完成后，應(yīng)進(jìn)行煤油滲透試驗(yàn)。在焊縫一側(cè)涂上石灰粉，另一側(cè)涂上煤油，觀察其滲透情況。若滲至反面，則應(yīng)作出標(biāo)記，將該處焊縫鏟除，重新按規(guī)定復(fù)焊，不準(zhǔn)堆焊。

4.3.7圍堰下放

1) 圍堰利用平臺(tái)上對(duì)稱布置的提升裝置下放，采用6點(diǎn)同步提升下放。下放時(shí)利用圍堰側(cè)板上的導(dǎo)向牛腿作為導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，控制圍堰下放過程中的精度。整體吊裝安放由專人指揮。每下放至一定高度，均進(jìn)行垂直度及平面位置測設(shè)，保證下放過程中的糾偏，使圍堰偏差在可控的范圍內(nèi)，施工現(xiàn)場見圖5。

圖5 圍堰下放現(xiàn)場施工圖

2) 利用提升下放系統(tǒng)將底節(jié)圍堰整體提升1.0 m左右，然后割除拼裝平臺(tái)結(jié)構(gòu)。待拼裝平臺(tái)割除完畢后，利用提升下放系統(tǒng)將底節(jié)圍堰下放至自浮狀態(tài)，圍堰內(nèi)對(duì)稱注水下沉一定深度。

4.3.8圍堰下沉與韌腳處理

待第3節(jié)圍堰拼裝完畢后,將圍堰內(nèi)及周邊河床填砂拋石至設(shè)計(jì)標(biāo)高，圍堰壁艙內(nèi)對(duì)稱注水下沉，直至設(shè)計(jì)位置。在套箱進(jìn)入底層河床前再次校正套箱軸線位置、垂直度,對(duì)于高出標(biāo)高的鉆渣及時(shí)清除。

1) 河床測量。圍堰下放著床之前采用測深儀對(duì)圍堰范圍內(nèi)河床標(biāo)高進(jìn)行測量，明確圍堰底地形情況，以便確定圍堰底清理方案。

2) 吸泥處理。對(duì)河床高出部分利用吸泥機(jī)進(jìn)行清理，以承臺(tái)底封底混凝土(+139 m)以下為基準(zhǔn)，對(duì)河床高出部分進(jìn)行開挖，對(duì)高程較低的地方進(jìn)行填砂拋石。

3) 圍堰下沉。圍堰下沉前，應(yīng)設(shè)置注水、觀測工作通道，并在艙壁用紅油漆標(biāo)記好刻度線。圍堰內(nèi)注水采用4臺(tái)60 m3/h注水泵注水，圍堰內(nèi)注水遵循分次、對(duì)稱、循環(huán)均衡的原則，使壁倉內(nèi)注水均衡，避免圍堰高差過大，造成圍堰傾斜，個(gè)別導(dǎo)向受力超限。下沉過程中在刃腳及河床突高點(diǎn)位置布置測點(diǎn)，下沉過程中不斷測量，確保圍堰底板不接觸到河床。當(dāng)圍堰下沉至距設(shè)計(jì)標(biāo)高50 cm左右時(shí)，應(yīng)對(duì)圍堰整個(gè)刃腳范圍內(nèi)及底隔艙范圍內(nèi)進(jìn)行全部測量和摸探，確保各部分河床標(biāo)高滿足要求，確保圍堰下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高位置。在套箱進(jìn)入底層河床前再次校正套箱軸線位置、垂直度，確保圍堰著床位置準(zhǔn)確。圍堰下沉到位后及圍堰在后續(xù)施工過程中，應(yīng)根據(jù)長江實(shí)際水位對(duì)圍堰壁倉內(nèi)水頭高度進(jìn)行調(diào)整，保證圍堰壓重水頭高度在1～2 m范圍內(nèi)。

4) 潛水工檢查。圍堰下沉到位后迅速組織潛水工對(duì)圍堰著床情況進(jìn)行摸探，摸探圍堰刃腳與河床面之間有無空隙、空隙的具體位置和高度，并通知技術(shù)人員做好標(biāo)記和記錄。同時(shí)組織人員對(duì)圍堰刃腳內(nèi)外側(cè)各3 m范圍內(nèi)河床面進(jìn)行確認(rèn)，確保不存在陡坎現(xiàn)象。分艙對(duì)圍堰著床情況摸探清楚后，立即組織人員進(jìn)行拋填堵漏。

5) 圍堰拋填。

①刃腳拋填。圍堰刃腳與河床面間隙超過30 cm時(shí)，需在刃腳外側(cè)采用片石拋填；間隙小于30 cm時(shí)可在圍堰內(nèi)側(cè)用片石或砂包拋填。對(duì)圍堰刃腳內(nèi)碎石拋填工作進(jìn)行全面摸探后，根據(jù)摸探情況對(duì)圍堰刃腳底部空隙進(jìn)行水泥砂袋堵漏。水泥和砂子按照1∶1的比例裝袋之后，使用吊框吊至圍堰底部，由潛水員在水下根據(jù)刃腳底部空隙進(jìn)行堆碼堵漏，刃腳周圈范圍都要進(jìn)行砂袋拋填堵漏。砂袋堆碼沿刃腳壁交錯(cuò)堆碼，對(duì)于無空隙或空隙較小的位置堆放1層即可，對(duì)于高度較大位置應(yīng)將砂袋放至刃腳底部并與外側(cè)片石密貼，內(nèi)側(cè)根據(jù)高度堆碼保證砂袋高出刃腳不小于2層砂袋。

②圍堰內(nèi)拋填。圍堰內(nèi)碎石拋填應(yīng)按照先封底，后拋填堵漏的原則，先上游側(cè)，再下游側(cè)，最后拋填圍堰中部。對(duì)河床標(biāo)高低于+139 m的區(qū)域進(jìn)行拋填，高于+139 m的區(qū)域不再拋填。圍堰下沉到位后，對(duì)圍堰內(nèi)河床標(biāo)高重新測量，再次確定具體拋填位置。

6) 圍堰清理。為了保證封底混凝土與鋼護(hù)筒、圍堰壁的良好結(jié)合，達(dá)到止水效果，需由潛水工用高壓水槍將樁身和箱壁上的附著黏土沖洗干凈。

7) 圍堰壁板內(nèi)壓重混凝土的澆注。圍堰清理完成后，為減少圍堰刃腳壁板所承受的水頭壓力，并保證圍堰著床抗浮要求，需在壁艙內(nèi)澆注壓重混凝土。壁艙內(nèi)采用水下C30混凝土進(jìn)行澆注，混凝土標(biāo)高控制在+151 m，澆筑量約為2 000 m3。

4 結(jié)語

湖北香溪長江公路大橋工程香溪河橋東岸主塔墩基礎(chǔ)，在三峽庫區(qū)30 m水位落差情況下，采用了雙壁鋼圍堰成功施工完成，封底抽水后在30 m水頭差下未出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，為我國類似橋梁在水深且周期性變化的庫區(qū)條件下建設(shè)提供了有益的參考，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。