青州沙溪特大桥水中墩双壁钢围堰施工技术

1、【doc】青州沙溪特大桥水中墩双壁钢围堰施工技术青州沙溪特大桥水中墩双壁钢围堰施工技术 第20卷第4期石家庄铁道学院（自然科学版)V。1.20No.4 2007年12月JOURNALOFSHIJIAZHUANGRAILWAYINSTITUTE（NATURALSCIENCE)Dec。2007 青州沙溪特大桥水中墩双壁钢围堰施工技术 范玉烈 （中国公路工程咨询集团有限公司，北京100097) 摘要：由于水中墩双壁钢围堰施工难度相对较大，施工过程的控制比较麻烦，因而应根据工 程地质状况及技术条件决定采用与否。介绍了青州沙溪特大桥水中墩双壁矩形钢围堰的施工 过程,包括钢围堰的制作，拼装过程,墩位清基与

2、基床整平过程，浮运及定位下沉过程,钢平台搭 设及钢护筒沉放等过程. 关键词:深水桥墩；青州沙溪特大桥；施工技术;双壁钢围堰 中图分类号：U445文献标识码：A文章编号：1674-0300(2007)04011706 1引言 钢围堰作为水中桩基，承台施工的一种重要临时设施，确保其在施工过程中的安全性至关重要，由于 双壁钢围堰具有刚度大,结构稳定等特点,因此在我国许多特大桥的深水基础施工中被得到了广泛的应 用。但是由于双壁钢围堰用钢量比较大,造价较高，在普通桥梁施工中应用还受到很多限制.介绍的青 州沙溪特大桥是京福高速公路三明段的咽喉要道,其水中墩双壁钢围堰施工对整个工程有十分重要的作 用. 2工

3、程概况 2.1水中墩概况 青州沙溪特大桥左幅起点桩号:K156+855m，右幅起点桩号:K156+840m，终点桩号:K157+470m。 5，6墩为6。0m1。8m的钢筋砼双肢薄壁墩,基础为4qb2.8m双排钢筋砼钻孔群桩。4，7墩为钢筋砼 柱式桥墩,基础采用4qb2.0m双排钢筋砼钻孔群桩,左,右幅承台间距3。5m。4,5,6,7墩均处于沙溪 河中,各墩位处实测泥面高程及设计参数见表1。 表1各墩位处实测泥面高程及设计参数 墩位处覆盖层较浅,覆盖层中含卵石，覆盖层下为弱风化岩，300a一遇设计流量为11678m/s,设计 水位为+89.81m.主河道设计流速3.84m/s，最高10a一遇通

4、航水位为+89。00m。其水位在秋冬季（10 月,次年3月）较为稳定,一般处于+86。5,+88.0m范围内。 2。2双壁钢围堰结构形式及主要尺寸 双壁钢围堰的设计考虑了洪水最大流速（3。84m/s)时的强度和稳定性。钢围堰主要尺寸及结构形 式： (1)钢围堰为左右幅整体制作，外形为矩形,壁厚1m,考虑施工需要内壁设计尺寸比承台相应尺寸每 边大50mm。鉴于制作及拼装时产生的偏差根据承台尺寸不同,4,7墩内壁尺寸为（21600+40)mm 收稿日期：20070829 作者简介:范玉烈男1978年出生工程师 118石家庄铁道学院(自然科学版）第2O卷 (8300+20)mm,5，6墩内壁尺寸为（

5、24200+40)mmx（11700+2O）mm.4墩围堰的尺寸简图如图1所 示。 （2）钢围堰由钢板及100mmx100mmx8mm角钢 组成双层骨架，底部不设刃脚;四角及长边中问设支撑钢 管,其余空问为隔舱(长边每边4个隔舱，短边2个）.其 中内外壁钢板均为5mm厚，隔舱板用钢板为10mm厚；内 部各个拼角处均用一根100mmx100mm8mm角钢自 上而下通长加强;高度方向上每隔1m设置如图1中I。I 剖面图所示结构。图14墩钢围堰平面尺寸及结构简图f单位：m） （3）钢围堰顶标高+88。5m，高于冬季时的最高水位约50cm.4,7墩底标高,按岩面较低的7墩并 留有一定富余,按70。5m

6、设计，5,6墩按72。5m设计.钢围堰的实际制作高度应在清基工作完成后根 据实际岩面高程进行调整。 (4）钢围堰竖向分为3节,底节(第一节)高6m，陆上制作拼装。上部第2节和第3节水上拼装. 3施工过程及主要施工工艺 3。1场地布置及施工方法 根据现场施工条件,4个墩位的钢围堰施工顺序是：6一,5,7,4墩.钢围堰制作场地选在位于墩 位处上游200m处的青州变电所内，整个场地长67m,宽36m,制作场地共分三个区,即上，下游分块制作 区和底节拼装区（即滑道场地）。 钢围堰制作场地底节拼装区总宽15.5m,长36m，两边设两条砼滑道,滑道各宽3.25m，滑道外口到 外口宽15.5m,要求滑道能满

7、足4,5,6，7各墩钢围堰底节（第一节)下滑要求。滑道斜坡1:10，滑道 面浇筑25cm砼。滑道前端高程约为+86.00m,在一般较低水位时(+86.50m），保证滑道前端水深5O cm.根据计算,在围堰前仓压水后,围堰后趾吃水小于50em. 滑道前方两侧设前方牵引地锚，卷扬机通过前方牵引地锚的转向滑车牵引底节钢围堰入水。在下滑 过程中，配备两台100kN卷扬机及相应的滑轮组，并且钢围堰下配备滚杠。滑道后方设尾缆地锚,2个尾 缆地锚满足100kN拉力,底节围堰入水下滑时,系尾缆防止底节围堰自行下冲. 底节围堰制作区两侧布置围堰分块制作区。各节围堰在分块制作区制作后，底节围堰块体用250kN 吊

8、车吊入底节围堰拼装区拼装，第1,2节围堰块体由250kN吊车转至岸边10m范围内,再由起重船吊至 水上接高拼装. 钢围堰水上接高地点位于滑道前方约25m,上游约20m处.该处水深实测大于12m，完全满足钢围 堰接高的水深要求。为使钢围堰方便,迅速接高地点就位，定位船通过前后锚及岸上地锚已预先在接高 位置定位。前锚满足拉力100kN的要求。钢围堰下水后，定位船用缆绳连接钢围堰，卷扬机收缆后，钢围 堰靠紧定位船,带后锚定位。200kN起重船在滑道及分块制作区前将岸上单元块吊至钢围堰接高拼装. 3.2钢围堰制作与拼装工艺 钢围堰第一节为陆上拼装，其它两节为水上分块拼装。每节钢围堰分为8个单元块，每块

9、重量约为 9OkN。单元块的划分应保证不同节之间单元块错开至少100mm,同一节同一块的环板划分线同壁板的 划分线也应错开至少100mm.各单元块和每节拼装时采用等强度焊缝连接，钢围堰拼装制作完成作渗水 试验. 在施工平台上，放出每节钢围堰单元块的大样,按其尺寸做相应的拼装，控制好外型尺寸.单元块在 上,下游分块制作区的平台上以平卧的形式制作,并且在组装后翻身. 第一节钢围堰在陆上制作拼装完成后，通过滑道拖滑下水。首先应带好两根尾缆,防止围堰沿滑道 斜面下滑失控。尾缆应派专人控制，围堰下滑时,始终保持一定拉力。系好尾缆后,用4个500kN千斤顶 将围堰顶起，在围堰底板下放上滚杠（滚杠材料为无缝

10、钢管）.滚杠和钢围堰的运动方向垂直,每隔1m 第4期范玉烈：青州沙溪特大桥水中墩双壁钢围堰施工技术119 放置一根，然后缓缓落下千斤顶，使围堰落至滚杠上.下滑过程中要求两边卷扬机同步开启且速率相同， 并且每个角度都有人观测，随时纠正偏位.围堰入水时,如届时水位低于+87.3m，则滑道前端水深不足 1.30m(滑道前端高程+86。0m），小于围堰自浮时吃水深度(1。33m）,此时应在围堰前仓压水，使围堰成 前倾状，围堰后趾翘起,脱离滑道。前仓压水后，围堰后趾吃水深度小于50cm。 围堰入水后浮运至接高地点。为了保证钢围堰在水中的稳定性及安装要求，利用4台抽水泵向第一 节钢围堰隔仓对称灌水，使其下

11、沉至顶板离水面约2。0m,然后分块二，三节。在每个单元块上焊接起吊 耳，吊耳位置定在顶板与壁板连接处，在吊耳处焊接加劲板。在起吊前，检查吊点的安装,焊接质量,确保 吊点在吊运过程中的可靠性。在第一节钢围堰顶板上放出第二节钢围堰的外形尺寸,利用200kN浮吊将 在陆上制作的单元块吊运至第一节上，在吊装过程中要保证第二节壁板底口位置落在第一节顶板相应位 置,单元块定位后，利用2台150kN千斤顶调整其垂直度,直至使每一单元块壁板与第一节壁板在同一平 面上为止，为保证钢围堰在水中倾斜度较小，拼装过程中采用长，短边对称拼装,焊接.在拼装过程中，为 保证锚链钢丝受力大小,在四角处专门派专人检查,随时利用

12、葫芦调节钢丝绳的松紧度. 3。3墩位清基与基床整平 在钢围堰制作,拼装的同时，进行清基工作.清除墩位处的软弱覆盖层，使钢围堰底面坐落在较为坚 实的基础上,确保钢围堰能承受桩基施工时的钻机重量和其他施工荷载。对于6墩和5墩围堰,汛期前 已完成桩基施工，所以可不考虑洪水时水流的作用，而对于4墩，7墩,应考虑汛期临时由于水流力的作 用使基础所承受的偏心荷载.根据地质资料揭露，4，7墩墩位处覆盖层以中,细砂或淤泥为主，含少量 圆砾,个别卵石。根据地质情况,清基的主要手段是:采用高压水加砂石泵泵吸的方法。清基船配置高压 水泵以及40m扬程的砂石泵和75kW发电机组进行作业,岸上立标杆引导清基方向。 清基

13、范围在钢围堰周边各放出1.5m，5,6墩的清基底面为29。2mX16。7Ill,4，7墩清基底面为 26.6mX13。3m,边坡1：2.清基完成后,测量船在经纬仪交会控制下检查清基范围,确保在围堰周边 0。5m的清基效果。 由于正常施工时围堰荷载较小,封底后,地基应力小于30kN/m，所以清基时可以残留部分圆砾，卵 石。对于4墩和7墩,由于围堰完成时问较迟,在汛期来临前,如因意外情况未及时完成桩基施工，为防 止汛期水流力使地基承受偏心荷载而发生倾斜，可采取一些临时加固措施，确保围堰不致整体发生倾斜。 J/J，于50cm,则抛石补平。如底面高差较大，则沿围堰底面投清基完成后,底面高差r放砼预制块

14、找 平。基床整平时潜水工配合作业,围堰下沉后,不平处潜水员填塞钢板垫平. 3。4浮运，定位下沉 (1）浮运。钢围堰水上接高拼装完成后，浮运到墩位处定位下沉。根据钢围堰拼装水域到各墩位处 河道实测水深.满足钢围堰浮运稳定前提下,确定钢围堰吃水深度，初步按7,8m吃水考虑，具体根据实 测水深确定。钢围堰拼装水域到各墩位距离约300，400m,采用300匹机动舟拖带动力船，配合水上锚 碇系统完成钢围堰浮运到墩位工作。浮运简图如图2所示. (2)定位下沉。钢围堰定位下沉是双壁钢围堰施工关键工序之一，直 接影响到桩基及承台施工.钢围堰定位包括锚碇系统,卷扬系统,测量控 制，并配合动力船作配合.单个钢围堰

15、锚碇系统采用4只100kN重砼锚, 28钢丝绳锚索，卷扬系统采用4只50kN卷扬机，4只100kN手拉倒链 及4套100kN滑轮组.钢围堰下沉简图如图3所示. （3）钢围堰下沉施工步骤.？施工准备。基底检查,包括平面尺寸,图2围堰浮运示意图 平整度,水深等;设备，船机进场就位，性能，技术检查;施工技术,安全交底，施工人员安排，物资,材料进 场,加工。？锚碇,卷扬系统安装。？钢围堰初步就位.锚碇系统安装完成后,在墩位左侧(鹰夏铁路侧) 布置一艘定位船,并初步锚定,测量定位;钢围堰浮运到墩位处先靠在定位船上，然后把四根锚索牵挂到 钢围堰上，并与卷扬机连接，操作卷扬机放锚索，同时测量定位指挥，完成钢

16、围堰初步定位.?钢围堰充 水下沉,预留于舷高度3。5m。按施工时水位86.5m，围堰顶设计标高为88.5m，预留于舷高度3.5m，即 12O石家庄铁道学院（自然科学版）第2O卷 钢围堰底与基底面距离控制在1。0，1.5m，不小于1.0m；夹壁内充 水采用4台潜水泵对称，均匀加水,同时测量围堰下沉深度及倾斜 度,通过调节各仓水位来控制围堰倾斜度及平衡因水流力作用产生 的力矩。？精确定位，下沉.通过滑车组及手拉倒链调节钢围堰平 面位置，通过调节各仓水位来控制围堰倾斜度，使围堰精确定位，经 测量钢围堰平面位置及倾斜度满足要求后（按平面位置偏差小于2 cm，倾斜度小于1/200控制),开始下沉。下沉过

17、程中,测量跟踪观 卷扬,手拉倒链,滑轮 测，每下沉50cm暂停,测量钢围堰平面位置及倾斜度,不满足要求图3围堰定位下沉系统布设简图 则调节正位,继续下沉至钢围堰底与基底面距离20cm左右，再精确测量，调节定位,同时潜水班组水下探 测钢围堰底与基底面准确距离,根据实测数据在钢围堰底铺垫条形垫块（垫块为加工好的钢制块，长1.2 m，宽0。5m,后10cm,15cm，20cm），下放围堰四角及长边中间共6根支撑钢管（00),安装千斤顶(500 kN）,并使千斤顶顶住横梁;围堰内充水加载,同时逐步增加千斤顶顶力,测量围堰倾斜度，通过调节各千 斤顶的顶推力来精确调节围堰倾斜度,使满足要求.测量偏差,提供

18、成果;如不满足要求,围堰内抽水上 浮20cm,分析原因，重新定位下沉,直至满足设计及规范要求。?钢围堰外侧抛填围护.钢围堰下沉着 床后,潜水班组立即潜水堵缝,同时外侧抛填袋装砂进行围护，填高按1。5，2.0ITI，范围按围堰外不少于 10ITI,以利于钢围堰的稳定及防止封底砼浇注时的外漏.?夹壁内砼浇注.采用导管法水下浇注夹壁内 砼,4,7墩浇注高度为2。4ITI,5,6墩为3.6ITI。 3.5钢平台搭设及钢护筒沉放 ，钻孔桩施工平台.采(1)钢平台搭设.钢围堰顶搭设平台,作为钢护筒沉放,围堰封底用工程贝雷 架及型钢现场拼装联结，单榀贝雷架之间用型钢联结成整体，确保钢平台的整体稳定。 (2)

19、钢护筒沉放。钢护筒顶口高程按桩顶标高加1.0ITI，护筒底口至基岩面，埋入围堰封底砼中.4, 5,6,7护筒有关参数见表2。 表2护筒参数 钢护筒在陆上加工,车运到现场，机动驳船运到墩位，200kN浮吊吊装拼装就位.?施工准备,测量 放线.钢护筒沉放前，护筒,定位架，导向架的质量检验,测量控制网的复核，施工技术,安全交底，人员， 船机的安排调度等准备工作须完成.?平台定位架安装定位。在钢平台型钢轨道上放样护筒沉放控制 边线（4个控制点),安装平台定位架（考虑周转,加工两套），要求精确定位。?吊装,安装护筒.根据现 场200kN浮吊性能参数，吊重80kN以下旋转半径15m以内，起吊高度不小于16

20、m,单根护筒最长9。5m 重76。4kN,水面到平台定位架顶按4。5m计,满足单根护筒一次性整体吊装要求.护筒顶,底各设一道十 字撑，以防止吊装过程中产生变形，护筒顶预设4只倒牛腿,护筒吊装到定位架顶，割除底部十字撑,下 放,至牛腿搁置在定位架上。？安装导向架，沉放护筒.导向架作用主要是护筒定位,因本工程4，7墩 护筒底着岩，桩基全部在岩层中，采用清水钻孔，护筒顶在水面下，护筒平面位置及倾斜度通过围堰定位 架，上导向架控制；导向架与护筒连接完成，实测护筒倾斜度并做相应调整使其满足要求，割除护筒悬挂 牛腿，下放护筒至护筒底13离基底距离30cm位置，停止下放,精确调整导向架位置，固定导向架后,潜

21、水 员水下限位护筒;钢围堰内设有两层定位架，限位型钢紧靠钢护筒，并水下焊接固定在定位架上。拆除导 向架的固定,沉放护筒至基底,拆除导向架与护筒的连接,完成此护筒的沉放。 3。6钢围堰封底 (1)施工工艺的确定.采用集中供料，满布导管,逐根开灌，及时补料”的施工工艺进行钢围堰封底 的施工。封底平台可以利用钢平台上架贝雷架，型钢搭设，上面设中央集料斗,沿导管位置在布设溜槽, 第4期范玉烈：青州沙溪特大桥水中墩双壁钢围堰施工技术121 砼通过溜槽供应各导管. (2）砼配合比设计。5,6墩单个钢围堰封底砼方量约720m,4，7墩单个钢围堰封底砼方量约460 in，按2台搅拌站(50in/h2)每小时有

22、效供应量60in计,5，6墩需浇注12h.根据砼供应能力,以及 早期强度要求,对砼配合比设计提出了相应要求。 (3)导管布置。导管作用半径定位4in,5,6墩满布导管14根，导管采用外径273mm，壁厚6mm的 焊管制作，法兰盘连接.导管底与基底距离20-30cm。 （4)储料斗,分料槽,溜槽及小料斗.按导管作用半径4in,首灌导管埋深1in计,首灌量计算方量为 21.7in,取22in设计中央储料斗，储料斗下部为圆台型，底部设置4个出料门,可以从不同方向出料，施 工中砼集中向储料斗供料，根据浇注需要开启不同方向底门供应砼；储料斗底门下设有分料器，每个分料 器设有三个出口，分别通向不同溜槽,浇

23、注时将所用溜槽对应的门打开,插封其余二门,砼通过分料溜槽 向指定溜槽，溜槽用薄铁板制成u形，溜槽支架坡度为1:3：5，小料斗体积1in,储料斗中的砼由溜槽到 达小料斗进入导管;首灌封口采用拔塞工艺. (5）浇注顺序与工艺.封底砼浇注时采用”逐根筑堆，及时补料”原则.浇注顺序按”从低到高，从两 端向中间”的原则.浇注分首批筑堆,正常浇注，结束收尾三阶段. 首灌阶段.两台砼拖泵同时向储料斗泵送砼，待料斗满时(22in），即进行首灌施工，操作如下（以1 导管为例）：将分料器上通过1导管的门打开，其他二门插上卡板堵住，打开储料斗出料门，砼通过分料 器，溜槽迅速流向1管,进入1in的小料斗,当小料斗将满

24、时,起重机迅速提起塞板，砼进入导管，砼不断 流人小料斗,保持中央储料斗小料斗砼始终处于满盈状态，直至储料斗中砼全部人管。首灌阶段每根导 管砼浇注量30m左右,当测量人员报告导管埋深符合要求后，再进行3导管的首灌浇注，而1导管转入 正常浇注阶段. 正常浇注阶段.当首批筑堆成功后,要求已开灌的导管每隔40min须补料一次，方量在5in左右，这 样按顺序逐根补料,使得首灌后的导管及时得到新鲜砼的补充,导管下口砼处于可流动状态，当各导管首 批砼灌注完成后，14根导管均进入正常浇注阶段。各导管不断补料灌注,砼面均匀上升,整个首灌，正常 浇注过程中,两座搅拌站，两台砼拖泵始终处于正常工作状态，向中央储料斗

25、源源不断供料,保证砼浇注 强度. 结束阶段.封底砼高度按2.0m控制,允许偏差+020cm，施工时每10in布置一个测点,当导管 下口砼顶面接近封底控制标高时，加大测量频率，特别是对相邻导管的交界面,护筒四周,围堰边角等位 置,根据所测结果有针对性地进行各导管砼灌注，力求砼顶面均匀平整.当各测点均达到规定标高后,终 止该处砼浇注,上拔导管冲洗收集;实测整个砼顶面标高及平整度,清理现场. （6）质量控制.封底之前，基底层尽可能平整,确因基岩面高差较大，浇注顺序应按从低到高；围堰底 部堵缝是控制封底砼浇注成败的关键，确保用袋装砂或袋装砼堵缝密实，并在围堰外抛填袋装砂维护，确 保封底时砼不渗漏；浇注

26、时注意观测内外水位差，并采取措施控制水位差不大于2。0in;确保砼供应的连 续，试验人员现场跟踪,实测砼的各项性能，保证砼泵送性能良好;导管下放前须逐根检查，确保密封良 好;每根导管开灌前实测底口位置，不允许埋管开灌；测量人员随时量测砼流动范围和上升高度,力求砼 面上升均匀，测量人员分成3组，每组2人；由专人负责统一指挥操作和调度。 3.7钢围堰的拆除 钢围堰的拆除.钢围堰仅拆除承台顶以上部分,其余不拆除。 4结语 青州沙溪特大桥施工已安全优质完成,实践证明该桥所采用的施工技术方案是成功的,尤其是钢围 堰的成功施工,为水中墩施工创造了条件,确保了后续工序的施工质量,保证了大桥的顺利合龙。 参考

27、文献 1范玉烈，陈德。青州沙溪特大桥施工控制措施J。石家庄铁道学院,2005,18(S1）:82.85 122石家庄铁道学院（自然科学版）第20卷 ConstructionTechnologyofDouble-wallSteel-cofferdam ofQingzhou-ShaxiSuperLargeBridge FanYuiie (ChinaHighwayEngineeringGroupCompanyLtd.，Beijing100097,China） Abstract:Becauseitisrelativelydimculttoconstructdoublewallsteelcofferda

28、munderwaterandthecon trolprocessiscomplex,whetherthesteelcofferdamisadoptedornotrestingwithengineeringgeologysituation andtechnologycondition.Thispaperintroducesthedouble-wallsteelcofferdamconstructionprogressforwater piersofQingzhouShaxisuperlargebridge,includingthemanufactureandconsolidationofthes

29、teelcofferdam, thecleaningandsmoothingofthepierlocation,thefloatingandsinkingofthesteelcofferdam, thebuildingof thesteelterrace,andthesinkingofthesteelfencecylinder，etc. Keywords：deepwaterpier；Qingzhou-Shaxisuperlargebridge；constructiontechnology；doublewallsteel cofferdam （责任编辑刘宪福） （上接第111页) 参考文献 1赵启林，李志刚,陈浩森.混凝土桥梁损伤识别理论与试验研究J.工程力学，2006，23(s 2茆诗松,丁元.回归分析及其试验设计M.上海:华东师范大学出版社，1981. 3林少宽，袁蒲佳，申鼎煊。多元统计分析及计算程序M.武汉：华中工学院出版社，1987. 4单龙海,刘乐融.微电脑通用多元统计分析Basic语言M.陕西：陕西电子编辑部，1985. 5辛学忠，苏木标,陈树礼，等。大跨度铁路桥梁健康状态评估的统计对比诊断方法研究J。 121。 I):128133 铁道,2006，28(2):116 StudyonForecastingModalfor