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1、高、低刃脚双壁钢围堰施工工法中铁建工集团北京路桥公司 牛畅 苏石 李宣1前言在深水基础施工中，双壁钢围堰应用较为广泛，它是为桥梁下部施工而设计的临时阻水结构，其作用是通过四周仓壁和封底混凝土围水来承受较大的水压，从而为深水基础提供安全、无水的施工环境。但围堰施工对河床面的平整度有着很大的要求，高、低刃脚双壁钢围堰能够有效的应对河床坡度的变化，并且有着水下爆破量小、结构用料省等其它围堰无法比拟的优势。中铁建工集团北京路桥公司承建的州河铁路特大桥是达州化工园区铁路专用线控制工程，其中8#墩为深水基础且所处河床面沿桥纵向坡度较大，高差最大可达9.3m。8#墩通过采用我项目部自行设计的高、低刃脚双壁钢
2、围堰施工，大大减少了水下爆破及清渣作业量，与其它普通双壁钢围堰相比，也减少了自身材料的用量。2工法特点高、低刃脚双壁钢围堰与传统的双壁钢围堰相比，着床前水下爆破、清渣工作量小，施工安全简便，可有效缩短施工工期。因高、低刃脚双壁钢围堰根据河床坡面进行设计，减少了围堰自身钢材用量和封底混凝土的数量，降低了施工成本。同时也免去了大量爆破对相邻墩台基础及两岸居民造成的不利影响。3适用范围 高、低刃脚双壁钢围堰适用于水深10m且河床坡度较大或河床面高低不平的深水基础施工。河床覆盖层较厚或是不允许水下爆破及有特定环保要求的深水基础也可采用高、低刃脚双壁钢围堰进行施工。4工艺原理根据实际探测的河床面高程数据
3、少量爆破，通过围堰四周高、低刃角和河床面相契合，再利用封底混凝土在水中创造一个无水的施工作业面。首先按照探测数据绘制河床面高程图，根据高程图找出河床与高低刃脚双壁钢围堰的契合面。计算并设计出围堰图，分节、分块在加工场进行加工制作，检查合格后进行实地拼装，再是在现场进行测量放样、分层分部位进行组装焊接。下沉到设计深度后，进行封底混凝土施工。待混凝土强度达到后抽出围堰内部的水即可创造出一个无水的基础施工平台。5施工工艺流程及操作要点 5.1 高、低刃脚双壁钢围堰施工工艺流程 首先对基础位置进行摸底探测，并结合水文及地质资料设计钢围堰，设计、验算完成后进行施工。具体施工工艺流程如下图：实际探测根据探
4、测结果设计高低刃脚双壁钢围堰加工、制作双壁钢围堰少量爆破河床并进行清底运输高低刃脚双壁钢围堰至施工现场按照设计图纸逐步拼接、下放钢围堰放样、定位围堰位置围堰封底混凝土施工抽水后开始深水基础施工5.2高、低刃脚双壁钢围堰总体设计方案州河特大桥8#墩所处地形为1：1.5陡坡，且地质为钙质泥岩，覆盖层较薄。设计高低刃脚双壁钢围堰前、后壁为双壁钢围堰；侧壁后半部分（即河床底高于承台底部分）采用双排外508*10锁扣钢管桩，钢管桩侧壁通过堵头板与后壁双壁钢围堰之间采用螺栓连接；侧壁前半部分（即河床底低于承台底部分）双壁钢板围堰与后侧壁之间采用锁扣相连。围堰平面形状为距形，内长23米（承台长22.6米），
5、内宽16.2米（承台宽14.8米）。先插打侧壁后端的堵头板，利用堵头板定位插打钢管。双排锁扣钢管桩设计桩尖穿过全风化层并进入中风化层50cm地以上。钢管桩之间采用公、母锁扣连接成整体，顶端设置对拉杆，前端设置堵头板和与钢板围堰连接的锁扣。双壁钢板围堰采用6mm厚钢板做内、外壁面板；16mm厚钢板做横梁桁架内、外弦；匚10型钢做竖肋杆和支撑杆；刃脚开放并用10mm厚钢板加强。设计刃脚穿过全风化钙质泥岩，与中风化岩层接触。围堰水平内支撑采用外508*10钢管，设置三层，上层和中层间间距均为6.0米，中层和下层间间距为4.0m，下层支撑在承台顶标高以上50cm。三层水平内支撑间设置竖向外508*10
6、钢管桩。钢管桩壁内承台顶标高以下部分水封混凝土，承台顶标高以上部分填土石后再注水泥浆。双壁钢围堰壁内承台顶标高以下部分填充混凝土。围堰内河心侧（河床低于承台底标高部分）采用水下混凝土封底。围堰内岸侧（河床高于承台底标高部分）在围堰安装成功后，抽水开挖，开挖完成后用砖砌护壁，承台基坑底用水泥砂浆铺底找平。图5.2 高、低刃脚施工方案图5.3高、低刃脚双壁钢围堰施工方法5.3.1高、低刃脚双壁钢围堰加工5.3.1.1材料要求：双壁钢围堰加工使用的全部钢料、焊条、焊丝、焊剂等主要材料均应符合主墩承台双壁钢围堰设计图和现行标准的要求并附有出厂合格证。所用钢材表面应平整光洁，没有疤痕，分层、夹碴压入的氧
7、化皮及其他影响强度的缺陷；工厂手工焊和工地手工焊所用焊条主要用J422酸性焊条。有些钢材由于工期紧，短时间内难以在市场采购到，需要改变材料型号尺寸时，必须经总工程师批准并有围堰设计部门出具变更文件允许后，才可以使用。5.3.1.2加工场地及起重设备要求：为了满足从加工厂到桥墩位处的要求，需将围堰分块加工运输，除底节外，其余各节均为5m标准节。钢结构加工厂场地内应设置胎具焊接内桁架以防扭曲变形，胎具外径即为围堰外壁半径。场地内还应有单台8t起吊能力的吊机，以适应焊接拼装需要。5.3.1.3下料要求：钢材下料精度按钢结构加工规范的有关要求执行，钢板下料用自动切割机，钢板切割后，实际切割线对预定切割
8、线（号料线）的偏差不得超过1mm，切割后的边缘不得有裂纹及超过1mm的缺棱。考虑电焊收缩，双壁钢围堰在弧长方向下料时每单元应加长5mm。焰割后应清除表面的金属毛刺渣滓、溅斑和熔瘤。钢材要用纸板放样配套才能下料，钢板、型钢下料前要求调直、检查、编号。5.3.1.4焊接拼装组成单节：双壁钢围堰分块制作，按竖向分节，其中前壁和侧壁钢围堰分节相同，分节均为三大节，底节和中节均为10m（各由5m长的两小节构成），顶节为5m；后壁钢围堰分为两大节，底节为8m，顶节为5m。横向以每一个仓为单位分块，宽5米左右前后壁横向均由5个仓构成。在施工现场分块匹配加工。钢板电焊组拼和肋角定位点焊，所用焊接材料型号不得低
9、于正式焊接所使用的焊接材料。点焊高度一般不宜超过设计焊高的1/2。长度为50mm，间距400500mm。钢板在平台上组拼时，先用手工点焊，再用自动电焊机焊接，焊接顺序应先焊横缝后焊纵缝。焊缝高度和长度满足施工组织设计要求。双壁钢壳每一单元在胎具内施焊完一面之后，经检查认可，然后将其翻身进行另一面焊接，平时不得任意翻身。每一单元双壁钢壳组拼施焊完毕后，量出其轮廓尺寸进行一些必要的修整。对各单元编号并填写检查表格进行出厂前检查验收。加工的围堰块段，其尺寸精度、表面平整度，焊接的密封性通过检验合格后方可投入使用。5.3.1.5焊缝质量检查：所有焊缝除满足设计要求外，还应在焊缝处正面用石灰水刷成白色，
10、背面涂刷煤油，观察其渗透情况。若有煤油渗至正面，则将该处焊缝铲除，重新按规定复焊。焊缝尺寸及施焊顺序的要求需按围堰设计图纸所规定的内容进行检验。图5.3.1.5 焊接刃脚5.3.2高低刃脚双壁钢围堰底节拼装5.3.2.1钢围堰安装前，对围堰范围内河床进行标高测量，应在钻孔完毕后加密测点测量，随时掌握河床标高与设计图纸变化情况，根据测量结果对河床降低或回填，以满足钢围堰刃脚均匀着床。5.3.2.2摆放围堰支承梁22b，净距25cm。5.3.2.3围堰拼装平台应满足平整度要求，由测量组放出围堰外轮廓边线。围堰单元在钢结构加工厂按设计图和制造工艺分块制造合格后，经运输栈桥，运至墩位处拼装。5.3.2
11、.4根据加工厂对每节围堰单元的竣工尺寸进行纸上组合配套和编号排队，使拼装后的整体尺寸误差凑到最小。5.3.2.5利用25t吊机拼装焊接围堰底节，拼装过程中在护筒和围堰之间设置型钢临时支撑，防止围堰单元拼装过程中倾覆。底节围堰拼装完成后，灌注围堰刃脚0.5m高C25混凝土。5.3.2.6分仓注水进行水密试验，仓内注水时，应对称进行。灌水高度为9m，若发现有渗漏处，用颜色笔（或石笔）作好记号，待放水后将焊缝铲除，重新施焊。5.3.2.7在底节围堰壁板上焊接双层导向装置，使之与钢护筒保持一定间隙，以便约束围堰的倾斜和位移。图5.3.2.7 安装导向装置5.3.3高低刃脚双壁钢围堰底节下沉和接高5.3
12、.3.1钢围堰采用千斤顶下沉。先在桩基护筒和栈桥桩上安装刚性门架，在门架的横梁上安装200t穿心千斤顶，用精轧螺纹钢作吊杆。千斤顶先空载顶出大部分活塞，再上紧螺帽顶起围堰，然后落顶下沉。共安装4台千斤顶，前、后壁各两个。利用4台千斤顶将围堰底节吊离钻孔平台平面约1m，拆除有碍围堰下放的平台构件。5.3.3.2统一指挥，同步下缓缓下放围堰，使围堰在自身重力和浮力作用下悬浮在水中达到平衡。5.3.3.3围堰在悬浮状态下，继续接高，为了减小围堰的倾斜，能比较平稳的接高，次序上采用对称的方法进行拼装，壁板和支撑拼装完成后，经过调整，检查合格，进行焊接，验收合格后即可加水下沉。5.3.3.4中节围堰接高
13、工作也是在围堰悬浮于水中的情况下进行的，都要将围堰调整在水平状态。拼装方法和次序与底节围堰的拼接大致相同，每拼装一件单元都要固定牢靠，防止倾倒和坠落，并要求随时测量有关尺寸和垂直度，确保质量符合设计要求。5.3.3.5中节围堰对接完成，在检查验收合格后，开始加水下沉，加水要对称进行，并且在下沉过程中要尽量使围堰顶面水平，下沉直至围堰着床，着床前，测量围堰的位置和倾斜度，是否满足承台施工要求。调整好位置后，下沉使围堰着床。5.3.3.6在钢围堰壁内用风压吸泥机吸取河床表面的松碴，使围堰继续下沉。一边下沉，一边纠偏，直至围堰刃脚接触到中风化层。5.3.3.7围堰着床注意事项： 当围堰平面位置满足设
14、计和规范要求，且围堰刃脚插入河床淤泥层，其围堰顶面仍高出水面一定高度时，才允许将围堰着落河床。 落河床前围堰内压水调平，并测量定位，围堰刃脚在河床面上0.5m左右，中心的里程符合规范规定的偏差范围以内。并将中心里程、围堰水平、扭角的测量结果报总工程师批准。 采取在围堰仓壁内各仓均匀对称注水，使围堰比较均衡地插入河床，结束悬浮状态。着床后，需保证围堰内水位始终略高于外部水位，以免造成翻砂现象。必要时用水泵往围堰内部注水保持水位。吸泥机吸泥时要勤移动，尽量做到均匀除土，均匀下沉。吸泥过程中随时测量围堰内泥面的标高，以指导吸泥工作的进行。吸泥在围堰中心先吸，若中心吸泥能使围堰顺利下沉可继续进行，否则
15、可适当扩大吸泥范围，使围堰内的泥面从中心向四周均匀降低，以保证围堰均匀下沉。5.3.4高低刃脚双壁钢围堰顶节接高和下沉在中节围堰顶面拼装焊接顶节围堰。焊接顺序及要求与中节对接时相同，拼装焊接完成并检查验收合格后，开始布设灌注隔仓内水封混凝土设备。水封混凝土采用C25，浇注时各隔仓对称进行。灌注过程中围堰会继续下沉，直到灌注完毕，围堰下沉到位。5.3.5高低刃脚双壁钢围堰封底围堰内河心侧（即河床低于承台底标高的地方），采用C25水下混凝土进行封底。封底混凝土高度到达承台底标高，厚度为2.5m。 封底前用测量绳测河床标高，当低于承台底标高2.5米以上时，回填石碴至河床距承台底标高2.5m处。潜水员
16、下水检查未回填石碴部分的钢围堰刃脚，如有局部刃脚悬空处，则由潜水员水工下用砂袋堵塞缝隙。河床处理满足要求后开始布设水封设备。封底混凝土灌注方法是用垂直导管法，来灌注水下混凝土。在围堰顶面布置3个下灰点，由3根（每根长约20m）水封导管（河心侧呈上、下游均布），另增1根备用，导管的底口高于河底20-30cm，导管上口安装下料斗（不小于3m3）图5.3.5 围堰封底导管及测点布置图高、低刃脚双壁钢围堰导管全长组拼完成后，用钢尺准确丈量长度并作好标记并编号。每根导管必须作0.6兆帕水密试验，经检查无漏水、破裂、变形才能使用。每根导管顶配备1m短节不少于1节。使用混凝土包作为隔水球，在每次砍球前先用准
17、备灌注的混凝土制做好隔水球，隔水球比导管内径稍小一点，使其能够塞满整个导管口，用一根铁线将其梱扎牢固，将隔水包塞入导管口，将铁线的另一头吊挂固定在水封料吊边上，待砍球时将铁线切断即可。混凝土总槽的吊耳、支腿及起吊扁担千斤等，由于吊重较大，必须检算强度是否符合要求。封底之前，有关设施：如封底平台（利用围堰内支撑和钻孔桩钢护筒搭设），储料设备，测量设施等，安装就位完毕，由项目部成立检查组，全面进行检查。封底主电源使用主电路，备用电源采用1套发电机组。备用柴油发电机提前检修试机，主电路等均由项目部检查组在封底前进行全面检查。油料储备充足。混凝土工厂开盘和停盘，接力泵的开机停机，导管砍球与停灌，施工中
18、履带吊机移位等，均由总指挥发出通知后再进行。指队长或现场负责人为总指挥。5.3.6高低刃脚双壁钢围堰抽水、支撑在同条件养护混凝土试件强度到设计强度70%后，开始抽水。抽水共分三次完成。第一次抽水，使水面标高低于围堰上层内支撑。安装上层内支撑。上层内支撑安装好经检查合格后，再进行第二次抽水。第二次抽水，使水面标高低于围堰中间层内支撑位置，然后安装中间层内支撑，中间层内支撑安装完成后，安装上、中层内支撑之间的竖向支撑，使上、中层内支撑连接成整体。安装完成，经检查合格后可进行下步第三次抽水施工。第三次抽水至围堰底，抽水过程中应随时观察钢围堰内水位变化和围堰结构稳定情况，如发生漏水现象，则采用撒砂等方
19、法堵漏。如围堰结构稳定异常则应立即停止抽水作业，并对围堰进行临时加固支撑。图5.3.6 高低刃脚双壁钢围堰支撑图高、低刃脚双壁钢围堰加固支撑完成后，即可进入下道工序施工。6主要机械设备高、低刃脚双壁钢围堰施工过程中主要机械设备如下表：序号名称规格单位数量备注1浮箱400T艘1可运载吊车2运输船150T艘13汽车吊25t台3配置30t振动锤4高压水泵9级30Kg/cm2台25电动空压机4L-20/8台26电动卷板机W12三辊式台17交直流电焊机400A台208连续千斤顶100t台10备用2台9手拉葫芦5t台1010吸泥机250mm个4配吸泥管路和弯头11发电机120kW台112潜水泵30m3台2
20、013混凝土罐车10m台214混凝土泵车50型泵台2 7质量保证措施7.1原材料质量控制措施加工围堰所使用的原材料进厂(场)后，对原材料的品种、规格、数量以及质量证明书等进行验收核查，并按有关标准的规定取样和复验。经检验合格的原材料方可进厂(场)。对于检验不合格的原材料，按有关规定清除出厂(场)。7.2钢围堰施工质量保证措施钢围堰拼装时，上下隔仓板对齐，各相邻水平环形板对齐，上下竖向肋角允许不对准，但必须和水平环板焊牢。内、外壁板钢板拼缝不能对接焊时，允许采用搭接焊或帖板焊接，但必须满焊，并保证水密。钢围堰各连接件之间焊接应保证质量，满缝施焊，无伤痕、无漏焊、无砂眼，拼接口表面平整，满足焊缝要
21、求；内外壁板及隔舱板要求水密，围堰舱封口严密，保证不渗漏水。所有壁板和隔仓的焊缝，必须做煤油渗透试验检查，并对不合格的焊缝进行修补直至合格。只在待所有焊缝检查合格和刃脚清洗干净后方可进行细石混凝土浇筑。8安全措施8.1水上作业 因高、低刃脚双壁钢围堰涉及水上施工，水上作业人员进入施工现场必须戴好安全帽和其它个人劳动保护用品，另外还应配备好救生圈及穿好救生衣。工作平台的四周要设栏杆和安全网，足板要搭设牢固，并装设防滑条。工作用的码头、船只及工作平台夜间施工配足灯光照明，工程开工前按规定设置和显示信号并派人值班，确保水上交通安全。围堰安装船停靠后，系好丝绳，注意涨潮、退潮的防护措施，在船舶的侧面应
22、挂好靠球。水上作业时未经允许谢绝来宾参观，经批准的视察及参观人员必须戴好安全帽，禁止有与水上工作无关的人员到水上作业区参观、游玩。8.2高空作业 高、低刃脚双壁钢围堰竖向高度大于5米，拼装下放前，施工人员需做好高空作业准备工作。(1)作业人员及架设人员，经过专业技术培训及专业考试合格后，持证上岗，并定期检查身体。(2)悬空作业处设置牢靠的立足处，并视具体情况配制防护拦网、栏杆或其他安全设施。(3)悬空作业所用的索具、脚手板、吊篮、平台等设备经过技术鉴定或检测后方投入使用。(4)高处作业之前，进行安全防护设施的逐项检查和验收，验收合格后，方进行高处作业，验收分段、分层进行。(5)高处作业戴好安全
23、帽、系安全带、穿防滑鞋、衣着灵便。 (6)遇有六级以上的大风、浓雾等恶劣气候，停止露天攀登与悬空高处作业。8.3确保航道安全畅通措施严格按照航道管理部门的规定，办理相关的航道临时占用手续，并采取相应的防护措施确保安全畅通。根据航道管理部门要求，在河道上下游设置全天候导航和警示标志。8.4施工期间的防汛措施制定各项防洪工作制度，对防洪工作做出具体安排。将防洪工作责任进行分工，责任层层分解到人头。与当地气象部门加强联系，了解近期气象预报，掌握雨汛情况，做到心中有数，一旦遇到灾害性天气，及时做出部署。汛期到来之前，对施工管段桥梁、排水设备进行检查，对检查后发现的问题和隐患应布置处理。一时处理不及的，
24、布设重点防洪看守。防洪值班员每天与当地气象部门取得联系，并将气象预报及时通知有关人员和单位，并严格执行雨前、雨中、雨后检查制度，对防洪工作情况了如指掌。防汛期间派专人24h轮流值班，防汛重点施工项目设专用通讯工具，以便及时了解现场情况。汛期准备充足的器材、运输工具及劳动力，以备应急抢险。9环保措施高、低刃脚双壁钢围堰在施工过程中严格执行国家、市建筑施工环保管理规定。1、混凝土浇筑过程使用的施工机具，根据环保噪声标准（分贝）日夜要求的不同，合理协调安排施工分项的施工时间，将容易产生噪音污染的分项尽量安排在白天施工。2、扬尘防治：每天派专人随时清扫施工现场的道路，并适量洒水压尘，达到环保要求；施工
25、现场设置专门的废料堆放区。3、不得在夜间及河流通航航道间进行爆破施工。10效益分析本工程使用的高、低刃脚双壁钢围堰与其他形式围堰相比材料用量少，加工制作快。同时可适用于坡度较大河床面的深水基础，大大减少水下爆破及清渣的工程量，节约了施工成本，同时也消除了爆破对周围墩台和当地村民带来的不利影响。在工期紧、汛期急的情况下，有力的保证了施工进度、生产安全，避免了大量机械设备和材料的投入，抢在河流汛期前完成了深水基础施工，也为项目消除了不可预见的风险。11工程实例达州铁路特大桥项目，8#深水基础采用高、低刃脚围堰施工，在业主工期紧，河水深、河床地形复杂的情况下，充分发挥了钢围堰因地制宜、制造方便、施工迅速、安全可靠等优势，保质保量的按时完成了施工任务,取得了良好效果。可见高、低刃脚双壁钢围堰施工在深水桥梁建设中的优势越来越明显。且在特定的工程环境下，高、低刃脚双壁钢围堰施工有着其他围堰无法比拟的优越性。
