摘要：松花江大橋主橋采用3×138m大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu),主墩基礎(chǔ)采用雙壁鋼圍堰進(jìn)行施工,本文介紹了松花江大橋雙圓形雙壁鋼圍堰的設(shè)計(jì)及在深水河床的相關(guān)施工技術(shù)。松花江大橋雙圓形雙壁鋼圍堰的設(shè)計(jì)及施工可為類似隧道無砟軌道的施工提供有益的幫助和參考。

　　關(guān)鍵詞：松花江大橋,雙圓形雙壁鋼圍堰,設(shè)計(jì), 施工技術(shù)

　　雙壁鋼圍堰是深水橋梁基礎(chǔ)施工中的一種重要手段，傳統(tǒng)的雙壁鋼圍堰是一個(gè)帶有單斜面刃腳的圓形雙壁全焊水密鋼結(jié)構(gòu)圓筒，圓筒的內(nèi)、外壁形成的空間稱之為鋼殼。內(nèi)、外壁由鋼板圍焊而成，圓筒上、下均不設(shè)底板或蓋板，鋼殼下口以環(huán)形單斜面刃腳封閉，鋼殼上口敞開，以方便施工時(shí)往鋼殼內(nèi)灌注混凝土或注水。雙壁鋼圍堰作為擋水結(jié)構(gòu)，承受的主要荷載為水壓力，故其合理的受力結(jié)構(gòu)形式應(yīng)為圓形。在松花江等水流速度大的江河中修建跨江河工程中，橋梁水中擴(kuò)大基礎(chǔ)圍堰工程類型的選擇較為復(fù)雜，既要考慮水深及流速，又要考慮工期及工藝的要求。采用土石草袋圍堰因其水深及流速影響已經(jīng)不能適用高流速和深大江河中橋梁的建設(shè)，而采用常規(guī)的鋼板樁圍堰因河床覆蓋層薄無法打入固定?；谝陨系念檻]，國道主干線哈爾濱繞城高速公路東北段松花江大橋采用了雙壁鋼圍堰進(jìn)行基礎(chǔ)施工。論文介紹了本文介紹了雙圓形雙壁鋼圍堰的設(shè)計(jì)及在深水河床的相關(guān)施工技術(shù)。

　　1.工程概況

　　國道主干線哈爾濱繞城高速公路東北段松花江大橋全長2324.92m，大橋主橋采用3×138m大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，橋?qū)?8m，雙向四車道，主橋基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁加承臺(tái)結(jié)構(gòu)，每墩16根Ф2.0m的鉆孔樁，梅花形布置，間距5.2m，以整體式承臺(tái)連接，承臺(tái)尺寸為29.5m×13.9m×4m。主橋有二個(gè)主墩常年位于松花江主河道中，經(jīng)方案比選，承臺(tái)與下部墩身的施工采用雙圓形雙壁鋼圍堰施工方案。雙壁鋼圍堰幾何尺寸為外徑22.4m、兩圓心距15.6m、高21m、隔艙厚1.2m。施工時(shí)圍堰內(nèi)外最大水頭高差達(dá)20m，其結(jié)構(gòu)和受力復(fù)雜，承受荷載較大，屬于典型的設(shè)計(jì)和施工難度較大的大型雙壁鋼圍堰結(jié)構(gòu)，同時(shí)雙圓形結(jié)構(gòu)也是一種較新穎的結(jié)構(gòu)，更加大了設(shè)計(jì)與施工的難度。

　　2. 雙圓形雙壁鋼圍堰設(shè)計(jì)

　　國道主干線哈爾濱繞城高速公路東北段松花江大橋采用了鋼圍堰進(jìn)行基礎(chǔ)施工。若鋼圍堰采用圓形結(jié)構(gòu)，則其直徑及重量太大，既不經(jīng)濟(jì)，施工難度也大，明顯不合理，經(jīng)過方案比較，本工程鋼圍堰采用“8”字形(異形)雙壁雙圓組合結(jié)構(gòu)。雙壁雙圓組合形構(gòu)造的受力情況較矩形和圓端形更為合理，整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性也更強(qiáng);鋼圍堰除作為臨時(shí)擋水結(jié)構(gòu)外，其內(nèi)壁也兼作承臺(tái)的側(cè)模板。其設(shè)計(jì)思路如下：選用圓形雙壁鋼圍堰，不需要內(nèi)支撐，對(duì)圍堰內(nèi)施工無干撓。同時(shí)，雙壁鋼內(nèi)、外壁鋼板厚度根據(jù)下沉最不利工況計(jì)算，雙壁鋼圍堰抽干水時(shí)按照鋼殼和壁內(nèi)混凝土共同受力考慮。雙壁鋼圍堰抗浮設(shè)計(jì)按照樁基部分無浮力，樁基鋼護(hù)筒參與抗浮來考慮。圍堰參數(shù)設(shè)計(jì)本著受力條件好、穩(wěn)定性強(qiáng)、施工方便、材料節(jié)約和可回收的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。

　　2.1 圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　松花江大橋36號(hào)及37號(hào)墩承臺(tái)為條形，頂面水深14m。根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)成內(nèi)徑20米、外徑22.4米的雙圓形結(jié)構(gòu)(如圖1)，即充分發(fā)揮了圓形結(jié)構(gòu)受力條件好的特點(diǎn)，又最大限度的節(jié)省了材料。圍堰利用自身浮力進(jìn)行回收。

　　雙圓形雙壁鋼圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)共分為4個(gè)部分，即刃腳段、雙壁加強(qiáng)段、單壁段、內(nèi)部橫向支撐梁。刃腳部分面板采用8mm鋼板，角度為30度;雙壁加強(qiáng)段內(nèi)外面板及隔板均采用5mm鋼板，內(nèi)部為空間桁架結(jié)構(gòu)，水平主桁加強(qiáng)圈采用100×100×10或75×75×8角鋼，綴條用63×63×5角鋼，豎向間距按不同的高度荷載計(jì)算求得;豎向加勁肋采用50×50×5或63×63×5角鋼，周向間距按不同的高度荷載計(jì)算求得;圍堰中支撐桁架用100×100×10或75×75×8角鋼相扣成方管，空間用75×75×6做綴條組成桁架，豎向間距與加強(qiáng)圈相同。為簡化圓形鋼圍堰的受力計(jì)算，對(duì)環(huán)板和水平斜撐計(jì)算時(shí)考慮壁板40倍板厚的寬度參與受力;豎向加勁肋按多跨連續(xù)梁計(jì)算，同時(shí)考慮壁板40倍板厚的寬度參與受力;板按支撐在豎向加勁肋上的多跨連續(xù)板計(jì)算。澆筑承臺(tái)前鋼圍堰最大抽水狀態(tài)為最不利工況。鋼圍堰受力主要計(jì)算荷載有靜水壓力、土壓力、施工荷載以及壅水所產(chǎn)生的壓力等。澆筑承臺(tái)時(shí)鋼圍堰外設(shè)計(jì)施工水位采用13m，土埋置深度3.5m，壁倉內(nèi)的水位9m ，計(jì)算水流流速1.5 m/s。

　　2.2 雙圓形雙壁鋼圍堰空間分析計(jì)算

　　用空間模型進(jìn)行分析計(jì)算，外壁板、內(nèi)壁板、水平加強(qiáng)圈采用空間板殼單元，豎肋采用空間梁單元，水平斜撐采用空間桁架單元，即兩端與水平加強(qiáng)圈采用鉸接連接。主要計(jì)算荷載：靜水壓力、土壓力、浪擊力與風(fēng)荷載(此處作用較小可忽略不計(jì))、施工荷載。經(jīng)計(jì)算：

　?、?壁板參與受力的寬度h0 采用Q235鋼200mm;當(dāng)加強(qiáng)圈采用100×100×10角鋼，綴條用63×63×5角鋼。豎向加勁肋采用50×50×5或63×63×5角鋼。圍堰在中間支撐采用 100×100×10或75×75×8角鋼相扣成方管，組成雙肢柱桁架。

　　2.3 雙圓形雙壁鋼圍堰穩(wěn)定性驗(yàn)算

　　在圍堰下水之前要在冰面上測放出圍堰的準(zhǔn)確位置，并且在圍堰的內(nèi)外打入鋼管樁同時(shí)起導(dǎo)向作用和約束鋼圍堰不發(fā)生滑移。圍堰內(nèi)部的導(dǎo)向樁和施工平臺(tái)連起來形成整體，增強(qiáng)穩(wěn)定性和增大抗沖擊力。在圍堰的第一階段下沉?xí)r冰也對(duì)圍堰也起約束和導(dǎo)向作用。在圍堰的內(nèi)部上游打入4根鋼管樁,主要用來抵 抗因水流的沖擊而產(chǎn)生向下游滑移的頃向，鋼管樁打入河床深度不小于5米,上部和施工平臺(tái)相連接。經(jīng)計(jì)算抗滑安全大于2.0，因此不發(fā)生滑移。

　　圍堰的長寬比較大，為2.18，且質(zhì)量均勻并有導(dǎo)向鋼管約束不會(huì)發(fā)生傾覆，所以不必進(jìn)行抗傾覆驗(yàn)算。在承臺(tái)澆筑前最大的抽水狀態(tài)下，對(duì)鋼圍堰及封底混凝土的自重是否能克服浮力的作用考慮，進(jìn)行鋼圍堰浮力穩(wěn)定性檢算。由于受河床標(biāo)高及圍堰入土深度的控制，封底混凝土采用C20水下混凝土，厚度為2米;封底混凝土底面的水壓力以18米計(jì);僅靠鋼圍堰、封底混凝土、壁倉內(nèi)注水等的重力不能克服浮力作用。因此，必須考慮封底混凝土與基樁間的粘結(jié)力，在封底前由潛水員對(duì)封底混凝土范圍內(nèi)的樁身表面進(jìn)行清理并鑿毛，保證封底混凝土和樁身之間能夠很好的粘接，計(jì)算中取封底混凝土與基樁間單位面積的粘結(jié)力為0.5MPa。經(jīng)計(jì)算，合力大于浮力，滿足要求。

　　3. 雙圓形雙壁鋼圍堰關(guān)鍵施工

　　3.1雙壁圍堰的制作

　　雙壁圍堰在工廠按互換件和對(duì)號(hào)入座的方法制成塊件，汽車運(yùn)至江邊，在墩位處進(jìn)行現(xiàn)場拼裝。各節(jié)、塊之間安設(shè)防水膠條，利用龍門吊對(duì)組裝后圍堰翻身。圍堰內(nèi)外壁進(jìn)行滿縫施焊，確保無焊傷、無漏焊、無砂眼;鋼板與角鋼水平桿的焊縫長度大于100mm,間距不大于80mm;角鋼骨架的焊接進(jìn)行滿焊。施焊盡量避免立焊或仰焊，以保證焊接質(zhì)量。在骨架塊的外壁板上，焊接吊環(huán)，組裝成型后對(duì)圍堰尺寸、高度、傾斜角以及施焊質(zhì)量進(jìn)行檢查驗(yàn)收，并作漏水試驗(yàn)以確保不漏水。

　　3.2 圍堰下沉

　　圍堰分兩階段下沉，第一階段在鉆孔樁施工之前將圍堰下沉至河床;第二階段待鉆孔樁完成后再將圍堰下沉到設(shè)計(jì)位置。

　　第一階段：在施工平臺(tái)上固定若干10T倒鏈，用于固定已拼裝好懸浮于水中的圍堰，在圍堰入水前用測量儀器測準(zhǔn)承臺(tái)的位置，在圍堰的上下游分別打入導(dǎo)向鋼管樁，使圍堰入水位置準(zhǔn)確并能夠抵抗水的沖擊。待圍堰頂部降至水面以上位置時(shí)固定倒鏈，使其處于懸浮狀態(tài)，然后再拼裝第二節(jié)圍堰，第二節(jié)圍堰和第一節(jié)圍堰加固好后繼續(xù)下放，利用自重不下沉后在圍堰的雙壁間對(duì)稱注水使其下沉。圍堰下沉著陸河床后停止下沉圍堰，把圍堰和導(dǎo)向鋼管樁固定，將懸掛倒鏈鎖死。

　　第二階段：在施工平臺(tái)上進(jìn)行鉆孔樁施工，待承臺(tái)內(nèi)鉆孔樁全部完成后，配合使用吸泥機(jī)和砂石泵在圍堰內(nèi)側(cè)刃腳附近將泥砂吸出，使圍堰下沉，直至設(shè)計(jì)位置。注意吸泥機(jī)和砂石泵要在圍堰四周均勻布置，保證圍堰均勻平穩(wěn)下沉。

　　3.3 封底

　　圍堰下沉完畢，對(duì)圍堰內(nèi)河床按方格網(wǎng)坐標(biāo)分區(qū)域逐塊吸泥，將泥砂清理干凈，由潛水員水下逐塊、逐片檢查，測量標(biāo)高合格后澆注水下封底混凝土。在各階段施工時(shí)要注意圍堰內(nèi)外的水面高差，防止出現(xiàn)翻砂現(xiàn)象。封底前對(duì)各樁樁頭進(jìn)行清理，確保封底混凝土和樁基良好連接，以增強(qiáng)封底混凝土的抗壓能力，減少封底混凝土的厚度。

　　封底混凝土灌注采用一次性布設(shè)導(dǎo)管法，剪球順序由四周向中間，施工時(shí)防先剪球的導(dǎo)管混凝土擴(kuò)散到未剪球的導(dǎo)管位置。

　　3.4 圍堰回收

　　水中墩施工完成后清除圍堰內(nèi)外所有約束，在圍堰內(nèi)充水，然后抽出壁倉內(nèi)的水，靠水的浮力將圍堰浮起，畢要時(shí)可用吸泥機(jī)清除圍堰外壁周圍的泥砂，以減小摩阻力便于圍堰浮起。圍堰浮起后在水面以上進(jìn)行切割，分成小塊后由駁船運(yùn)出。

　　4 結(jié) 論

　　松花江大橋雙圓形雙壁鋼圍堰在施工過程中經(jīng)受了多次洪峰和冰排的考驗(yàn)，且施工效率較高，相對(duì)于同類結(jié)構(gòu)而言，該鋼圍堰用料省，其回收施工方法是切實(shí)可行的，實(shí)踐證明，該結(jié)構(gòu)具有較高的安全性和較好的經(jīng)濟(jì)性，可為類似工程雙壁鋼圍堰的施工提供很好的借鑒經(jīng)驗(yàn)。

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