杭州下沙大桥主墩钢围堰施工.docx
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杭州下沙大桥主墩钢围堰施工
杭州下沙大桥主墩钢围堰施工
（姚平张世奎黄朝晖丁松柏）
一、工程概述
1.简述
杭州下沙大桥（钱塘江六桥）主桥为双幅分离式五孔预应力钢筋混凝土刚构——连续梁组合体系桥梁，桥跨布置为127+232×3+127m，主桥全长950m，单幅宽度16.75m。
17#、18#主墩基础为钻孔灌注桩、承台结构，17#主墩钻孔桩直径Ф2.3/2.0m，18#主墩直径Ф2.0m，基桩数量：
17#主墩2×13根，18#主墩2×（12+1）根（其中每个分离墩各有一根备用桩），钻孔桩深度大于100m（自钻孔平台+10.0m起算）。
主墩基础承台平面为六边形，平面尺寸25.60m×13.40m，承台厚度5.5m，承台底标高-9.5m，顶标高-4.0m，承台底标高远低于钱塘江最低水位+0.37m和河床面高程+0.4m。
主墩基础施工顺序为先搭设钻孔平台进行桩基施工，再进行钢围堰拼装下沉以及封底和承台的施工。
2．工程特点
大桥施工的重点和难点是要在钱塘江特殊的水文条件—强涌潮情况下进行水下基础的施工，特别是主墩基础钢围堰的施工。
从钱塘江上已建三座大桥来看，下沙大桥是距河口最近，涌潮影响和作用最大，河床变化最剧烈，水流条件也最复杂的一座特大桥梁。
大潮周期一般为半个月，持续时间5-7天，涌潮高度1.5～1.8m，根据浙江省河口海岸研究所提供钱塘江六桥工程水文分析报告，推算涌潮压力34Kpa左右，实施期实测涨潮最大流速6.0m/s，落潮最大流速3.0m/s，主墩钢管桩、钢护筒涌潮期冲刷深度根据实测在5.0m左右。
主墩基础承台位置低，埋置较深，需采用钢围堰进行承台干施工。
主墩基础承台的长边为迎水面，用于承台施工的钢围堰要与主墩承台尺寸相适应，由此增大了涌潮作用和水流力对围水结构的影响；同时，如此巨大的围水结构入水后，必将引起水流变化，加剧主墩位置的河床冲刷，将给围水结构的定位和稳定带来不利的影响。
二、钢围堰设计与制作
双壁钢围堰的主要作用和用途是为承台、墩身施工创造一个良好的干施工作业环境，同时应具有抗涌潮和防洪水的能力。
因此，钢围堰的施工是主墩基础施工的关键工序之一。
根据水文资料分析，钢围堰设计涌潮压力为34.2kPa。
钢围堰由钢板和型钢焊接而成，围堰壁、分隔仓均为水密结构。
经过多种方案研究、比较，采用上、下游两个分离式钢围堰作为主墩基础的围水结构。
钢围堰平面内尺寸为25.82m×13.6m，壁厚1.5m，底标高与封底砼一致为-14.0m，顶标高+8.5m，总高度22.5m，双壁钢围堰外型尺寸为29.26m×16.60m×22.5m（长×宽×高）。
主墩钢围堰结构见图1。
钢围堰共分5节，其分节高度及重量见表1。
表一
序号
名称
分节高度（m）
分节重量（kg）
1
第一节双壁
5.1
108675（108162）
2
第二节双壁
6
120837（119982）
3
第三节双壁
5
112319（111464）
4
第四节双壁
5
108155（107300）
5
第五节单壁
1.4
12945（12942）
※括号内数字为上游幅围堰
钢围堰分片划分关键是受到围堰拼装时起吊设施的起重能力限制，在17#、18#墩的上、下游分别安装有两台桅杆吊，根据桅杆吊的起重能力和吊幅，为保证围堰制作质量以及施工工期，尽量减少水上工作量，每个主墩上、下游围堰采取不同的分片方案，即上游分9片，下游分12片。
围堰分片示意见图2，分片重量见下表。
幅别
分片编号
重量（t）
上游幅
S1、S2
16.5
S6
12
S5、S7
10.5
S3、S4、S8、S9
14
下游幅
X1、X3、X8、X10
10.5
X2、X9
12
X4、X14
5.5
X5、X13
8.5
X6、7合X11、X12合
14
根据以上分片方案，结合桅杆吊的起吊曲线，有四个分片S4、S8、X6、7合、X11、12合由两台桅杆吊联合作业，抬吊安装，四个分片均由上游桅杆吊吊至23m处，这时分片一端已经伸至27米位置，达到下游桅杆吊10T起吊区域，两桅杆吊抬吊至下游围堰14T起吊区域后由下游桅杆吊单独作业。
上游围堰大分片S4、S8在两桅杆吊区域内联合作业。
三．钢围堰施工
钢围堰施工分作陆上分片制作和墩位现场接高、下沉两个施工作业环节。
17#主墩和18#主墩分别形成两个施工作业面。
每个作业面形成上、下游两个施工作业点，有利于钢围堰施工按流水作业组织生产。
3．1施工工艺流程图
钢围堰设计
原材料采购
主墩钻孔平台拆除
钢围堰陆上分片制作
钢围堰拼装平台搭设
导向定位装置安装
首节钢围堰拼装
首节钢围堰分仓注水检查
第2节钢围堰拼装接高
挂架安装
第1、2节围堰入水、注水下沉
围堰拼装平台拆除
第3节钢围堰拼装、接高
围堰四周抛砂袋防护河床
钢围堰注水、吸泥下沉
第4节钢围堰拼装、接高
钢围堰壁仓砼浇注
钢围堰吸泥下沉到位
钢围堰封底砼浇注
钢围堰封底砼平台及导管准备
第5节单壁钢围堰拼装、接高
围堰抽水进行承台施工
3.2主墩钢围堰施工顺序先下游幅1-3节，再上游幅，形成上下游两个作业点交叉进行或视下游三节围堰下沉到位后，在涌潮的作用下的稳定性而定。
钢围堰在现场陆上车间分片制作，通过钢栈桥运输至墩位，用两台桅杆吊进行吊装分节组拼、接高、注水、吸泥和浇注夹壁砼下沉到位。
3.3钢围堰拼装平台的安装
首节钢围堰搁置在拼装平台上进行组拼，在上、下游周边已成桩的10根钢护筒上焊接I25牛腿形成拼装平台，根据围堰的分片数量上游设置18个，下游设置24个，然后在围堰内外设置50cm宽的通道，供施工时人员的行走。
首节围堰施工时的一般高潮位+6.0m，故拼装平台牛腿的顶标高定为+6.0m，底标高+3.0m，牛腿的结构为三角形支撑，均由I25型钢构成。
拼装平台牛腿布置见图2。
3.4升降挂架的安装
第一、二节钢围堰在高潮位以上拼接完成后入水，通过在上、下游周边10根钢护筒顶部设置5.8m高的挂架，每根钢护筒上设两个吊点，共计20个吊点，
然后在第一节围堰顶面以下1.18m处焊接与吊点角度一致的吊耳，利用20个200KN手拉葫芦及Ф32.5-6×37-100钢丝绳将第一、二节围堰（总重230t）挂在护筒上。
挂架由Ф203×7mm钢管立柱及2∠75×8拉杆组成，挂架构造见图3。
3.5导向系统的安装
杭州下沙大桥桥址区涌潮大，河床冲淤变化大，深泓线摆动剧烈，钢围堰定
位无法采用常规的定位船—导向船系统，必须利用钻孔桩钢护筒作为围堰定位下沉的导向、支撑系统。
3.5.1钢护筒的连接
为增加钢围堰下沉时导向系统的刚度，在上、下游已成桩的钢护筒顶标高+7.5m处相互间用Ф800×8m钢管进行连接。
在连接部位的护筒内壁处，用I25型钢做成“十”字撑进行加强。
3.5.2导向结构
围堰下沉时，围堰所受荷载传递到钢护筒上，在涌潮压力作用下会产生较大冲击力，而且在下沉过程中，钢围堰需进行导向，防止其偏位，因此在钢护筒上设置橡胶护舷，起围堰下沉导向及消能作用。
迎潮面设6道橡胶护舷，背潮面设2道木护舷，每道2层，上层顶标高+7.50m，下层底标高+3.0m。
为保证钢护筒和钢围堰能抵抗局部冲击力和承压力，在与导向、定位装置接触和连接部位作局部加固。
迎潮面选用的DA型护舷通过在护筒上安装的底座螺栓进行连接，背潮面木护舷通过钢抱箍与在护筒上安装的钢底座进行连接，导向护舷布置见图4。
在上游幅桩号为W01、W02、W03、W04、W09、W12，下游幅桩号为E01、E02、E03、E04、E09、E12对应的钢护筒+7.5m、+3.0标高处按角度焊接护弦支座，为保证支座安装的垂直度，在安装时首先利用垂球吊出护筒的倾斜度，找出在护弦长度范围内上下点的偏差值，以便控制护弦支座高度。
3.6首节钢围堰的拼装
钢围堰拼装、安装前的准备工作就绪且拼装牛腿焊接完成后进行首节围堰转运、拼装。
3.6.1围堰单片就位与拼装
首节钢围堰分片按顺序拼装，下游钢围堰X9片由上游桅杆吊传置下游，由下游桅杆吊起缓缓落置对应的牛腿上，经测量校核围堰的定位点及垂直度无误后，用I12型钢将围堰内侧与护筒之间焊接，使其临时固定及限位，桅杆吊松钩，这样第一片围堰作为定位基准块，吊车再起吊X10和X8片，两片接口处以已修好的一边为基准，修整另一边，余量大小以保证横向支撑间尺寸为准，两接口通过手拉葫芦拉拢，余量割除后直接点焊，吊装一片后就位一片，12片围堰依次就位完毕。
上游钢围堰的拼装工艺同下游。
首节钢围堰12片（或9片）待全部组拼，经测量校核其平面位置及垂直度均合乎要求后，利用6m长挂梯依次满焊12条（9条）大合拢竖向缝。
首节钢围堰施焊完毕，分隔仓对称注水进行水密性检查。
3.6.2围堰下放吊耳的安装
围堰下放吊耳是挂架用来升降第一、二节围堰的重要部件，上、下游各设有20个，吊耳安装在第一节围堰顶面以下1.18m的内壁板上，安装的角度应与挂架顶口的吊点一致，要求在内壁板上吊耳位置的内外侧局部用δ12mm钢板加强，内侧面加20×50cm板，外侧面在环板处加20×20cm的三角形劲板。
3.7第二节围堰的接高下沉
首节钢围堰拼装完成后，在首节围堰顶口以下1.2m位置，沿内外壁搭设操作平台。
在第一节节间环板上直接按顺序分片安装，第二节围堰焊接工艺同第一节，上、下节定位可用码子固定，测量校核其垂直度。
接高完成后，拆除操作平台，围堰内外壁不应残留施工部件，准备下沉第一、二节围堰。
3.8围堰下放、注水下沉
利用20个性能完好的200KN的手拉葫芦、40根2m长直径Ф32.5的钢丝绳和20t的卡环将围堰吊在升降挂架上。
选择小潮期间，在现场专人统一指挥下，40名操作工人同时向上将200KN手拉葫芦链条收10cm，使钢围堰脱离牛腿支撑，此时检查链滑车及吊耳受力状态，确定滑车及吊耳等悬挂系统无变形后割除钢护筒上的牛腿，注意牛腿要割除干净不留突出铁件，避免造成围堰下沉困难。
牛腿全部切割完毕，检查护筒及围堰内外壁上无残留的施工物件后，由指挥长统一指挥下，同时均匀放松倒链，以每一声令下放10cm为原则，使围堰在导向系统作用下徐徐入水，此时用20根9m长Ф32.5mm钢丝绳换钩，重新倒链后再下放。
围堰入水2.8m后自浮，此时取走手拉葫芦及钢丝绳。
用10台30m3/h潜水泵分别向10个舱内注水，钢围堰在配重水作用下徐徐下沉，同时测量观测围堰的顶面高差，通过隔舱内的注水量调平，待围堰的干弦高度在3m以上时，停止注水。
钢围堰停止下沉后立即用10个50KN手拉葫芦与钢护筒水平连接，调平钢围堰进行第3节钢围堰对接拼装。
3.9第三节围堰的接高下沉
第三节围堰接高完成，解除围堰与护筒的连接，采取吸泥和注水的方式下沉。
吸泥机采用Ф250×8mm刚性导管配备20m3的空压机，一个主墩用4套导管配弯头、软管和2台20m3的空压机及注水水泵，第三节拼完后开启空气吸泥机，进行围堰刃脚周边吸泥，以最快的速度使钢围堰入泥下沉，在大潮来临前,保证钢围堰下到3m以上的入土嵌固深度，确保钢围堰的稳定。
3.10第四节钢围堰的接高下沉
当钢围堰下沉系数不足时，采用水下刚性导管法分仓浇注夹壁填仓砼（C20），一是填仓压重，二是满足承台施工时对双壁钢围堰结构的强度和刚度要求。
根据计算，第四节围堰下沉采用夹壁对称浇注砼和吸泥下沉。
3.10.1夹壁砼浇注
在围堰大隔仓内对称布置二根，小隔舱中间及箱梁内布置一根共计20根20m长的水下刚性导管及浇注漏斗，导管用5t手拉葫芦及钢丝绳悬挂在夹壁桁架上。
砼浇注按对称原则，从两个方向开始浇注，浇注过程中，浇注速度尽量一致，一定要保证围堰顶面水平。
每根导管浇注时首批砼封底，砼通过3m3吊罐经桅杆吊注入浇注漏斗，经导管至围堰夹壁内。
每根导管前后两次砼补料时间不超过90分钟。
每个隔仓内夹壁砼浇注高度10m，经测量检查至设计标高后停止浇注，保证砼的浇注量满足下沉系数要求，使钢围堰在导向系统的导向下均匀下沉。
3.10.2空气吸泥机吸泥
钢围堰下沉时，吸泥应尽量在中间区域进行，将4台吸泥机搁置在围堰的中间区域同时进行吸泥，保证钢围堰周边刃脚埋深均匀一致，同时测量对钢围堰的平面偏差、垂直度及时观测，通过调整吸泥位置及时对钢围堰纠偏、调位。
同时利用钢护筒作导向，采用软性连接进行调整、固定钢围堰。
3.10.3围堰下沉至设计标高
钢围堰下沉至设计标高-14m后，围堰内继续吸泥至标高-15m，潜水员下水，用高压水枪对围堰刃脚内侧，钢护筒周边进行冲洗，清洗这些部位，使内侧与封底砼有良好的握裹。
3.11河床的防护
钢围堰在下沉过程中和下沉到位后，将引起水流流态变化，导致主墩附近河床过度的局部冲刷，影响双壁钢围堰的稳定。
3.11.1第三节围堰下沉着床后，每次涨潮后观测围堰周边的河床冲刷情况，河床冲刷标高超过-8m时即开始对围堰周边防护。
3.11.2迎潮面拟用钢筋笼抛袋装砂在10m范围内防护，背潮面拟用堆码袋装砂防护。
3.11.3观测防护效果，及时重新抛填。
3.11.4封底前潜水员水下沿围堰周边码砂袋找平基底。
3.12封底砼施工
封底砼在钢围堰下沉到位后即可进行，采用刚性导管法浇注水下封底砼。
砼数量为1100m3，布置14根Ф273mm导管。
砼采用后场搅拌站集中搅拌供料，砼搅拌运输罐车通过栈桥运料至现场，泵送至布料杆进行布料入仓。
预计砼浇注时间20小时，水下砼配合比缓凝时间≥36小时。
在封底砼施工前，围堰内泥面用2层袋装砂作封闭处理，防止浇注砼夹入泥砂，降低封底砼的性能。
钢围堰下沉就位后，在小潮期间进行封底砼施工，并
在大潮到来之前封底砼达到一定的强度，确保封底砼结构安全。
3.13第五节钢围堰施工
封底砼完成之后，接高第五节单壁钢围堰。
四．结语
4．1主墩四个围堰下沉到位后，通过测量，围堰平面位置偏差均在规范允许范围内；
4．2尽管在桩基施工时曾反复交待，但在围堰下沉过程中，仍遇到很多掉在水中的铁件，特别是掉在围堰内壁的一根导管给围堰下沉带来了困难，后经潜水员水下切割才将其清除掉，该教训对今后施工组织和现场管理起了警示作用，使我们积累了经验，在类似工程中会有帮助。
4．3在第一、二节钢围堰下放入水时，选择在潮水过后，平潮时进行围堰下放，由于水位升高，降低了围堰下放高度，也不必换钩，大大减小了工作量，加快了施工进度，合理利用潮水为施工服务。
4．4围堰导向系统迎潮面布置在6根护筒上，背潮面布置在2根护筒上，在下沉过程中，由于不均匀取土，潮水冲刷，加上背潮面导向护筒较少，护筒被挤瘪，使围堰向下游产生较大偏斜，化很大精力才纠正过来，后来通过均匀取土，因下游受潮水冲刷，主要是加大上游侧的取土量，以及增加背潮面导向护筒，效果较好。
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