双壁钢围堰水上作业施工方案 0917.docx
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双壁钢围堰水上作业施工方案0917
双壁钢围堰专项施工方案
编制：
复核：
审批：
中铁大桥局股份有限公司
一、编制依据
二、工程概况
2.1地理位置
2.2桥梁概况
2.3加固目的
2.4建设条件
2.4.1气候条件
2.4.2地质情况
2.4.3水文条件
三、施工组织
3.1方案概述
本项目施工主要采用双壁钢围堰及单壁钢围堰施工方法，根据施工水位及加固墩情况，围堰总高度设计为15.5m，围堰高度方向分为2节，底节高10.5m，采用浮运方式运输至墩位。
顶节高5.0m，采用现场接高方式。
双壁钢围堰主要施工工序为：
工厂进行围堰板块加工制造——围堰板块运至施工现场指定位置进行板块组拼——围堰水密试验等工序检验——双壁围堰底节下水、浮运至墩位定位——双壁围堰对接、下沉——双壁围堰顶节接高——双壁围堰吸泥下沉——桩基加固。
3.2施工步骤
步骤一：
1、双壁钢围堰底节板块工厂制作并陆路运输至施工现场；
2、双壁钢围堰底节板块在临时码头焊接组拼；
3、底节围堰水密实验。
步骤二：
1、墩位处安装导向平台；
2、浮吊、拖轮及临时靠梆铁驳定位。
步骤三：
1、上游侧底节U形双壁钢围堰起吊下河，调节围堰平衡并与铁驳临时固定；
2、将上游侧底节U形双壁钢围堰通过2#-3#墩之间浮运至墩位，并与桥墩临时固定。
步骤四：
1、下游侧底节U形双壁钢围堰下河，与铁驳临时固定；
2、将下游侧U形双壁钢围堰通过2#-3#墩之间浮运至墩位，并与桥墩临时固定；
3、上下游U形围堰合拢对接。
步骤五：
1、撤走浮吊、拖轮及铁驳；
2、底节双壁钢围堰加水下沉，下沉至距水面1.5m高后停止加水；
3、接高顶节围堰。
步骤六：
1、双壁钢围堰整体下沉至设计标高；
2、围堰封底、抽水；
3、承台加固维修。
3.3工期安排
一、围堰板块制作
二、底节围堰组拼（墩位处施工平台安装）
三、底节围堰浮运、合拢对接
四、顶节围堰接高
五、基础加固施工
3.4人员组织
3.4.1组织机构
为加强围堰水上施工管理，项目部成立由常务副经理为组长、总工程师和生产副经理为副组长的领导小组，小组成员为项目部各部门负责人，主要在围堰水上作业各工序施工过程中，筹划落实、提供技术支持、同时做好各项服务保障工作。
图3.4.1-1水上作业组织机构图
3.4.2现场人员配备
围堰水上工序繁杂，施工难度大，现场施工组织的好坏直接影响施工进度的快慢与质量的好坏。
根据水上施工不同阶段的施工特点分别组织充分的施工人员和合适的机械设备，两班倒24小时不停歇进行作业，以保障现场各工序施工要求。
水上作业分阶段施工人员组织及分工见下表。
表3.4.2-1水上作业人员组织及分工表
编号
岗位
人员
职责
1
总指挥
1人
总指挥
2
现场指挥
1人
现场指挥
3
技术指导
1人
提供技术指导
4
安全监督
1人
安全监督、管理
5
现场技术
1人
技术服务、过程控制
6
现场测量
3人
围堰下沉测量监控
7
围堰浮运定位
20人
负责围堰浮运定位过程中船舶调动等（含水手）
8
围堰合拢下沉
30人
9
围堰接高
30人
主要为焊接
10
吸泥下沉
10人
分两组，每组5人。
11
围堰封底、抽水
30人
砼倒运、浇注及抽水工作
12
电工组
5人
动力系统调试，用电线路连接、检查等
13
潜水工组
6人
配合河床探摸、清基等活动
14
后勤保障应急救援组
2人
后勤服务紧急情况处理
15
交通船
船长1人
交通运输
16
拖轮
船长3人
辅助浮运、接高施工
17
浮吊
船长2人
辅助下沉施工
3.5机械设备组织
围堰水上作业分阶段施工机械设备投入情况见表3.5-1。
表3.5-1双壁钢围堰水上作业机械设备投入计划表
序号
项目
机械名称
型号
数量
备注
1
水上施工通用机械设备
交通船
/
1艘
人员及物资倒用
发电机
150KVA
2台
临时及应急供电
浮吊
35t
2台
辅助施工
水准仪
DSZ2
1台
测量
全站仪
nikon
1台
测量
测绳
30m
50根
测量
2
围堰浮
运定位施工
浮吊
400t
1台
围堰下水
拖轮
4000HP
2艘
围堰浮运
铁驳
400t
1艘
临时停靠、靠绑、垫档
抛抛船
1艘
靠梆船抛锚定位
交流电焊机
BX-500
6台
焊接
3
围堰首次注水下沉施工
潜水泵
15m3/h
12台
辅助灌水下沉
交流电焊机
BX-500
2台
临时构件焊接、补漏等
4
壁舱砼及封底砼
浇注
罐车
8m3
6辆
混凝土运输
地泵（汽车泵）
三一重工
2台
混凝土转运
导管
φ273
6套
混凝土浇筑
料斗
2m3
4个
混凝土浇筑（自制）
抽水泵
15m3/h
12台
抽出壁舱积水
5
围堰二次
吸泥下沉
空气吸泥机
φ273mm
2套
抽砂（自制）
空压机
28m3/min
2台
抽砂
泥沙船
2艘
运输泥沙
高压射水装置
2套
配合刃脚泥沙冲射（自制）
四、施工方案
4.1双壁钢围堰结构设计
双壁钢围堰平面尺寸为36.8m（长）×24.8m（宽）×15.5m（高），高度方向分上下两节，底节高10.5m，顶节5.0m。
钢围堰总重约410t，其中底节重约300t，顶节重约110t。
围堰板块在武船钢结构厂制造，板块加工完成后通过水路运输至白沙洲大桥项目部附近码头进行板块拼装。
双壁钢围堰底节（10.5m高）板块拼装成两个U形后，单独吊装下河并在桥位上游进行临时停靠，利用拖轮组分别浮拖至加固墩位处就位合拢、下沉。
当下沉至水面1.5m左右时进行围堰接高（高5.0m）。
图4.1-1双壁钢围堰立面布置图（单位：
mm）
图4.1-2双壁钢围堰平面布置图（单位：
mm）
4.2双壁钢围堰施工结构流程
图4.2-1双壁钢围堰水上作业工艺流程图
4.3双壁钢围堰板块制造
4.3.1双壁钢围堰加工制作工艺流程
双壁钢围堰分为左右对称两部分，在工厂内分块进行加工，采用水运至白沙洲大桥项目部码头，在拼装平台上组装成型后分2个半“U”型围堰下水。
双壁钢围堰加工制作工艺流程具体见图4.3-1。
图4.3.1-1钢围堰制作工艺流程图
4.3.2双壁钢围堰加工材料要求
（1）钢材
钢围堰采用Q235B钢材，其材质应符合《碳素钢结构》（GB/T700－2006）的规定。
钢材进入制作工厂时，除必须具有出厂的质量证明外，还应按工程和有关现行标准进行复验，做好检查记录。
（2）焊接材料
焊条、焊丝、焊剂等焊接材料应根据焊接工艺确定，采用的焊接材料应符合GB/T5117－95、GB/T14957－94、GB/T14958－94及GB/T5293－85的技术规定。
焊接材料进入制作工厂时，除必须有生产厂家的出厂质量证明外，应按有关标准进行抽查复验，作为复验检查记录备查。
4.3.3围堰制作
（1）下料
①抽样复检
施工前，必须按有关标准规定对原材料的性能和各项技术指标进行抽样复检，合格后方可进行生产。
②校正
围堰使用的钢板和型钢，由于在轧制时压延不均，轧制后冷却收缩不均，以及运输、储存过程中各种因素的影响，常常产生波浪形，局部凹凸和各种扭曲变形。
这些变形将影响号料气割及其它加工工序的正常进行，降低加工精度；而且在焊接时还产生附加应力，使构件失稳而影响构件的强度。
因此，在号料前需对变形的钢板、型钢进行矫正处理，消除这些变形。
a.钢板的矫正
板厚在4mm以上的、较大面积的钢板在矫平机上矫正，钢板在矫平机上一次不能矫平时，往复数次，直到满足要求为止。
对于小面积较厚钢板及钢板切割或剪切的零件，由于零件边缘在切割时受高温或机床剪切时受挤压而产生的变形，则采用液压机将板件压平。
b.型材的矫正
型材主要是用型钢矫直机进行矫正，小尺寸的型材则利用平台或手锤手工敲击来矫正，极个别的型材用火焰矫正法矫正。
c.边缘加工
由于围堰外形尺寸较大，各构件大部分需要接长，为保证结构的焊接质量，水平环向筋板、隔舱板对接边边缘均按要求开坡口。
边缘加工光洁度及尺寸要求应达到规范要求的标准。
d.壁板采用半自动切割机下料。
e.下料时考虑焊接收缩余量。
f.氧割的零件边缘应去除割渣，切割表面不允许有崩坑，塌角半径R≤0.5mm。
g.型钢下料端部应齐整，倾斜度≤1％，毛刺飞边打磨光顺。
h.下料及加工时发现钢材有异常，应立即反馈给技术部门，技术部门应立即进行研究，对有异常的钢材进行标识隔离，听候通知再处理。
i.排料时应注意使内、外壁板对接缝错开200mm以上。
接料焊缝位置与其他焊缝距离不小于200mm，每节段水平对接焊缝与竖向加劲肋对接焊缝宜错开200mm，面板对接缝与环向加劲肋不应在同一位置，应错开布置。
（2）开坡口
①刃脚段钢板与壁板钢板对接时应按照不同厚度的钢板的对接形式开过渡斜坡后（坡度设为1:
2.5）再双面焊接，焊接方法采用CO2气体保护焊或手工焊。
②隔舱板和环形筋板均为厚板对接，需开坡口，焊接方法采用CO2气体保护焊或手工焊。
（3）分块制作
单个围堰平面分8个块段进行加工，围堰板块单元块主要由壁板、竖向加筋、环形筋板，连接角钢桁架四部分组成，内外板单元通过环形筋板利用角钢连接在一起。
端部除有16mm厚钢板焊接而成的刃脚外，其他结构基本类似。
根据面板的实际重量，考虑到拼装时的工作量和吊机的起重能力，可将2～3块面板成整体后（相邻对接焊缝必须错开）再吊装拼装，这样既可减少拼装时间，又可以减少在高空立焊的工作量，方便施工。
壁板的制造采用分块制造以面板的尺寸为分块线。
壁板分块制作应首先在平台上将壁板、水平框架隔舱板制成平面分段，然后在组装胎架上依次安装，待所有构件安装完成后进行焊接，分块的平焊及立焊焊完后用两台吊架机进行空中翻身后再焊未焊完的焊缝，以减少仰焊，保证焊接质量。
（4）焊接
为了减少焊接变形，保证焊接质量，制定合理的焊接工艺，选用合适的焊接设备，在分块焊接中，采用合理的焊接程序，单元件焊接顺序：
内外围壁正反面焊缝焊接→内结构焊接→内结构与外围壁焊接→内结构与内壁焊接。
施工过程中加放余量，控制焊接收缩的影响。
平板对接结构，如内外壁板对接、隔舱板对接等应优先采用埋弧自动焊。
现场拼装的对接焊缝可采用手工焊或CO2气体保护焊或埋弧焊。
凡能采取CO2气体保护焊进行焊接的部分，均采用CO2气体保护焊，不能采取CO2气体保护焊的各部分均采用手工电弧焊。
焊接检验是保证围堰制造质量的重要措施，对围堰检验实行自检、互检、专检及最后检验的三检一验制度，做到不合格的原材料不投产，不合格的焊缝必须返工，从而使焊接质量得到可靠保证。
4.3.4围堰试拼装
（1）围堰试拼装
围堰板块制作完成后，应对钢围堰进行试拼装，修整发现的缺陷后再运往施工现场。
壁板单元件由内、外壁板、隔仓板及水平桁架及竖肋等部件组焊成型。
为保证外型尺寸的准确性及控制焊接质量和变形，借助胎架组拼及施焊，胎架应具有足够刚度，以防止单元构件在组焊过程中变形，胎架数量应根据制作周期及施工工期由现场自行确定，胎架的精度应力求一致，以保证不同胎架组焊出来的产品其尺寸具有一致性。
胎架要求定期进行复核，防止在拼装过程中由于重力影响产生变形，导致结构尺寸误差。
（2）围堰加工技术要求
围堰加工尺寸要求见表4.3.4-1。
表4.3.4-1围堰结构尺寸的允许偏差
编号
项目
允许偏差（mm）
1
围堰内壁尺寸
+50，0
2
围堰壁厚
±5
3
垂直度
h/1000（h：
高）
4
壁板对接错台
＜1
5
壁板侧向平整度
＜30
6
水平加劲角钢间距误差
＜20
7
水平加劲角钢间距误差
＜20
4.4双壁钢围堰拼装
4.4.1围堰拼装场地
本项目双壁钢围堰拼装场地设置在白沙洲大桥上游侧约300m处码头。
码头占地面积约4000㎡，平面图如图所示。
图4.4.1-1围堰拼装场地现场照片
4.4.2双壁围堰板块拼装
围堰板块在武船钢结构公司加工。
由于采用公路运输，底节围堰在高度方向需再分节。
根据结构图，在高度方向分为3节，从下往上依次为3.0m、3.6m、3.9m。
围堰拼装时，先把底节3.0m高拼成整体，再在上面接高2节。
板块最高板高3.9m，最重约9.6t，采用75t汽车吊配合拼装。
从75吨汽车起重机起重性能表中验证吊机主臂L=20.1m，作业半径R在12m时起吊性能12.0t大于9.6t,选用75汽车吊机满足要求。
拼装3.9m围堰板块时，汽车起重机平面站位如图4.4.2-1所示。
表4.4.2-1STC75汽车起重机主臂起重性能表（单位：
kg）
主臂起重性能表
工作半径（m）
吊臂长度（支腿全伸后方或侧方作业）
工作半径（m）
11.8m
15.95m
20.1m
28.4m
36.7m
45m
3.0
75000
54000
43000
3.0
3.5
70000
54000
43000
3.5
4.0
62000
54000
43000
30000
4.0
4.5
56000
48000
43000
30000
4.5
5.0
51000
45000
41000
30000
5.0
5.5
47000
42000
38500
29000
5.5
6.0
41500
39000
36500
27500
16000
6.0
6.5
36000
35000
34000
26000
16000
6.5
7.0
32000
30500
31000
25000
16000
7.0
7.5
28000
27500
27000
23500
15000
7.5
8.0
25000
24500
24000
22000
15000
11000
8.0
9.0
19000
20000
20000
19500
15000
11000
9.0
10.0
16500
17000
16000
14000
11000
10.0
11.0
13500
14000
13600
13000
10500
11.0
12.0
11500
12000
12000
12000
10000
12.0
14.0
8500
9000
10000
9000
14.0
16.0
6000
6800
7800
8000
16.0
18.0
5000
6000
6500
18.0
20.0
4000
4800
5100
20.0
22.0
2900
3800
4100
22.0
24.0
2200
2900
3300
24.0
26.0
2200
2600
26.0
28.0
1700
2000
28.0
30.0
1300
1500
30.0
32.0
1200
32.0
图4.4.2-1STC75汽车起重机平面站位图（单位：
mm）
4.4.3水密性试验
水密性试验是围堰焊接质量最后全面的检验，应在围堰下河前进行。
采用煤油渗透试验方式检查焊缝抗渗性。
试验前，检验部分不允许油漆和搪水泥，需要试验的箱体表面和焊缝必须打扫清洁，并且对进行检视的一面除要求打扫清洁，对采用煤油渗透试验的，尚需对检视面刷一层石灰浆（晾干），以便观察。
试验中，如发现有渗油现象时，需进行修补，修补后必须重新试验。
4.5双壁钢围堰下河
为减少施工工序，节约工期，将采用单个U形围堰下河后直接浮运至墩位的方法。
为减少水流对单个U形围堰冲击，先浮运上游侧围堰，再浮运下游侧U形围堰。
4.5.1下河前准备
（1）技术筹备
1、围堰浮运前组织进行质量验收，满足验收标准之后，方可进行下一道工序施工。
2、水上施工之前编制各道工序相应施工工艺。
3、做好各道工序的技术交底工作，分项工程开始之前要对上岗操作人员进行培训。
4、检测仪器、计量、测量设备与方法齐全。
5、技术人员应作好充分准备，并了解各有关方面的情况。
（2）现场筹备
1、水上施工是基础工程施工中一个重要的环节，所动用的机械、材料、人员都是大量的，持续的时间较长。
因此，施工之前要落实的各项准备工作。
2、场地用电及焊接设备的准备：
为保证围堰拼装的顺利进行，场地用电必须考虑周全，根据现场的用电设备配备合理的容量。
施工中所用到的焊接设备应合理布置在围堰的各个部位，尽量减少焊接电缆的长度，提高拼装的安全性。
3、参加水上工作的机械设备均应经过检查处于良好状态，常用的备用品应有充分的准备。
4、各分项工序需要的小型机具或构件，考虑提前引进或加工。
5、壁舱及封底封底混凝土选用商品混凝土，需要提前做好商家及输运路线的选定并考察路况。
6、了解施工期间的气象预报情况，提前做好恶劣天气下的应对措施。
7、劳动力的组织及生活、后勤的准备工作，应作好充分的准备。
8、各项准备工作就绪后,制定各道工序岗位职责，明确任务、约定信号并保持通畅。
（3）围堰检查
1、为确保围堰顺利、安全下水，围堰下水前应安排专人做详细的围堰检查，围堰检查主要包括以下几项内容：
1）围堰及其附属结构的各部位构件用料、数量、尺寸是否与设计图纸相符。
2）围堰及其附属结构的各部位施工焊缝质量尤其是焊缝高度是否满足设计要求，焊缝焊渣是否及时清除。
3）拼接缝对接处焊缝是否存在错台现象，部分拼接缝缝隙如果较大需增加板条处理。
4）做好围堰水密试验（煤油渗透试验），确保围堰下水安全。
2、在单个U型中部安装一组临时内支撑。
3、起吊前拆除一切施工荷载及围堰拼装支架的联结。
4、对起吊设备进行全面检查，对起重卷扬机进行检修，刹车要灵活，固定方式稳妥，牢固。
对滑车组的各轴及吊梁各梢等应进行探伤检查，以防发生事故。
5、对吊梁及栓板、吊耳应比照设计图纸进行钢结构断面尺寸，焊缝质量，螺栓规格，孔位等对照检查。
起吊钢丝绳绳卡规格、数量进行检查、记录每台卷扬机（起吊围堰所用）备用一根打梢千斤绳，以备围堰起吊以后因停留较长时间时打梢固定用，保证安全。
4.5.2起重机械选择
鉴于围堰拼装码头场地较小，码头挡墙为浆砌片石结构，使用汽车吊机作业可能存在困难，拟采用水上吊机作为围堰下水起重设备。
己知单个U形底节双壁钢围堰自重101.0t，起吊时考虑1.2倍动力系数，即起吊重量为1.2×101=121.3t。
考虑采用一台大型浮吊进行吊装作业。
经市场调查，拟采用1台400t浮吊，其参数为：
根据浮吊参数表，当起吊角度为45°时，吊幅为22.9m时，双钩起重量为220t，可满足本项目围堰起吊下水要求。
4.5.3围堰起吊下水
围堰起吊入水主要按以下三个步骤进行操作：
第一步：
浮吊就位。
浮吊停靠在码头水域，确保围堰在大钩吊距范围之内，并抛锚定位。
第二步：
提吊入水。
吊机进行摆臂，将围堰提升至离地面约3-5cm后，观察浮吊状态，并检查钢丝绳、吊耳等结构是否牢靠。
检查无异常后正式提升围堰，由码头起吊至江面，落大钩同时将围堰下放。
将围堰慢慢下落至稳定深度时，并全面检查围堰是否漏水，有无其它异常情况。
双壁钢围堰重量沿周方向线荷载大体相同，但由于单个U型围堰为不规则体，其浮心与重心不重合，自浮状态下将向后（围堰闭口方向）倾斜，下水后需在围堰隔舱内加水调节，使其自浮垂直状态。
第三步：
围堰于水中稳定后，利用400t铁驳绑靠就位，安装围堰侧兜缆，将围堰同铁驳进行连接固定。
图4.5.3-1底节双壁钢围堰下水吊装示意图
4.5.4围堰临时停靠
（1）围堰下河后采用拖轮将围堰拖运至定位船处进行临时停靠。
拖运时江上航运进行一定的管制，邀请航道及海事部门协助完成整个停靠过程的航道安全控制。
（2）临时定位船设置
临时定位船采用400t平板驳抛锚定位，锚碇为霍尔锚，共设置6个：
4个1t边锚、2个5t的主锚。
工艺流程：
定位船进位→临时锚定→抛边锚→拖锚→挂锚绳→预绞→抛主锚→拖锚→挂锚绳→预绞→起临时锚→溜定位船至预定位置。
定位船进位及临时锚定：
a.拖轮把定位船由下游拖曳至其设计位置偏上游100m左右，抛一个领水锚；
b.然后，到定位船设计位置偏下游100米抛一个尾锚将定位船临时锚定。
c.将前定位船的边锚与锚绳连接好，在码头吊机的配合下将主锚挂在抛锚船边缘，锚绳盘好存放在抛锚船上，用拖轮把抛锚船由下游依次拖曳至各边锚的设计位置偏上游5m左右，利用抛锚船上的卷扬机依次抛下各边锚。
图4.5.4-2临时定位船锚碇布置图
d.收紧锚绳，对称预绞边锚，并将前定位船临时锚定。
e.用拖轮把抛锚船拖曳至1#主锚位置，用卷扬机抛卷扬机将锚链、锚绳向下游慢慢溜放；当锚绳放下250m时，把锚绳打死，拖轮开足马力向下游倒行拖锚，拖距5～10m，使锚链平躺于河床，铁锚抓入泥中，停止拖锚，继续溜放锚绳，把锚绳过到定位船上，预收主锚绳。
f.用拖轮把抛锚船运到2#主锚位置，按1#主锚的抛设方法抛设2#主锚，预收主锚绳后，起出前定位船临时领水锚。
g.其余主锚抛锚、拖锚、过锚均同1#主锚。
h.调整主锚绳，起出前定位船临时尾锚，将前定位船绞到设计位置，再调整边锚、主锚，并将前定位船暂时定位于此。
4.5.5围堰自浮计算
根据计算，单个U形围堰壁仓底面积为35.2m2，围堰自重150t，围堰刃脚高度1.2m，则围堰下河后自浮深度为150/35.2+1.2/2=4.86m。
为保证围堰浮运过程中的稳定性，围堰吃水深度需大于1/2围堰总高，即10.5/2=5.25m，故吃水深度以达到5.5m-6.0m为宜。
4.6围堰浮运
4.6.1浮运路线概况
4.6.2水位及流速分析
4.6.3浮运前准备工作
（1）机具准备
（2）拉缆接头制作准备
在围堰下水前，将围堰的拉揽两端制作成八卦头，一端与围堰的锚固装置连接好，其余部分都盘码在围堰顶面放好，待围堰下水后系在前拖轮尾部。
（3）围堰顶布置准备
围堰下水前需布置好的设施如下：
1、沿围堰长度方向在围堰两边需铺设平台，以便布置拉缆及人员进行施工操作，平台的两侧边应设置栏杆；
2、围堰上应增加4个“将军柱”，以便临时打梢用；
3、围堰上准备6台抽水泵，每两个隔舱一台，以备应急所用；
4、围堰的两侧应挂好扶梯，以便工作人员上下。
4.6.4浮运前检查
（1）按照围堰浮运系统设计图，对所有浮运设备进行全面检查调整，所有拉缆均应整理好盘放在规定的位置。
（2）铁驳上应备足救生衣、救生圈等安全设备，置于显眼位置，围堰顶面清理干净。
（3）掌握浮运当天及以后二天气象资料，要求浮运当天江面能见度好，无三级以上大风，无中雨，主河道水流流速小于0.8m/s。
（4）浮
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