鹏禾 双壁钢接混凝土围堰设计与施工 赵克东 （中铁十四局集团有限公司，山东济南２５００１４） 摘要：结合某沿海地区市政工程大桥实际，为了方便潮汐深水条件下的桩基承台施工，将双壁钢围堰与沉井 技术有机结合，形成双壁钢接混凝土围堰。详细介绍了双壁钢接混凝土围堰的设计、制作和施工工艺，以供设 计与施工参考。实践证明，双壁钢接混凝土围堰技术减少了钢材用量和降低了围堰加工难度，能够缩短工期、 确保施工安全，具有较高的推广价值。 关键词：潮汐深水；双壁钢接混凝土围堰；承台施工 中图分类号：Ｕ４４３．１６２ 文献标识码：Ｂ文章编号：１６７２—３９５３（２０１０）０３—００６８—０３ １ 工程概况 考虑到各墩承台的尺寸及位于深水的实际，主 墩５７＃～５９＃承台拟采用钢板桩围堰进行低桩承 厦门集美大桥全长８．４３８ ｋｍ，主线为双向八车 台施工；过渡墩５６＃、６０＃和北引桥６１＃～６４＃墩 道。该大桥北主桥主墩５７＃、５８＃、５９＃承台均为 承台长边和短边基本相当，承台间距较大，拟采用双 ３ ６２２．４ ｃｍ×１ １００ ｃｍｘ４００ ｃｍ，每个承台下设１２ 壁钢围堰。 根 ２．５ ｍ桩基，承台顶标高＋０．５ ｍ、底标高一３．５ 双壁钢围堰是现代桥梁深水基础施工中常采用 ｍ，海床标高分别为一１．１４ ｍ、一０．６７８ ｍ、一０．５６５ 的一种挡水结构，结合该大桥工程特点和现场施工条 ｍ。北主桥过渡墩５６＃、６０＃和北引桥６１＃～６４＃ 件，力求经济合理，在比较成熟的双壁钢围堰的基础 墩位于深水中，承台分别为８７０ ｃｍ×８２０ ｃｍ×２８０ 上加以改进，根据围堰结构的受力特点，采用双壁钢 ｃｍ、８１０ ｃｍ×８１０ ｃｍ×２８０ ｃｍ和９１０ ｃｍ×８１０ ｃｍ 接混凝土围堰方案口 ］。即底部和刃脚采用双壁钢围 ×２８０ ｃｍ，每个承台下设４根 １．８ ｍ桩基，承台顶 堰的技术，顶部采用混凝土沉井工艺，不仅能够方便 标高＋０．５ ｍ、底标高一２．３ ｍ，海床面标高分别为 施工，缩短工期，而且也能够降低施工成本。本文主 一０．３～一１．１ ｍ。该处主要是淤泥层和砂混淤泥 要介绍双壁钢接混凝土围堰的设计、制作和施工工 层地质。 艺。 工程所处位置受潮汐的影响，海域为正规半日 潮，历年来最高潮位＋４．５２ ｍ，一般高潮位＋３．５ ３ 双壁钢接混凝土围堰设计 ｍ，最低潮位一３．３０ ｍ，平均高潮位＋２．４７ Ｉｎ，平均 双壁钢接混凝土围堰总体设计高度为８．５ ｍ， 低潮位一１．４１ ｍ，平均潮差３．９８ ｍ，最大潮差６．９２ 围堰顶标高４．７ ｍ，底标高一３．８ ｍ。根据施工实际 ｍ，平均海平面０．３５ ｍ（黄海高程）。 情况和围堰场地潮汐水位高度，确定底部双壁钢围 ２ 潮汐深水条件下承台施工方案选择 堰部分高度为４．５ ｍ，顶部混凝土围堰部分高度为４ ｍ（图１）。 钻孔灌注群桩基础施工大多数采用先施工围堰 混凝土围堰 后成桩或先成桩后下围堰两种施工方式，业主前期 提供了施工栈桥及施工平台，因此采用先成桩后下 围堰的施工方法。由于围堰施工是在水中进行，受 水位和潮汐的影响较大，围堰本身施工进度制约着低 桩承台的施工，因此选择合适的围堰型式非常重要。 图１双壁钢接混凝土围堰示意图（单位：ｍｍ） ３．１ 双壁钢围堰的设计 收稿日期：２０１０—０４—１６ ３．１．１ 双壁钢围堰结构设计 作者简介：赵克东（１９６９一），男，高级工程师 双壁钢围堰外径１２．４ ＩＴＩ，内径１１．６ ｍ，壁厚０．４ 国防如工程与技术圈２０１０第３期 ・成果与应用・ 双壁钢接混凝土围堰设计与施工 赵克东 堰环向分为８块，两端头设置隔仓板，在平面上分成 ｍ，高４．５ ｍ，与承台混凝土轮廓有最小０．５ ｍ净 距。为使围堰下沉顺利，在围堰底部设置刃脚，刃脚 高度为０．５ １ＴＩ。在双壁钢围堰夹壁内采用２．５ １２＂１ Ｃ１０灌混凝土和灌砂２ ｍ配重下沉。双壁钢围堰平 ８个互不相通的仓。隔仓板壁厚５ ｍｍ，并用水平角 钢进行加劲。 吊点配置：在每块围堰上部设置加强吊点，用它 整体起吊入水，或围堰进人海床时进行扶持及调整。 兜缆锚耳：在围堰底部距离刃脚２５０ ｃｍ处在外 壁上焊接锚耳，用它拢住前后兜缆，保证海浪冲击时 面结构图见图２。 双壁钢围堰由环向桁架、竖向桁架、井壁（内外 蒙皮）、隔舱板、刃脚和夹壁顶板等构件组成，钢号均 为Ｑ２３５Ｂ，采用Ｅ４３型焊条。所有角焊缝均要满足 围堰不偏位，注意防止兜缆松弛时被刃脚压住或互 三级检验质量标准，所有对接焊缝均要满足二级检 相缠绕。 ’验质量标准。 内外连通管：为保持围堰在下沉时内外水位的 环向桁架：竖向１道／ｍ，每个围堰共１０道，主 平衡，在最低水位附近和承台顶面以上的围堰侧面 材采用Ｌ１２５×１２，缀材采用Ｌ５０Ｘ ５。 穿透内外井壁设置两个＠２５０ ｍｍ的钢管，钢管与井 竖向桁架：环向１道／ｍ，每个围堰共３６道，主 壁间密焊。钢管伸入围堰端设有法兰并配有钢板堵 材采用Ｌ７５×８，缀材采用Ｌ５０×５。 头。根据实际情况，高潮位时开启钢板堵头，保持内 井壁：围堰周围由内外两层钢板组成，钢板厚度 外水压平衡，围堰全部到位以后，在低潮位时封闭钢 ４ ｍｍ，沿周布置竖向角钢，同一平面上内外竖向角钢 板堵头，快速抽水进行干法封底混凝土施工。 之间用角钢形成水平环向桁架，使内外壁形成整体。 ３．１．３ 双壁钢围堰验算 刃脚：围堰底部５０ ｃｍ设置加强刃脚，确保围堰 （１）结构应力验算：利用ＳＡＰ２０００建立模型，根 下沉顺利，刃脚板厚５ ｍｍ，具体结构见图３。夹壁 据双壁钢围堰处于最不利受力条件下分别对钢结构 顶板厚５ ｍｍ。 ‘ 环向应力和夹壁混凝土环向应力进行计算分析，计 ３．１．２ 双壁钢围堰其它构造布置 算模型如图４、图５所示。计算结果表明，钢结构环 隔仓：为保证围堰在水中悬浮阶段于井壁内灌 向应力比（钢结构应力与容许应力比值）最大值为 水下沉时的稳定，以及沉落至海床时能分仓灌水，以 ０．８５５ ２，夹壁混凝土环向应力比最大值为０．２４，两 适应海床面的高差和调整围堰的倾斜度，在单个围 项指标均满足要求。 ／ 一寸—ｒ—ｔ— ～＝ｊＨ—ｒ ＝ｔ之： 一…卜斗斗一Ｈ—ｔ 牟＿＿ｌＬ 一－ｌＩ＿ＬＬ ｛ｆｉ｝｛ ｉ ｆ ｉ牟 ； ｝—０ ＬＬＬ ＋一…Ｌ一 一 ｝一 —一＿卜 一 一 Ｉ』Ｌ 图２双壁钢围堰平面结构图 图３双壁钢围堰刃脚设置图（单位ｍｎ１） 图４钢结构环向应力计算模型 ３．２ 混凝土围堰设计 钢围堰上部接混凝土围堰，其外径为１２．３９２ ｍ，内径１１．６０８ ｍ，厚度为０．３９２ ｍ，素混凝土结构， 混凝土标号为Ｃ２Ｏ，混凝土围堰伸人双壁钢围堰内 腔５０ ｃｍ，以保证上下围堰的连接。 图５夹壁混凝土环向应力计算模型 ４ 双壁钢接混凝土围堰施工技术 （２）刃脚强度检算：刃脚结构按悬臂０．５ ｍ工 字钢计算，土反力以１００ ｋＰａ计，弯曲应力为４．５ ４．１ Ｔ艺流程 双壁钢接混凝土围堰施工工艺流程为：围堰加 ＭＰａ，剪应力为ｌｌ ＭＰａ，满足要求。 国防交通工程与技术囵２０１ｏ第３期 ・成果与应用・ 双壁钢接混凝土围堰设计与施工 赵克东 工一围堰运输、组拼一整体吊装就位 围堰壁内灌 以及围堰下段的前、后兜缆对围堰位置进行调整，使 砼和砂一抓土下沉ｓ混凝土围堰接高、下沉一围堰 围堰精确定位和刃脚底ＩＺｌ准确对中，落底稳固后兜 清底一围堰内抽水一浇筑封底砼（干封）一干法施工 缆抽出、回收。 承台墩身一围堰拆除。 围堰定位、落底的最后允许误差为：①倾斜度不 ４．２ 主要施工方法 得大于围堰高度的１／５０；②中心位移不得大于高度 （１）双壁钢围堰分块运输：加工好的大块双壁钢 的１／ｓｏ＋２５ ｃｍ；③平面扭角不得大于２。。 围堰采用平板车托运至施工墩位钢平台上，运输过 （６）围堰清基：根据现场实际情况，采用抓斗清 程中防止撞击变形。 理围堰基底到设计标高，在低潮位时进行排水，然后 （２）拼装双壁钢围堰：在钢平台上先用吊车拼装 对围堰刃脚处进行清理、封堵和底部整平，以保证封 钢围堰，检验合格后采用现有２台５０ ｔ履带吊吊运 底质量。 就位。拼装前对钢围堰块件进行验收，按照设计图 （７）封底：封底混凝土厚度１５０ ａｍ，为保证封底 纸要求对结构焊缝进行检查，内、外壁板对焊接缝通 混凝土质量，采用干封施工，要求混凝土供应连续不 过煤油渗透试验，否则渗漏处必须补焊。施焊成型并 问断进行并且在尽可能短的时间内完成。 经逐层检查焊接质量并做水密性试验后方可下水。 （８）待封底混凝土强度达１００ 设计强度后，组 （３）双壁钢围堰（高度４．５ ｍ）就位：围堰在墩位 织施工承台和墩身。 处内侧设置定位支撑，以确保围堰下沉时能够准确 （９）承台和墩身施工完成以后，切割封底混凝土 达到设计位置。 面以上钢围堰。 （４）钢围堰夹壁内灌砼和砂：钢围堰就位后，精 确定位的同时进行调平，双壁钢围堰夹壁内填充混 ５ 结束语 凝土，填充高度为２．５ ｍ，然后围堰壁内灌砂，灌至 经过实践证明，双壁钢接混凝土围堰技术不仅 钢围堰顶以下０．５ ｍ处，同时用抓斗抓土使其下沉 减少了钢材用量和减小了围堰加工难度，有效地降 至围堰顶距离水面０．５ ｍ处。 低了施工成本，而且能够缩短工期和确保施工安全， ’（５）混凝土围堰接高、下沉：双壁钢围堰顶部接 经济效益和社会效益显著，具有较高的推广价值。 混凝土围堰，在双壁钢围堰顶部立筑模板（组合钢模 参考文献 板或竹胶板、内外设置０１２ ｍｍ对拉杆和木支撑）， Ｅ１］徐峰．双层薄壁钢筋混凝土围堰在深水基础施工中的 每次立筑混凝土高度为１．３～１．５ ｍ，浇注完成以 应用ｆｉＪ］．铁道建筑技术，１９９５（２）：１—６ 后，待混凝土强度达到设计强度的８０ 进行下沉， ［２］纪尊众．泰和赣江桥深水基础施工使用的双壁钢围堰 然后再浇注再下沉，共分三次浇注下沉到设计标高。 ＦＪ］．铁道建筑技术，１９９５（３）；１２—１４ 当围堰分段接高、下沉和落底过程中使用缆绳、拉缆 Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｄｏｕｂｌｅ－ｗａｌｌｅｄ Ｓｔｅｅｌ－ｃｏｎｃｒｅｔｅ－ｊｏｉｎｅｄ ｏＣｆｆｅ￣ａｍ Ｚｈａｏ Ｋｅｄｏｎｇ （１４ｔｈ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．Ｌｔｄ．ｏｆ ｔｈｅ Ｒａｉｌｗａｙ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，Ｊｉｎａｎ ２５００１４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｌａｒｇｅ ｂｒｉｄｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｕｎｉｃｉｐａｌ ｐｒｏｊｅｃｔｓ ｉｎ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｃｏａｓｔａｌ ｄｉｓｔｒｉｃｔ ａｓ ａ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｏ ｆａｃｉｌｉｔａｔｅ ｔｈｅ ｃｏｎ— ｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｅｐｗａｔｅｒ ｐｉｌｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｏｆ ｔｈｅ ｔｉｄｅ，ｔｈｅ ｄｏｕｂｌｅ－ｗａｌｌｅｄ ｓｔｅｅｌ ｃｏｆｆｅｒｄａｍ ｗａｓ ａｄｏｐｔｅｄ ｉｎ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｎｋｉｎｇ ｗｅｌｌ，ｉｎ ｗｈｉｃｈ ｃａｓｅ ａ ｄｏｕｂｌｅ－ｗａｌｌｅｄ ｓｔｅｅｌ—ｃｏｎｃｒｅｔｅ－ｊｏｉｎｅｄ ｃｏｌ— ｆｅｒｄａｍ ｗａｓ ｔｈｕｓ ｃｒｅａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ，ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｉｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｏｕｂｌｅ－ｗａｌｌｅｄ ｓｔｅｅｌ－ｃｏｎｃｒｅｔｅ－ｊｏｉｎｅｄ ｃｏｆ— ｆｅｒｄａｍ ａｒｅ ｄｅｔａｉｌｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ，ｗｈｉｃｈ ｍａｙ ｓｅｒｖｅ ａｓ ａ ｕｓｅｆｕｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｗｏｒｋ．Ｐｒａｃｔｉｃｅ ｐｒｏｖｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｈｅ ｄｏｕｂｌｅ－ｗａｌｌｅｄ ｓｔｅｅｌ－ｃｏｎｃｒｅｔｅ－ｊｏｉｎｅｄ ｃｏｆｆｅｒｄａｍ ｈｅｌｐｓ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｕｓｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙ ｉｎ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｆｆｅｒｄａｍ，ｔｈｕｓ ｓｈｏｒｔｅｎｉｎｇ ｔｈｅ ｄｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｎｓｕｒｉｎｇ ｓａｆｅｔｙ ｉｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｉｔ ｉｓ ｏｆ ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ— ｌｙ ｈｉｇｈ ｖａｌｕｅ ｉｎ ｐｏｐｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｏｕｂｌｅ－ｗａｌｌｅｄ ｓｔｅｅｌ ｃｏｆｆｅｒｄａｍ；ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｆｆｅｒｄａｍ；ｃａｐ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 国防交通工程与技术囫２ｏｌｏ第３期
