江陰輪渡棧橋雙壁鋼圍堰施工

1、江陰輪渡棧橋雙壁鋼圍堰施工陳想清 莊國民（中鐵大橋局集團(tuán)二公司，江蘇，南京210015）摘要：介紹新長鐵路江陰輪渡棧橋基礎(chǔ)雙壁鋼圍堰施工方法，潛污泵在圍堰下沉過程中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：鋼圍堰施工Construction for Double Wall Steel Cofferdams ofJiangyin Ferry TrestleCHEN Xiang-qing , ZHUANG Guo-minAbstract: This paper introduces construction method for double wall steel cofferdams in foundations of

2、Jiangyin Ferry Trestle on Xinchang Railway Lines and the application of drainagepump in cofferdams sinking.Key words: steel cofferdams; construction1 工程概況江陰輪渡棧橋是新長鐵路三大重點(diǎn)工程之一，全長321.66m，由 2x32m+5x48m及一孔12m跳板梁組成，共有1#墩8#臺8個墩臺，其中1#墩為 對稱的兩側(cè)墩，基礎(chǔ)均為W 550預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，承臺埋置深度2.7m8.1m。1.1水文、地質(zhì)條件輪渡棧橋位于長江南岸江陰一側(cè)，受潮汐影響，

3、晝夜?jié)q落潮兩次，最大潮 差2.7m，設(shè)計流速1.26m/s，最高潮位H1%=5.23m，最低潮位-1.15m。河床地勢較平坦，從8#橋臺至江中心1#墩河床平均標(biāo)高依次為+1.0-3.7m。 土質(zhì)結(jié)構(gòu)依次為淤泥質(zhì)砂粘土，青灰色，下層為砂粘土。1.2各墩、臺雙壁鋼圍堰的結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)水文、地質(zhì)及各墩承臺的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，1#墩至8#臺的承臺施工均采用雙 壁鋼圍堰施工方案。圍堰結(jié)構(gòu)及工程量見表1陳想清（1963-），男，工程師，1989年畢業(yè)于長沙鐵道學(xué)院橋梁工程專業(yè)。莊國民高級工程師，表1圍堰結(jié)構(gòu)及工程量墩臺號外徑外(m)壁厚(m)高(m)鋼結(jié)構(gòu)(KN)入河床深(m)吸挖泥(m3)1#16.60.8191

4、600X29.92400X22#17.80.56119105.512003#17.80.56119105.211404#17.80.56119105.512005#17.80.56119105.311606#13.120.5612.58006.56807#13.120.5612.58005.15208#13.120.568.56004.7530E9040112302 雙壁鋼圍堰施工根據(jù)施工場地的特點(diǎn)，輪渡棧橋雙壁鋼圍堰的施工工序如下：分片制造 -底節(jié)拼裝一圍堰定位一浮運(yùn)、吊裝一雙壁內(nèi)注水、圍堰著床一圍堰接高下沉 -水下封底一壓重排水。2.1分片制造圍堰制造是在岸上鋼結(jié)構(gòu)車間完成的。根據(jù)圍堰的受

5、力特點(diǎn)及其加工、運(yùn)輸、拼裝的方便，圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計時，沿 高度分為底節(jié)、中節(jié)(雙壁)、頂節(jié)(單壁)，高度3.56m不等，每節(jié)沿圓周將 其分為八等分，分片制造，逐節(jié)完成。車間制造的工序?yàn)椋禾ツ３尚鸵幌铝弦讳佂獗阝k一內(nèi)桁架拼裝一刃腳拼裝 一內(nèi)壁鈑鋪焊。當(dāng)結(jié)構(gòu)成型后，將分片圍堰吊離胎模，操作人員在雙壁內(nèi)補(bǔ)焊， 同時用吹風(fēng)機(jī)向雙壁內(nèi)輸送空氣，確保正常施工。每片圍堰加工完畢，加焊吊 點(diǎn)，便于倒運(yùn)與拼裝。2.2 底節(jié)拼裝底節(jié)鋼圍堰的拼裝在起重碼頭的拼裝船上進(jìn)行。拼裝船由兩艘360噸鐵駁用兩組2mx2mx18m萬能桿件拼裝梁相連而成， 船面可提供24mx20m的操作面。在拼裝船上沿圍堰刃尖位置布置拼裝底座，間

6、距2m，并設(shè)有水平方向限位件。底節(jié)8片圍堰在拼裝船上拼裝成型后，經(jīng)結(jié)構(gòu)、 水密檢查合格后，即可浮運(yùn)至墩位處，整體吊裝就位。2.3圍堰定位圍堰定位通常采用導(dǎo)向船錨錠方案。根據(jù)現(xiàn)場施工條件決定，采用定位樁 施工方案，即：在墩位處插打4根01.0m定位樁，樁間距46m，入土深度約 8m；樁與樁之間用I45工型鋼及桁架相連，形成一個整體，保證定位平臺有足夠 的剛度及穩(wěn)定性；在定位樁與圍堰間布置導(dǎo)向枕木，預(yù)留間距8cm。見圖1。浮運(yùn)、吊裝底節(jié)圍堰在拼裝船上由一臺250匹馬力及一臺120匹馬力的拖輪共同牽 引。浮運(yùn)就位，浮運(yùn)至墩位附近，由一臺600KN浮吊整體吊裝就位。為保證圍 堰的穩(wěn)定性及加強(qiáng)刃尖的剛度

7、，底節(jié)圍堰吊裝就位后在刃尖內(nèi)填充一定量的素 混凝土，同時保證中節(jié)圍堰拼裝完畢后，底節(jié)圍堰能自浮1m左右，確保拼裝縫 的正常焊接。圍堰接高底節(jié)圍堰就位后自浮于水面，在此浮體上，利用水上250KN浮吊對稱逐 片拼裝中（頂）節(jié)圍堰。圍堰下沉2.6.1傳統(tǒng)的吸泥下沉施工鋼圍堰迅速、準(zhǔn)確地下沉到設(shè)計標(biāo)高是棧橋基礎(chǔ)施工的關(guān)鍵，但抓泥 或空氣吸泥機(jī)吸泥下沉在此工程中影響因素較多：其一，圍堰內(nèi)密集群樁的影響。圍堰內(nèi)群樁樁頂標(biāo)高一般進(jìn)入河床覆蓋層3m左右，樁間的最小凈距僅 1.0m。因此，常規(guī)的抓泥下沉僅適用于圍堰下沉初期3m范圍。其二，長江流域江陰段潮汐特征比較明顯，晝夜?jié)q落兩次，最大潮差達(dá)2.7m。 潮汐影

8、響直接威脅鋼圍堰施工過程中的穩(wěn)定性。其三，由抓泥下沉改用空氣吸泥機(jī)施工時，揚(yáng)程高而吸程小，吸泥效果極 差。其四，空氣吸泥機(jī)施工所需的配套機(jī)械設(shè)備龐大，用電量非常高，現(xiàn)場機(jī) 械設(shè)備配備無法滿足多個圍堰同時施工的條件，直接影響著整個工程的工期。輪渡棧橋3#墩鋼圍堰施工是全棧橋的第一個。抓泥下沉階段很順利，僅4 天時間除土近500m3。此時，圍堰內(nèi)泥面標(biāo)高接近管樁頂標(biāo)高。改用空氣吸泥 下沉后，用了 20天時間，累計除土量僅174m3，平均每晝夜僅8.7m3，嚴(yán)重影響了 工程進(jìn)度。因此，迫切需要采取其它除土方法，除去圍堰內(nèi)的土方，使鋼圍堰迅速、 準(zhǔn)確下沉至設(shè)計標(biāo)高。2.6.2潛水吸泥機(jī)下沉施工由反循環(huán)

9、式潛水鉆機(jī)的工作原理我們得到啟示，是否在鋼圍堰下沉中同樣 引用泵吸原理進(jìn)行吸泥以替代空氣吸泥機(jī)。3#墩鋼圍堰停止抓泥后的工況條件是：刃尖標(biāo)高-2.8m，圍堰內(nèi)泥面標(biāo)高 -2.3m-2.5m，圍堰內(nèi)水深5.5m，圍堰高度11.0m，土質(zhì)為砂粘土；根據(jù)這些條 件，經(jīng)比較選用100WQ100-20-18型的潛污泵，該泵揚(yáng)程20m，功率18kw，介 質(zhì)允許最大顆粒直徑大于25mm，介質(zhì)密度可達(dá)d=1.3kg/cm3，適用于該棧橋吸 泥下沉圍堰。經(jīng)現(xiàn)場使用48小時后，發(fā)現(xiàn)潛污泵的吸泥效果雖然明顯高于空氣吸泥機(jī)， 但潛污泵受自身泵吸力的影響，對原狀土的破壞力極差，特別是對砂粘土的泵 吸力效果幾乎為零。對這

10、一新問題，經(jīng)認(rèn)真分析潛污泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和泵吸原理，認(rèn)為必須增加 輔助外力，破壞原狀土層，才能順利吸出混合泥土。而空氣吸泥機(jī)在粘性土層 則是利用高壓射水對粘土層予以破壞，然后將泥、氣、水混合物用空氣吸泥機(jī) 排出。為此，現(xiàn)場制作了一套射水裝置與潛污泵配套使用，組成一套全新的吸 泥裝置一一潛水吸泥機(jī)（見圖2），相關(guān)配置見表2。表2潛水吸泥機(jī)配置設(shè)備名稱數(shù)量型號功率（KW）用途潛污泵1100WQ100-20-1818排泥砂高壓泵180D5x3030射水清水泵1QY25-17-2.22.2補(bǔ)水在使用過程中，對排泥管、射水管以及起吊裝置進(jìn)一步完善，使得現(xiàn)場操 作非常簡便。僅用了一個星期就完成了 3#墩剩余的

11、3.5m下沉量，排除土方近 800m3，使鋼圍堰安全、準(zhǔn)確地下沉到設(shè)計標(biāo)高，為后續(xù)鋼圍堰的下沉施工積累 了成功的經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)過3#墩的實(shí)踐檢驗(yàn)，并推廣至其余墩、臺，施工中共用了二套潛水吸泥 機(jī)，僅四個月，共排除土方近11000m3,按期完成了全部雙壁鋼圍堰的下沉工作。2.6.3配重混凝土的灌注在鋼圍堰下沉過程中，為增大圍堰下沉后期的沉降系數(shù)，下沉后期，在圍 堰雙壁之間澆注一定量的水下混凝土，增加鋼圍堰自重。2.7圍堰封底圍堰下沉到位后，經(jīng)位置竣工檢查、基底整平、清基、潛水檢查合格后， 即在圍堰頂布置16mx16mx2m的萬能桿件封底灌注平臺，設(shè)9根（p 250mm導(dǎo)管， 用水上混凝土工廠、350KN吊船配合灌注封底混凝土。封底混凝土厚度1#墩為 5m，其余均為2m。2.8圍堰壓重抽水圍堰封底后排水前，需對圍堰排水后的受力狀態(tài)進(jìn)行檢算。以1#墩岸側(cè)圍 堰為例，在水位+4.0m標(biāo)高時，結(jié)構(gòu)整體上浮