浅谈双壁钢围堰拼装与下沉精度控制技术

浅谈双壁钢围堰拼装与下沉精度控制技术
摘要：通过围堰焊接质量控制和测量定位确保围堰拼装精度，围堰下沉过程中通过同步控制，确保围堰起吊和下沉过程中均匀受力，精确落入河床。

关键词：围堰拼装下沉控制
工程概况
本桥主跨（72+2×128+72）m连续梁20～22#桥墩基础位于邕江水中，21#墩采用双壁钢围堰进行施工，由于覆盖层厚，围堰须下沉至河床面以下 4.8m。

围堰尺寸大，定位精度要求高，施工风险大，制作及下沉施工困难，为本桥的控制性工程。

1.围堰结构形式比选
1.1平面形状的经济、技术比较
围堰平面形状的一般根据承台形状而定，常见的有圆形、矩形，也有哑铃型和异型钢围堰。

该墩承台为圆端形承台，由于21#墩位于航道中央，如采用圆形钢围堰影响通航安全，因此不考虑采用圆形钢围堰，可采用矩形双壁钢围堰或圆端形双壁钢围堰，此两种围堰形式，其用钢量相差不大，其共同点为：受力条件较复杂，结构复杂，由于设置内支撑，对承台施工有一定的干扰，占用河道面积小，还各存在优缺点：
(1)矩形双壁钢围堰
优点：围堰节块均为直块，加工较方便。

缺点：封底、吸泥及水下河床清除相应工作量稍大，对水流流态影响较大。

(2)圆端形双壁钢围堰
优点：封底、吸泥、水下河床清除相应工作量较小，水流流态影响小。

缺点：围堰加工时有部分为曲线节块，加工相对复杂。

1.2平面形状的确定
经论证和比较，采用圆端形双壁钢围堰较为理想，同时也是满足通航安全论证评估会及航道、海事等部门的要求，水流流态影响较小，降低水流对既有桥墩的安全隐患。

围堰内设置斜支撑，支撑避开承台、墩身的施工位置，克服了内支
撑对承台、墩身的施工影响，且优化设计后的圆端形双壁钢围堰的经济效益明显。

1.3围堰设计
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。

围堰内部尺寸比承台尺寸放大20cm，即围堰内部平面尺寸为33.65m×19.15m。

外轮廓尺寸为36.65×22.15m，壁厚1.5m。

围堰底标高为+46.0m，顶标高为+65.0m，比设计施工水位高出1.15m，总高度为19m。

围堰共分三节，每节分为16块，块与块间设置隔仓板，以便围堰下沉过程中可适应河床的高差及调整围堰的倾斜度。

为减小钢围堰的尺寸，减少用钢量，同时考虑到承台和墩身的施工留有足够的操作空间，围堰内设置三层斜支撑。

围堰具体布置详见图2-1和图2-1。

图2-1围堰平面布置图
图2-2围堰立面布置图
钢围堰分节高度及重量见表2-1。

表2-1钢围堰分节高度及重量表
2.围堰拼装及下沉精度要求
围堰施工期间必须满足密水性要求，确保围堰不渗不漏，而围堰拼装及下沉精度直接决定了密水施工的成败。

围堰拼装及下沉精度应满足《客货共线铁路桥涵工程施工技术指南》(TZ203-2008)得要求。

2.1围堰拼装精度要求
双壁钢围堰拼装质量应符合下列规定：
(1)总体尺寸
平面直径：±D/800(D为直径)；
顶平面相对高差：井箱相邻点高差为10mm，全围堰顶面最大高差为20mm；
钢壳井箱厚度：±1.5mm。

(2)拼焊工作
上下隔仓板应对齐，各相邻水平环形板对齐；上下竖向肋角必须和水平环形板焊牢；相邻块件、外壁板对接应准确，相互错开允许偏差为1mm，接缝缝隙0～2mm；当拼缝不能对接焊时，可采用搭接焊或贴板焊接，但必须满焊和保证水密；所有壁板和隔仓板的工地焊缝应做煤油渗透试验，不合格者应凿出重焊。

2.2围堰下沉精度要求
双壁钢围堰下沉允许偏差应符合下列规定：
围堰底面平均高程应符合设计要求；
围堰最大倾斜度不得大于围堰高度的1/50；
围堰顶、底面中心与设计中心在平面纵横向的位移均不得大于围堰高度的1/50；
围堰平面扭转角允许偏差2°。

3.围堰拼装及下沉精度控制
3.3围堰加工精度控制
3.3.1下料精度
下料所划的切割线必须准确清晰，下料允许偏差±1mm、对角线偏差±2mm。

下料应根据钢板厚度预留切割量。

单元件宽度、高度下料时要考虑焊接收缩量，一般控制在L/1000mm。

下料宽度允许偏差±1mm。

切割后的熔渣予以清除，焰切起始侧(切割面上缘)用砂轮倒棱，倒棱宽度0.5～2mm，对深度不大于2mm的崩坑和缺口用砂轮沿纵向修磨匀顺。

对深度大于2mm的崩坑、缺口等缺陷应用砂轮将缺陷处修磨成宽深比大于4的圆弧形坡口补焊，补焊后用砂轮沿纵向修磨匀顺。

3.3.2焊接控制
围堰制造严格按照《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205-2001)的有关规定执行。

(1)焊接工艺方法
熔透对接焊逢采用手工焊。

节段对接时,采用双面手工电弧焊工艺，骨肋采用双坡口手工焊对接。

①焊接
施焊采用的焊接材料为手工电弧焊E422焊条。

②焊接质量保证措施
组装前应彻底清除待焊区域30～40mm宽的铁锈、氧化皮、油污、水分，露出金属光泽。

组装定位焊缝距离端部30mm以上，长度为30～50mm，焊脚尺寸不得大于设计焊脚尺寸的1/2。

不得在焊缝之外的母材上打火引弧。

定位焊缝不得有裂纹、夹渣、焊瘤等缺陷，对于开裂的定位焊缝查明原因后清除开裂的焊缝，并在保证杆件尺寸正确的条件下补充定位焊，焊缝起弧方向从同一端面开始。

在焊缝两端部设置与杆件板厚相同的T型引弧、熄弧板，其长度不小于100mm，引弧、熄弧长度不小于50mm，焊接完毕后用气割切掉，并磨平切口，不得损伤构件。

焊缝返修及修磨：
a、焊接缺陷采用手砂轮磨出返修焊坡口，返修坡口应露出金属光泽。

b、焊接裂纹的清除长度应由裂纹两端各外延50mm。

c、返修焊缝按原焊缝质量要求检验，同一部位的返修焊不得超过两次。

焊缝外观检验：在全长范围内不得有裂纹、夹渣、未填满弧坑和焊瘤等缺陷，并不得有超过如下规定的缺陷：
a、气孔
角焊缝外观检验：直径小于1mm每米不得多于5个，间距不小于20mm；
b、咬边：
角焊缝外观检验：深度不超过0.5mm，累计总长度不超过焊缝长度的20％。

(2)焊接质量要求及规范
在钢围堰的制作过程中应严格控制其每个构件的制造精度，确保每个连接面结构的准确性以及拼装后整体几何形状的准确性，以保证在现场安装能顺利进行。

焊缝要求质量良好，密封不漏水，焊缝要求做煤油渗透试验。

焊缝：所有对接焊缝均为三级熔透焊缝，节间角焊缝为双面连续填角焊，焊脚高度K=6mm；横向竖向骨肋为交错间隔焊：焊200mm空100mm。

钢围堰制作完成后应及时进行预拼，以尽早检查发现制作过程中出现的偏差并修改，确保结构的完好。

4.围堰拼装精度控制
将钻孔平台围堰下沉范围内的钢管桩及剪刀撑拆除。

中间的部分工字钢梁吊起架在平台四周钢管桩上，四周用电焊将相邻工字钢梁联系加固，使转换后的平台保持自身稳定。

利用工字钢梁与钢护筒作为支点，顶面放置型钢牛腿，形成临时拼装平台。

首片钢围堰由汽车吊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［22槽钢将围堰内侧与护筒和牛腿之间焊接，使其临时固定及限位，汽吊松钩，这样第一片围堰作为定位基准块，吊车依次吊装其余围堰，依次就位完毕，经测量校核其平面位置及垂直度均合乎要求后，利用8m长挂梯依次满焊16条大合龙竖向缝。

5.围堰下沉精度控制
5.1首节围堰下沉
选择邕江枯水期且水流较平稳期间，利用护筒设置围堰下沉导向装置，导向装置采用型钢焊接成三角牛腿，并在牛腿前端焊接20×30cm的弧形钢板，厚度1.2cm，钢板采用砂轮机打磨，表面无焊渣及其余突刺物等，牛腿加钢板的长度比护筒至围堰设计位置距离小5cm，确保围堰在受水流冲击力的作用下平稳下沉。

采用群顶门架法下沉底节围堰，即利用钢管桩及双拼I4Oa工字钢制作10个围堰起吊下沉门架，每个门架顶放置一个100t同步千斤顶，千斤顶与围堰间利用扁担梁和精轧螺纹钢连接。

将千斤顶与同步器连接后，由同步器同时向10个千斤顶内供油，待首节围堰被缓慢顶起后迅速拧紧精轧螺纹钢下螺帽，确保千斤顶回油后10个门架能够同时均匀受力，千斤顶回油后下落扁担梁，并拧紧精轧螺纹钢上螺帽，再次向千斤顶供油，重复上述动作，直到围堰被顶起约50cm
并确定群顶门架系统无异常后割除钢护筒上的牛腿。

割除牛腿时应快速及时，并将切割后的牛腿及时吊装至平台顶面。

牛腿全部切割完毕，再次检查群顶门架系统无异常后由同步器同时向千斤顶内供油，将扁担梁和上螺帽顶升13cm后将上螺帽拧紧，继续缓慢供油顶升扁担梁，待扁担梁和精轧螺纹钢受力且下螺帽与门架间有空隙后，松下螺帽并向上拧10cm，随后千斤顶回油，围堰缓慢下落，直至下螺帽与门架密贴并受力，此循环下放围堰10cm。

重复上述动作，直至围堰入水并自浮后拆除群顶门架系统，并向围堰隔仓内注水下沉，调节围堰垂直度和顶面标高，待围堰下沉至设计标高后对称拼装第二节围堰。

5.2后续围堰拼装下沉
上述工作完毕后，使用汽吊配合，吊装钢围堰块件至底节钢围堰上安装，钢围堰块件在吊装过程中，作业人员随时观察围堰外侧油漆对接标记是否对拢，若发现不对拢，须重新吊起调整。

钢围堰对接合拢后，检查上下两节围堰的接缝是否密贴，各隔仓分隔线是否对齐，岸上的观测人员通过仪器检测上下两节是否在同一条直线上，检查无误后，电焊工开始焊接。

对钢围堰位置进行定位测量和全面检查，检查合格后，解除与钢护筒的连接，使钢围堰缓慢下沉，每下沉一定深度，要全面检查是否漏水。

处于悬浮状态的钢围堰，采取分舱对称加水的方法，让钢围堰下沉。

5.3围堰落河床
当钢围堰接触河床时，应停止下沉，对钢围堰的位置进行测量。

钢围堰下沉后的下一步工作就是正式定位，正式定位测量采用前后交会定点和全站仪坐标定点控制围堰的位置，钢围堰的垂直状态测量，则是用水平仪测量钢围堰水平高差，推算围堰中心与墩位中心偏差不超过围堰高度的1/50。

根据测量结果，调整手拉葫芦，使钢围堰处于设计位置，调整围堰上下的缆绳，使钢围堰置于垂直位置，且围堰中心与墩中心基本重合。

围堰精确定位后，解除围堰钢管桩的连接，采取吸泥和隔仓内注水的方式下沉。

下沉过程中，遇河床阻力太大时，可以在离围堰壁一定距离处对称吸泥，使围堰下沉到接近河床面。

围堰进入河床一定深度后进一步调整围堰平面位置并灌注围堰隔仓混凝土。

结论：通过精确围堰拼装精度，同步下沉技术，可以加强围堰施工质量。