单壁钢围堰施工方案

单壁钢围堰施工方案1工程概况本工程为某长江干线跨江特大桥3主墩承台基础施工，3主墩位于河道深泓区，常水位高程+2.1m，设计最低施工水位-0.8m，最高施工水位+3.2m，对应水深12.3~16.5m，河床面高程-11.2~-14.5m；河床表层为5~8m厚中粗砂覆盖层，孔隙率38%，承载力特征值180kPa，下伏中风化粉砂岩，饱和单轴抗压强度32MPa，岩面高程-15.8~-16.2m。主墩承台设计尺寸为18m（顺桥向）×22m（横桥向）×5m（高度），封底混凝土设计厚度2.5m，结合本工程水文地质条件，选用圆形单壁钢围堰作为围护结构，围堰设计外径24m，内径23m，总高度18.5m，刃脚高程-16.0m，顶面高程+2.5m，高出最高施工水位0.3m，满足防洪、通航要求。2施工准备2.1技术准备（1）完成施工图纸会审，对桥址区域水文、地质、航道资料进行复核，确定施工期为枯水期，施工周期90d，避开主汛期；（2）完成测量控制网布设，复核主墩中心坐标、河床高程，平面控制精度满足±10mm要求，高程控制精度满足±5mm要求；（3）完成围堰结构受力验算，验算内容包括壁板、竖肋、水平环肋、内斜撑的强度刚度，以及围堰整体抗倾覆、抗浮稳定性，验算参数：最大水流流速2.5m/s，300年一遇洪水位+3.2m，设计风力6级，验算结果满足《公路桥涵施工技术规范》要求，验算书经监理单位审批后实施；（4）对作业人员进行分级技术交底和安全交底，全员考核合格后方可上岗，特种作业人员（起重工、潜水员、焊工）全部持证上岗。2.2材料与设备准备（1）主体结构钢材采用Q235B低碳钢，所有钢材进场提供完整质量证明文件，按规范抽检屈服强度、抗拉强度、伸长率，合格后方可使用；焊接材料选用E43型焊条，匹配Q235B钢材，焊条使用前按要求烘干，烘干温度150℃，保温时间1h，随用随取。主要构件设计参数：①围堰壁板采用δ=6mm钢板，下料宽度1500mm，匹配水平环肋间距；②竖肋采用∠100×8等边角钢，竖向间距250mm；③水平环肋采用I20a工字钢，竖向间距1500mm，在圆形围堰内侧通长布置；④内支撑采用φ273×8无缝钢管，竖向布置3道，分别位于高程-5m、0m、+2m位置，每道内支撑沿圆周均匀布置8根斜撑，中心交汇于圆心，形成整体受力体系；（2）配套材料：C25水下封底混凝土，设计强度等级25MPa，坍落度控制18~22cm，初凝时间≥8h，终凝时间≤24h；封堵用土工布袋装粘土、中粗砂，规格为φ50cm×80cm；（3）主要施工设备：50t汽车吊2台，80t浮吊1艘，40m³/h空气吸泥机2套，φ300mm浇筑导管60m，90kW振动锤1台，直流电焊机12台，专业潜水装备2套，全站仪1台，精密水准仪2台，水位流速自动观测仪1套，锚艇1艘，1000t趸船1艘，所有设备进场后调试合格，备用设备完好率达到100%。2.3场地准备（1）北岸岸滩预制分块制作场地整平压实，场地承载力检测不小于100kPa，铺设10cm厚C20混凝土垫层，搭设拼装胎架，胎架精度控制：弧面误差不大于±2mm，高程误差不大于±1mm；（2）水上作业锚泊系统提前布设，主墩上游、下游各设置2组主锚，左右侧各设置2组边锚，锚体采用10t混凝土预制锚块，锚绳采用φ32钢丝绳，破断拉力不小于500kN，锚绳预拉力控制在50kN，定位完成后锚泊系统承载力满足抗设计流速水流、抗6级风要求。3单壁钢围堰分块制作单壁钢围堰总分12块预制块，每块对应圆心角30°，弧长6.28m，高度分6节，每节高度3m，总高度18m，剩余0.5m用于调整刃脚高程，制作要求如下：3.1下料加工（1）钢板下料采用数控切割机下料，下料前对钢板进行机械矫平，平面度误差不大于2mm/m；下料尺寸允许偏差：长度、弧长偏差±1mm，对角线偏差±3mm，切口平整度偏差不大于1mm；（2）所有现场拼接边开V型坡口，坡口角度30°~35°，钝边厚度2mm，坡口表面清理干净，无氧化皮、裂纹、夹渣缺陷；（3）每块预制块加工完成后，按位置、节段进行编号标识，编号规则为“节段号-块号”，例如“1-1”代表第一节第1块，避免现场拼装错号。3.2焊接组装（1）在胎架上组拼，先铺设定位壁板，定位后焊接竖肋，再焊接水平环肋，焊接顺序采用对称退焊法，减少焊接变形；（2）所有受力对接焊缝为二级焊缝，角焊缝焊角高度不小于8mm，焊缝外观检查要求：无气孔、裂纹、夹渣、咬边，咬边深度不大于0.5mm，总长度不超过焊缝总长度的10%；（3）二级焊缝按10%比例进行超声波探伤检测，探伤合格率要求100%，不合格焊缝铲除重焊，重新检测合格后方可验收；（4）预制块变形检测：壁板平面挠度不大于2mm/m，整体翘曲偏差不大于5mm，超出偏差范围采用冷矫校正，严禁过热矫形损伤钢材力学性能。4围堰拼装浮运与定位下沉4.1第一节围堰拼装所有预制块通过平板运输车运输至趸船拼装平台，在趸船上组拼第一节围堰（高度3m），组拼时从两个对称起点同时向对侧拼接，最后合龙，拼接错边量不大于2mm，焊接完成后检查整体圆度，圆度偏差不大于20mm，安装第一道内支撑并焊接固定，检查合格后准备起吊浮运。4.2浮运与定位（1）采用锚艇拖带趸船，将第一节围堰浮运至主墩设计位置，浮运速度控制在1.5km/h以内，浮运过程安排专人观测围堰吃水、稳定性，保持围堰整体平衡；（2）就位后利用预先布设的锚绳牵引定位，逐步调整围堰位置，定位允许偏差：中心平面偏差不大于5cm，顶面倾斜度不大于1/200，符合要求后固定锚绳，松开吊具，第一节围堰依靠自重下沉着床。4.3接高与下沉（1）第一节下沉至顶面露出水面1.0~1.2m时，停止下沉，进行第二节围堰拼装接高，接高时对称吊装预制块，对称焊接，拼装偏差控制要求同第一节，每接高2节，安装一道内支撑，保证结构整体刚度；（2）下沉采用自重下沉法，当自重不足以继续下沉时，采用围堰顶部对称压重，压重选用水箱压重，荷载均匀分布，每次压重增量不超过50t，同时可配合刃脚高压冲水减摩，冲水压力控制在0.6~0.8MPa，不得大范围冲水造成刃脚外侧河床过度冲刷；（3）下沉过程监测：每下沉1m测量一次围堰中心偏位、倾斜度，初始下沉阶段每下沉0.5m测量一次，偏位超出允许值及时纠偏，纠偏方法：偏位方向一侧刃脚冲泥，降低该侧河床高程，另一侧缓慢压重，配合锚绳牵引逐步调整，禁止急拉猛顶造成结构变形；（4）终沉控制：当围堰下沉至距离设计高程0.5m时，放慢下沉速度，先将偏位调整至允许范围，再安排潜水员下水探摸河床，清理河床面孤石、杂物，整平河床，要求河床面高差不大于30cm，偏差符合要求后下沉至设计高程，终沉偏差允许值：中心平面偏差不大于10cm，顶面高程偏差±10cm，倾斜度不大于1%围堰高度，符合要求后固定围堰。4.4缝隙封堵下沉到位后，潜水员下水对围堰刃脚与岩面、河床之间的缝隙进行封堵，缝隙宽度小于5cm时，采用土工布袋装中粗砂嵌缝，缝隙宽度大于5cm时，先填充小型混凝土预制块，再用沙袋嵌缝找平，封堵完成后，沿围堰外侧抛填1m宽、1m厚的粘土袋，进一步增强止水效果，防止封底混凝土浇筑过程中漏浆。5清基与封底混凝土施工5.1吸泥清基采用空气吸泥机进行围堰内清基，从围堰中心向四周对称吸泥，吸出的泥沙通过管道排至河道指定弃土区，禁止随意排放污染水体，清基过程控制吸泥深度，不得过度冲刷刃脚外侧河床，避免围堰失稳，清基完成后，潜水员下水检查清基高程，要求清基后高程偏差控制在0~-20cm范围内，清除所有杂物、浮泥，检查合格后准备封底。5.2封底混凝土浇筑（1）采用导管法水下浇筑封底混凝土，导管布置间距3m，共布置35根φ300mm导管，导管底部距离清基后岩面20~30cm，导管采用丝扣连接，安装完成后进行水密性试验，试验压力为1.5倍最大静水压力，不渗漏为合格；（2）首批混凝土浇筑计算：围堰内径23m，清基后面积约415m²，要求首批混凝土浇筑后导管埋深不小于1.0m，计算得首批混凝土所需方量为430m³，采用2台混凝土泵车同时供料，保证首批混凝土连续浇筑到位；（3）浇筑过程控制：浇筑顺序从围堰四周向中心对称推进，控制各区域混凝土面高差不大于0.5m，导管埋深控制在2~4m范围内，严禁导管埋深小于1m造成断桩，浇筑过程连续进行，不得中断，因故中断时间不得超过混凝土初凝时间；（4）浇筑至设计高程后，控制顶面高出设计高程10~20cm，保证抽水后封底混凝土顶面高程符合设计要求，浇筑完成后，封底混凝土养护时间不少于14d，待强度达到100%设计强度后，方可进行围堰内抽水。5.3抽水与封底质量检查抽水分层进行，每次抽水深度不超过2m，逐步降低水位，抽水过程中安排专人观测围堰变形、封底混凝土渗漏情况，发现异常立即停止抽水，向围堰内回注水平衡压力后处理，抽水完成后，凿除封底混凝土表面浮浆，检查封底质量，对渗漏点进行标记分类处理：小渗漏点采用引流压浆法封堵，大渗漏点外侧补抛粘土袋，内侧补浇10~20cm厚C25混凝土封堵。6围堰结构受力验算6.1主要构件强度刚度验算（1）壁板验算：壁板为单向受弯构件，计算跨度为竖肋间距250mm，最大侧压力为16m水深产生的水压力160kPa，计算得最大弯曲应力为52MPa，小于Q235B钢材许用应力160MPa，最大挠度为0.55mm，小于允许挠度250/400=0.625mm，满足要求；（2）水平环肋验算：水平环肋为圆形压弯构件，计算得最大压应力为121MPa，小于160MPa，最大挠度为8mm，小于允许挠度30mm（环形构件允许挠度为弦长的1/1000），满足要求；（3）内斜撑验算：内斜撑最大轴力为350kN，φ273×8钢管截面积为66.6cm²，考虑稳定系数0.9，计算得最大压应力为58MPa，小于160MPa，满足要求。6.2整体稳定性验算（1）抗倾覆验算：抗倾覆力矩由围堰自重、封底混凝土自重提供，倾覆力矩由水流力、水侧压力提供，计算得抗倾覆安全系数K=2.1，大于规范要求的1.5，符合要求；（2）抗浮验算：封底混凝土抽水完成后、未施工承台时为最不利抗浮工况，计算得总浮力为6640kN，总抗浮力为25280kN，抗浮安全系数K=3.8，大于规范要求的1.2，符合要求。7质量控制要点7.1原材料质量控制：所有钢材、焊接材料、混凝土原材料进场逐一检验，不合格材料清出现场，钢材力学性能抽检频率为1次/60t，混凝土原材料每盘称量偏差控制在±2%以内；7.2制作安装精度控制：分块制作弧长偏差控制±2mm，整体拼装中心偏差≤5cm，终沉后中心偏差≤10cm，倾斜度≤1%，焊缝探伤检测合格率100%；7.3下沉过程控制：保持均匀对称下沉，严格控制偏位，纠偏缓慢调整，禁止突然加载造成结构损伤，终沉前必须进行河床探摸，保证刃脚到位；7.4封底质量控制：混凝土坍落度严格控制在18~22cm，浇筑过程连续，导管埋深严格管控，养护时间足够，强度达到100%设计强度后方可抽水。8安全控制要点8.1水上作业安全：所有作业人员必须穿合格救生衣，作业平台四周设置1.2m高防护栏杆，挂密目安全网，通航区域设置警示航标，夜间设置警示红灯，安排专人24h值班观测水位、流速、锚绳拉力，洪水期提前加固锚泊系统，发布预警后及时撤离人员；8.2起重作业安全：吊装前检查吊具索具，索具安全系数不小于6，吊装作业区域设置警戒线，禁止无关人员进入，指挥人员采用统一信号，持证指挥，起吊时构件下方禁止站人；8.3潜水作业安全：潜水员必须持有效证件上岗，作业前检查潜水设备、供气系统，水下作业时水面安排专人监护，潜水作业深度超过10m时，减压时间符合规范要求，每天潜水作业时间不超过4h，水下切割、焊接作业必须设置绝缘防护，供电系统设置专用漏电保护；8.4焊接与高空作业安全：现场用电严格执行三级配电两级保护，焊机外壳接地可靠，接高围堰作业属于高空水上作业，所有作业人员系双钩安全带，作业工具放置在工具袋内，禁止高空抛物，五级以上大风停止高空水上作业。9常见问题及处理措施9.1下沉困难：原因主要为刃脚遇到障碍物、侧壁摩擦力过大，处理措施：①潜水员下水探摸清除障碍物，孤石采用水下破碎清除；②刃脚外侧高压冲水减摩，冲水压力控制0.6~0.8MPa，避免过度冲刷；③围堰顶部对称布置水箱压重，每次压重增量不超过50t，均匀加载下沉，禁止偏载。9.2偏位超标：原因主要为河床平整度差、水流不对称冲刷，处理措施：偏位方向一侧刃脚冲泥降低该侧河床高程，另一侧缓慢压重，配合锚绳牵引逐步纠偏，每次纠偏量不超过10cm，多次调整到位，禁止一次性大角度纠偏造成围堰变形。9.3渗漏涌沙：原因主要为刃脚缝隙封堵不严、封底混凝土存在缺陷，处理措施：①渗漏量较小，采用内侧埋管引流，环氧水泥浆封堵，外侧补抛粘土袋；②渗漏量较大、存在涌沙时，立即向围堰内注水平衡内外压力，潜水员下水重新封堵外侧缝隙，内侧补浇混凝土，处理