单壁钢围堰施工方案

单壁钢围堰施工方案一、工程概况本工程为跨江特大桥主桥5主墩基础施工，主墩位于长江主河道北侧深槽区域，河床面标高为-12.8m，施工期设计最高水位+3.2m，最低水位-2.1m，水流速度最大2.6m/s，河床覆盖层为8~12m厚粉质细砂，下伏中风化花岗岩，饱和单轴抗压强度42MPa。主墩基础采用12根φ2.5m钻孔灌注桩，桩长38m，承台尺寸为23m×19m×5m，承台底标高-16.0m。本工程采用单壁钢围堰作为承台施工挡水结构，围堰设计顶标高为+4.0m，底标高-18.0m，外形尺寸为25m×21m，矩形结构，总高度22m。二、施工准备2.1技术准备1.复核桥位处水文地质资料，实测河床面标高，绘制河床纵断面图，统计河床高差最大偏差为1.2m，明确围堰着床、下沉的不利条件；与航道部门沟通，获取施工期通航要求、洪峰预警周期，明确导流明渠通航宽度不小于180m，围堰施工占用航道宽度不超过30m。2.完成单壁钢围堰结构受力验算：采用MIDASCivil2020建立有限元模型，围堰分块板厚δ=10mm，竖向肋采用∠100×10等边角钢，间距40cm，水平环肋采用I25a工字钢，间距1.5m，最下一道环肋距围堰底1.0m，最上一道距顶0.8m，四角及长边中点设置竖向双拼I40a工字钢主龙骨。验算工况：①最大流速2.6m/s，水位+3.2m时，迎水面最大侧压力为176kPa，围堰最大变形12mm<L/400（L=25m，允许变形62.5mm），最大应力142MPa<215MPa（Q235钢允许应力），满足强度刚度要求；②下沉到位后，封底混凝土未达到强度，水位+3.2m，堰内干挖至-16.0m时，抗浮安全系数1.28>1.2，抗倾安全系数1.65>1.5，满足稳定性要求。3.对施工班组进行技术安全交底，明确各工序操作参数、风险控制点，考核合格后方可进场作业。2.2场地与设备准备1.在北岸岸滩设置钢围堰拼焊场，场地硬化采用20cm厚C20混凝土，设置3‰排水坡，周边挖40cm×40cm排水沟，拼焊场布置2台25t龙门吊，行走轨距28m，满足块件起吊转运要求。2.配置主要施工设备：50t履带吊1台、30t驳船1艘、6m³空气压缩机2台、φ90液压振动锤1台、100m³/h挖泥船1台、Geosteer无线导向系统1套、潜水设备2套，所有设备进场前完成检定调试，状态合格。2.3材料准备钢围堰主体采用Q235B钢板，型材均为Q235B，进场按规范要求进行力学性能试验、厚度检测，合格率100%；嵌缝止水采用3mm厚橡胶止水带，堵漏准备麻袋、棉絮、水泥基渗透结晶材料；封底混凝土采用C25水下混凝土，配合比提前完成试配，坍落度控制在18~22cm，初凝时间不小于12h。三、单壁钢围堰加工制作单壁钢围堰分节分块加工，沿高度方向分为4节：第一节高6m（底节）、第二节各6m、第三节各5m、第四节各5m，每节沿周长分为10块，4个角块各重3.8t，6个边块单重2.2~3.1t，加工精度满足如下要求：块件长、宽偏差±2mm，对角线偏差≤3mm，面板平整度偏差≤2mm/m，焊缝饱满无夹渣、气孔。3.1下料加工1.钢板采用数控切割机下料，下料前清除表面锈蚀、氧化皮，型钢采用剪板机下料，下料后对切割面坡口处理，坡口角度为30°~35°，钝边厚度2mm。2.胎架制作：每块件加工均采用定型胎架定位，胎架采用槽钢焊接而成，胎架平面平整度偏差控制在1mm以内，复核胎架尺寸合格后，固定面板，依次焊接竖向肋、水平环肋，焊接采用对称分段退焊法，减少焊接变形，焊接完成后，采用火焰矫正法校正变形，矫正后面板局部凹凸不超过2mm/m。3.2试拼检验每节块件加工完成后，在拼焊场进行整体试拼，检验标准为：围堰轮廓尺寸偏差≤10mm，相邻块件面板错台≤2mm，接缝间隙≤1mm，整体垂直度偏差≤H/1000（H为节段高度）且不大于15mm。试拼合格后，对每一块件按位置、节段编号，标注方向线、定位基准线，拆除后分类堆放，堆放时设置垫木，避免面板变形。四、单壁钢围堰安装下沉施工4.1施工平台搭设利用钻孔桩施工已完成的栈桥、钢护筒平台，在围堰设计位置外围，利用原有9根φ1.5m钢护筒焊接接长至+4.5m标高，安装导向架，导向架采用双拼I45a工字钢制作，内轮廓尺寸比围堰外轮廓大20cm，导向架设置上下两层，层间距8m，每层设置4个方向调节千斤顶，可实时调整围堰平面位置，导向架安装完成后，平面位置偏差控制在≤5mm，垂直度偏差≤10mm。4.2底节围堰吊装下水1.试拼合格的底节围堰分块通过平板车转运至码头，50t履带吊配合30t驳船运至桥位，在导向架内进行原位拼焊。拼焊顺序为先固定角块，再对称拼接边块，每拼完一块校核平面位置、垂直度，接缝处内侧焊接，外侧贴3mm厚橡胶止水带，采用∠50×5角钢压缝，螺栓间距20cm固定。2.底节整体拼焊完成后，验收合格，安装临时钢爬梯、测量定位标志，振动锤吊装就位，利用履带吊收紧吊绳，逐步解除临时固定支撑，底节围堰在自重作用下开始下沉，当底节顶面距导向架下横梁顶50cm时，暂停下沉，锁定围堰位置，准备接高第二节。4.3围堰接高下沉1.第二节围堰分块吊装就位，与底节对中，对接焊缝间隙控制在2~4mm，先点焊定位，复核整体垂直度、平面位置合格后，对称焊接，接缝内侧采用连续角焊缝，外侧焊接后贴橡胶止水条，采用同样方法依次接高第三节、第四节，每接高一节，检查围堰平面偏位，要求平面偏位≤15cm，垂直度偏差≤1%，超过偏差及时调整。2.下沉施工分为自重下沉和吸泥下沉两个阶段：（1）自重下沉阶段：围堰接高完成后，松开导向架锁定装置，靠自重下沉，本阶段为河床面以上至入土3m阶段，下沉过程中控制下沉速度不大于0.5m/h，每下沉1m，测量一次平面位置和垂直度，当自重停止下沉后，进入吸泥下沉阶段。（2）吸泥下沉阶段：采用挖泥船配合空气吸泥法，吸泥管直径φ250mm，沿围堰内均匀布点吸泥，吸泥顺序为先吸围堰中间区域，再吸周边区域，吸泥深度比刃脚低1~1.5m，保持围堰内水位高于堰外水位1~2m，防止流沙涌入，避免围堰外侧土体坍塌。下沉过程中，若出现倾斜，采用偏吸泥、偏压重调整：高位侧多吸泥，低位侧少吸泥，必要时在低位侧压载配重，调整倾斜率小于0.5%后，继续下沉。若出现搁浅卡阻，禁止强行下沉，潜水员下水排查刃脚部位障碍物，清理后继续下沉；若下沉速度过快，立即停止吸泥，开启少量补水，抬高堰内水位，增加浮力控制下沉速度。（3）本工程采用无线导向系统实时监测围堰姿态，每30min采集一次平面坐标、倾斜率数据，数据偏差超过预警值自动报警，及时调整，下沉到位前1m，放缓下沉速度，精准调整位置，确保最终偏差满足设计要求。4.4下沉到位验收单壁钢围堰下沉到位后，刃脚落到设计标高-18.0m，验收标准为：①平面中心偏位≤25cm；②最大倾斜率≤0.5%；③围堰顶标高偏差±10cm；④刃脚标高偏差不大于15cm，对于局部高差大于50cm的部位，潜水员水下清理找平，验收合格后，及时固定围堰，与导向架焊接锁定，防止水流冲击移位。五、止水堵漏与基底处理5.1刃脚止水围堰下沉到位后，潜水员下水对刃脚部位缝隙进行探查，对于缝隙宽度小于5cm的部位，在外侧沿刃脚堆填袋装棉絮水泥混合料，从下往上堆填至河床面以上1m；对于缝隙宽度大于5cm的部位，先抛填碎石填缝，再堆填袋装土封堵，减少渗水通道。5.2围堰接缝堵漏拼缝位置渗水，若渗水量小于0.05L/(m·min)，在堰内侧缝位置刮涂水泥基渗透结晶材料封堵；若渗水量在0.05~0.2L/(m·min)，在接缝处植入注浆管，压注水泥水玻璃双液浆封堵，浆液配合比水泥:水玻璃=1:0.4（体积比），凝胶时间控制在3~5min；若渗水量大于0.2L/(m·min)，潜水员下水在外侧缝位置贴橡胶板，锚固后堆填麻袋封堵。5.3基底清理围堰封堵完成后，进行堰内吸泥清基，将基底淤积、松散砂层全部清理，清基后基底标高不高于设计承台底标高-16.0m以下2m（满足封底混凝土厚度要求），清基完成后，潜水员下水检查平整度，局部最大高差不超过30cm，不符合要求则进行找平处理。六、水下封底混凝土施工本工程封底混凝土厚度为2.0m，采用C25水下混凝土，总方量约为25×21×2=1050m³，采用多导管连续浇筑工艺。6.1导管布置导管采用直径φ273mm无缝钢管，壁厚10mm，接头采用丝扣连接，导管使用前进行水压试验，试验压力为1.5倍最大水压（0.35MPa），不漏水不变形为合格。导管布置间距为3.5m，共布置12根导管，导管底距基底20~30cm，最外围导管距围堰内壁1.2~1.5m，导管顶部安装料斗，料斗容积不小于2m³。6.2封底浇筑1.浇筑前，测量堰内水深，记录各导管处水深，保持堰内水位与堰外水位齐平，若水位波动超过0.5m，停止浇筑。2.采用剪球法开盘浇筑，每根导管首次浇筑量不小于5m³，确保导管埋深不小于1m，浇筑顺序从四周向中间推进，先浇筑边角部位，再浇筑中间部位，浇筑过程中控制导管埋深在1.5~3.0m，埋深过小容易拔漏，埋深过大容易导致导管堵管。3.每30min测量一次混凝土面标高，调整导管埋深，控制混凝土面上升速度不大于0.5m/h，当混凝土面接近设计标高-16.0m时，放缓浇筑速度，准确测量各部位标高，对于低洼部位补料，确保封底混凝土顶面平整度偏差不大于10cm，最终顶面标高比设计标高高出15~20cm，待抽水后凿除浮浆至设计标高。4.整个浇筑过程连续进行，禁止中途停工，配备2艘混凝土运输船，备用1台汽车泵，保证混凝土供应连续，浇筑完成后，清理导管内残留混凝土，养生7d以上，待封底混凝土强度达到设计强度90%以上，方可进行抽水作业。七、堰内抽水与承台施工7.1抽水检查封底混凝土强度达标后，分层抽水，每次抽水深度不超过2m，每抽水1m，停止观测2h，检查封底混凝土渗漏水情况、围堰变形情况，若单日变形超过3mm，立即停止抽水，回水检查处理。抽水至承台底标高以上50cm，停止抽水，凿除封底混凝土顶面浮浆，清理松软层，检查基底无渗水、无淤积，合格后浇筑垫层混凝土。7.2桩基检测与承台施工垫层施工完成后，进行桩基超声波检测，所有桩基检测合格后，绑扎承台钢筋，安装模板，浇筑承台混凝土，承台混凝土分层浇筑，每层厚度不超过30cm，振捣密实，按设计要求埋设冷却水管，进行温控养生，养生期不少于14d。八、围堰拆除承台施工完成，且墩身施工出水面后，进行围堰拆除，拆除顺序从上往下，分节拆除：1.先向堰内注水，保持堰内外水位平衡，解除围堰与墩身、钢护筒的连接，采用履带吊从上往下分节起吊，每节分块切割，切割前固定块件，防止坠落，切割顺序从上到下，从边到角，严禁双层作业。2.拆除的块件及时转运到岸滩，分类存放，变形块件校正后可重复利用，拆除过程中，安排专人监测通航情况，设置警示航标，防止船舶碰撞，拆除完成后，清理航道，移除临时设施，恢复河道通航条件。九、监测控制9.1姿态监测下沉阶段每30min监测一次围堰平面位置、倾斜率，平面位置偏差超过10cm、倾斜率超过0.3%立即预警，调整下沉工艺；到位后每天监测一次，抽水阶段每2h监测一次，围堰最大变形超过15mm立即停止作业，分析原因处理。9.2水文监测安排专人24h监测水位、流速，雨季、洪峰期每2h记录一次水位，当水位超过+3.2m设计最高水位，提前做好围堰加固，必要时向堰内注水，平衡内外压力。9.3应力监测在围堰迎水面主龙骨、最下一道水平环肋布置应力传感器，实时监测应力变化，应力超过160MPa预警，停止作业，检查处理。十、质量控制标准1.钢围堰加工尺寸偏差：面板厚度偏差-0.3~+0.5mm，块件边长偏差±2mm，对角线偏差≤3mm，整体试拼后周长偏差≤±10mm。2.下沉到位后验收偏差：平面中心偏位≤25cm，倾斜率≤0.5%，刃脚标高偏差≤15cm。3.封底混凝土强度合格，顶面标高偏差+10~+20cm，渗水量满足干施工要求，单位面积渗水量不大于0.1L/(m²·min)。十一、安全与环保措施11.1安全措施1.水上作业人员必须佩戴救生衣，潜水作业必须符合潜水作业规程，配备应急救生设备，作业前检查潜水设备，潜水作业时水面安排专人监护。2.吊装作业前检查吊具、钢丝绳，索具安全系数不小于6，起吊时构件下方禁止站人，信号统一，指挥规范。3.