摘要：以某铁路工程跨涡河及S307线特大桥施工为实例，介绍双壁钢围堰的设计及结构受力检算、加工制作、组拼、下沉着床的技术要点，为同类型桥墩的双壁钢围堰施工提供一定的借鉴经验。
关键词：桥梁 水中墩 桩基础 双壁钢围堰
1、工程概况
1.1工程简介
某铁路跨涡河及S307线特大桥位于涡阳县境内，为单线铁路桥，跨涡河范围桥跨布置结构形式：采用1-32m预应力混凝土T梁+1-112m下承式钢桁梁+1-32m预应力混凝土T梁。桥梁位于直线上，与涡河正交，相交处河宽约200米，水深最大约为7.0m，其中2#～5#墩为水中墩，均采用Φ1.25m钻孔桩基础。3#、4#墩（主墩）各设9根桩基、桩长47m～49m，承台采用一级低位矩形承台，承台尺寸9.25×9.25×3m，桥墩为圆端形实体桥墩，墩高分别为15.75m、 17.25m。3#、4#主墩承台在河床以下的埋深分别达到7m和7.9m，综合考虑环保和施工期间航道通航要求等因素，采用双壁钢围堰施工。
1.2水文地质情况
本桥位处涡河为Ⅳ级航道，在3#～4#墩之间设置1个跨径为112m通航孔，净高不小于7m，河岸坡度较大，河床中间比较平缓。沿线的地质条件较好，以黏性土和粉土层为主，3#、4#桥墩承台基本位于粉质黏土层范围内。
2、水中主墩钢围堰施工总体方案
3#、4#主墩采用贝雷梁钢栈桥配合双壁钢围堰的施工方案，按先桩后堰顺序组织施工：钢栈桥搭设→水中钻孔业平台搭设→钻孔桩施工→双壁钢围堰构件岸上加工→双壁钢围堰水上安装与下沉→水下混凝土封底→承台和墩身施工→拆除钢围堰。
钢栈桥与桩桩基作业平台采用钢管桩+贝雷梁的方式搭设，按冲击钻成孔工艺组织桩基础施工；成桩后，拆除影响钢围堰下沉的钢管桩，在钻孔作业平台上拼装首节钢围堰；设置吊装系统下放钢围堰，下水后拼装焊接第二节钢围堰，依次接高钢围堰并在壁仓内灌水到达河床；采用高压射水枪和吸泥泵辅助钢围堰下沉，到达设计标高；水下作业清平基底，合格后进行水下混凝土封底；待封底混凝达到强度后排水进行承台和墩身施工。
3、双壁钢围堰设计与施工（以4#墩钢围堰为例）
3.1钢围堰设计
双壁钢围堰结合承台形状按照矩形进行设计，内净空尺寸按承台尺寸每侧放宽1m，总壁厚1m，为了缓解流水对围堰的冲击力，四个角设计成圆角，内径1.0m,外径2.0m。围堰底部设45°刃角，以利于下沉。
围堰标高确定：经施工调查近三年桥址附近最高洪水位2016年H=29.37m（12月），2017年H=29.36m（1月），2018年H=29.4m（8月）。3#、4#墩钢围堰顶按高于近三年最高水位0.5m，标高取29.75m；钢围堰刃角底按低于封底混凝土底面2.0m，标高取13.45m。
围堰分层和分节设计：钢围堰根据承台尺寸、起吊运输能力、现场条件等因素，在平面上分段、在高度方向分层，形成各个单元节段。总高度16.3m分为3层：底层带刃角的高6m，第二层6m，第三层4.3m；每层12个单元节段：直线节8个，圆角节段4个。围堰横撑采用φ630×10mm钢管。
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图3 1双壁钢围堰平面图 图 3 2双壁钢围堰立面图
单元节构造：钢围堰内外面板和隔仓板均采用6mm钢板，刃角部位采用8mm钢板。采用∠100×100×10mm角钢作为横向加强肋，∠75×75×6mm角钢作为竖向肋，形成网格骨架，横向肋间距0.5m，竖向肋间距0.3m，中间间隔∠75×75×6mm角钢作为副竖肋。内外壁板之间用∠100×100×10mm角钢横撑、竖向斜撑加强，与网格骨架焊接成整体。
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图 3 3双壁钢围堰剖面图
3.2钢围堰验算
根据相关资料，采用Midas/Civil有限元软件对双壁钢围堰有限元模型进行计算分析，有限元模型中忽略刃脚进入基底部分。
3.2.1荷载分析及材料参数
3.2.1.1荷载分析
（1）静水压力 静水压力根据公式p=rwh进行计算取值。
（2）水流力 根据《港口工程荷载规范》公式（13.0.1）计算：
F
w =C
w（p/2）v
2 A
（3）风荷载 围堰下沉后露出水面 1.0m，不考虑风荷载。
3.2.1.2材料参数
Q235B 钢材：弹性模量E= 2.06×105MPa，泊松比μ= 0.3，密度ρ= 7850kg/m3；C35混凝土：弹性模量E=3.15×104MPa，泊松比μ=0.2 ，密度ρ= 2400kg/m3。
3.2.2工况分析及计算
本工程控制工况2个：下放到位，封底后抽水工况；承台浇筑完成拆除2层横撑浇筑墩身工况。
（1）工况一：下放到位，封底后抽水工况
约束条件：围堰顶部约束竖方位位移，围堰支撑中部相应约束一个方向X和Y位移。分析工况一荷载简图如图3-4所示。
工况一整体有限元计算模型及应力计算成果见图 3 5，工况一围堰整体有限元计算模型：
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图 3 -7工况一围堰外壁板应力（单位：Mpa）
工况一围堰隔仓板、箱梁板应力和钢管撑应力如图3-8和3-9所示:
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图3- 8工况一围堰隔仓板、箱梁板应力（单位：Mpa） 图3 -9工况一钢管撑应力（单位：Mpa）
通过建模计算工况一围堰整体变形X向位移1.96mm、Z向位移1.1mm、总位移2.0mm。各构件最大组合应力外壁板σ为46.4Mpa、竖向主肋σ为171.6Mpa、横肋σ为131.1Mpa、斜撑σ为129.1Mpa、钢管撑σ为37.4Mpa。根据材料特性及容许应力值判定此工况围堰变形和强度满足要求。
（2）工况二：承台浇筑完成，拆除两层支撑情况
约束条件：围堰与承台定点约束。
工况二整体有限元计算模型及应力计算成果见图3-10--图3-14所示。
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通过建模计算工况二围堰整体变形X向位移2.13mm、Z向位移0.6mm、总位移2.42mm。各构件最大组合应力外壁板σ为38.3Mpa、竖向主肋σ为152Mpa、横肋σ为173.5Mpa、斜撑σ为110.8Mpa、钢管撑σ为15.7Mpa。根据材料特性及容许应力值判定此工况围堰变形和强度满足要求。
3.3钢围堰制作、加工与拼装
双壁钢围堰采用岸上制作加工形成单元格、在水上平台拼装成型的方式施工。所有角钢与角钢之间及角钢与钢板之间的连接位均采用焊接，要求满焊，焊缝质量满足施工规范要求。面板之间的焊缝施工完成后，必须对焊缝进行逐条检查，采用煤油渗漏实验，确保每条焊缝焊接牢固。
3.4钢围堰下沉及封底
3.4.1钢围堰下沉
钢围堰的起吊下沉利用已浇注并达到强度后的钻孔桩作支撑，埋设φ1000(δ=8mm)钢管立柱6根，每相邻2个立柱上部安装4根I50a工字钢横梁，横梁悬臂端对称安装1台200t千斤顶，设吊带4根（φ36精扎螺纹钢），横梁中部设吊带2根（φ36精扎螺纹钢），固定在钻孔桩钢护筒上，以平衡横梁悬臂端受力所产生的扰度。钢围堰起吊和下沉利用千斤顶工作和调节吊带螺栓来实现。钢围堰下沉至水中时，采用壁仓内灌水下沉，应确保围堰内四边水头高度一致，以避免套箱失去平衡。当双壁钢围堰底部刃脚距河床面0.5m时，停止注水下沉，测量堰顶标高、平面位置进行纠偏。当位置准确时，可继续注水着床，采用吸泥机吸泥下沉。吸泥机作业应确保围堰四边匀速下沉，接近设计标高时，停止下沉，对钢围堰位置进行全面测量、调整，直至钢围堰处于设计位置。
3.4.2水下混凝土封底
钢围堰就位后，布置清基设备，作最后一次吸泥清基，确保封底混凝土厚度满足要求。清底合格后，在作业平台上搭设灌注平台，导管间隔、根数布置根据导管作用半径和承台底面积确定，应确保导管有效灌注半径互相搭接，采用导管固定、料斗移动的方式浇注砼。
3.5钢围堰拆除
基础、墩身完工后，向围堰内注水，使围堰内外水位相同，然后采用水下切割方法对双壁钢围堰进行切割分解，切割后利用履带吊将割除部分吊起，运送至指定场地堆放保存。
4、结束语
通过在某铁路工程跨涡河及S307线特大桥水中墩采用双壁钢围堰施工技术应用，安全优质完成了此桥水中墩的施工任务，施工期间临时占用河道较小、施工安全可控且施工效率较高。实践证明，该围堰设计、加工制作、下沉、封底及拆除的施工方法是切实可行的，为类似桥梁水中墩施工提供了有益的参考。
参考文献
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