本发明涉及一种下承式钢箱拱桥的承台施工用钢围堰的施工方法。
背景技术：
本发明涉及的下承式钢箱拱桥的桥梁全长402.5m，主桥的桥跨长度为230米，主桥长233.2米，主桥桥面宽34.12米，两岸引桥共长169.3米，引桥桥面宽28.9米。主桥桥型为下承式简支拱桥，采用钢结构，主桥上部包括拱肋、纵梁、拱脚、横梁、吊杆、横撑、桥面正交异性板、拱肋装饰结构。主桥下部由北向南依次设有1号墩至4号墩，其中1号墩和2号墩为主桥的桥墩，墩柱及墩顶横梁均为箱型空心截面。
该大桥的北桥头与国道t形平交，南桥头与城市道路t形平交，该大桥的施工主要特点是工程量大、地质复杂、工期紧张，主桥采用下承式钢箱拱，跨径大，工艺复杂，尤其是雨季和汛期季节性施工，影响大，破坏性强，安全风险高。考虑到本工程的地质特殊性，结合工程实际特点，主桥1号墩、2号墩和引桥3号墩、4号墩的承台均位于河床面以下，水下承台采用钢围堰进行施工。围堰作为桥梁基础施工的临时设施，其主要作用是作为水中基础施工阻水装置，以便在无水、安全条件下进行承台、墩身施工。围堰对于深水区承台施工既能够止水，又大大减少了吸泥工作量，环境污染小：承台混凝土在无水环境下施工，不受水环境的影响，更能保证施工质量。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种下承式钢箱拱桥的承台施工用钢围堰的施工方法，它能够在承台施工处于深水区，水流速度大、冲刷严重、地质条件复杂的环境下施工，且施工工序简单，能够有效减少内支撑的使用数量，易于拆除和倒用，有利于节省物料，降低投入。
实现本发明目的的一种技术方案是：一种下承式钢箱拱桥的承台施工用钢围堰，为双壁圆形断面，在竖直方向分成若干节，每一节均分成八个单元节块，每一节对应单元节块设置八个隔舱并用隔舱板隔离；钢围堰底节为刃脚段，钢围堰第二节为加强段，其余几节钢围堰为挡水段；其中，
所述刃脚段的上部、加强段和每节挡水段均包括内筒身板、外筒身板和支撑机构；所述内筒身板的外表面上间隔地设有若干内环；所述外筒身板的内表面上间隔地设有若干与若干内环对应的外环；所述支撑机构包括设置在每个内环的上表面与位于同一个水平面的外环的上表面之间的水平横撑和水平斜撑以及设置在每个内环与相邻外环之间的竖向斜撑；
所述刃脚段的下部包括刃脚和刃脚支撑机构；所述刃脚的外表面上对应最下部的外环设置一刃脚内环；所述刃脚支撑机构包括设置在刃脚内环的上表面与最下部的外环的上表面之间的刃脚水平横撑和设置在刃脚内环的上表面与次下部的外环的下表面之间的刃脚竖向斜撑。
上述的下承式钢箱拱桥的承台施工用钢围堰，其中，所述内筒身板的外表面上均布地设置多条内壁竖向加劲肋；所述外筒身板的内表面上均布地设置多条外壁竖向加劲肋。
上述的下承式钢箱拱桥的承台施工用钢围堰，其中，所述刃脚段的外筒身板下部的厚度大于刃脚段的外筒身板上部的厚度；所述刃脚的外表面上均布地设置多条刃脚内壁竖向加劲肋；所述刃脚的下部与所述刃脚段的外筒身板下部之间均布地设置多个刃脚加强板。
上述的下承式钢箱拱桥的承台施工用钢围堰，其中，所述隔舱板与内环之间及隔舱板与外环之间均设置隔舱板隅撑。
实现本发明目的的另一种技术方案是：一种下承式钢箱拱桥的承台施工用钢围堰的施工方法，包括钢围堰分块加工步骤、钢围堰底节吊装步骤、钢围堰底节下水定位步骤、钢围堰分节接高步骤、钢围堰着床步骤、钢护筒下沉步骤和钢围堰封底步骤；
所述钢围堰底节吊装步骤包括基坑整平工序、吊装平台修筑工序、钢围堰底节拼装工序和底节吊装工序；
基坑整平工序的流程为：整平船定位、基坑粗平和基坑细平；
进行吊装平台修筑工序时，采用基坑炸礁开挖石料进行筑岛施工、分层填筑、分层碾压，用挖掘机整平，在上铺设一层30cm破碎鹅卵石进行找平；吊装平台上设置两个拼装场地，每个拼装场地采用10cm厚的c25混凝土浇筑一个环形垫层，垫层的外径比钢围堰的边缘线外扩0.5m，垫层的内径比钢围堰的内缘线缩进0.5m，沿环形方向设置钢垫块，底部设置钢筋进行固定；
进行钢围堰底节拼装工序时，先在拼装场地上将钢围堰底节拼装成环形整体，在拼装场地上测量放样出钢围堰底节的平面轮廓线及块段的分段线，再依次逐块拼装，经一周后，首块段与合拢段合拢拼接，完成钢围堰底节的拼装；
进行底节吊装工序时，履带吊在吊装平台就位，将钢围堰底节起吊，吊至基坑后缓慢下放，下放开始入水后，钢丝绳的受力逐渐变小，直到钢围堰底节不再下沉达到自浮平衡，停止下放；
进行钢围堰底节下水定位步骤时，钢围堰底节靠自身浮力悬浮于河面上，此时履带吊不脱钩，先通过四个方向的地笼拉缆拉住钢围堰底节，再在上、下游各采用一艘驳船顶住钢围堰底节并加固，然后通过地笼拉缆上的手拉葫芦对钢围堰底节进行细部微调就位；就位完成后对钢围堰底节的隔舱进行加水，每次分舱对称注水的总量能使钢围堰底节下沉到焊接面距水面为2m；
进行钢围堰分节接高步骤时，钢围堰底节就位至设计位置并加水调整到适当位置后，钢围堰上面各个节段按照钢围堰底节的拼装方式在拼装场地上依次拼装成环形整体；接高时，事先在钢围堰底节的顶面及隔舱板上设置限位导向装置，并用钢围堰底节顶上的地笼拉缆通过手拉葫芦作适当转动，采用履带吊将钢围堰第二节缓慢下降，确保钢围堰第二节与钢围堰底节对拢后，开始焊接；其余几节钢围堰均采用上述方法接高；
进行钢围堰着床步骤时，钢围堰注水下沉至距河床面1m处，停止下沉；利用前后定位船控制系统进行第一次精确定位，接着钢围堰继续下沉至河床面0.5m处，进行第二次精确定位，确定钢围堰的平面位置无误后，精确测量钢围堰刃脚下的抄垫的位置深度，再使钢围堰下沉着床，钢围堰精确着床后，继续向钢围堰的隔舱内灌注1m高的水，使得钢围堰在压重作用下确保稳定；钢围堰下沉完毕后，由潜水员用模袋混凝土封堵钢围堰的刃脚与河床岩面之间的缝隙；钢围堰内外与河床接触面之间的缝隙均采用模袋混凝土堵塞，使钢围堰的内部密封，缝隙堵塞完成后，在钢围堰的外表面与基坑之间浇筑2m高的c25混凝土，使混凝土对整个钢围堰进行包裹；
进行钢护筒下沉步骤时，先在钢围堰的顶部设置定位架，再采用履带吊起吊钢护筒，使钢护筒垂直，然后打开定位架的开口销，钢护筒缓慢进入定位架内，上好锁口拉杆，待钢护筒下沉稳定后，方能脱钩，最后用振动锤对钢护筒点锤沉放，直至钢护筒沉放到位；
进行钢围堰封底步骤时，采用垂直导管法进行多点灌注，并采用c30水下不分散混凝土；在钢围堰的顶部搭设灌注平台，布置水下混凝土封底用导管；灌注水下混凝土的施工顺序应为：先灌注钢围堰内外壁之间的封底混凝土，待其混凝土终凝后，形成固结整体稳定钢围堰后，再灌注钢围堰内部的封底混凝土；水下封底混凝土灌注顺序为：从低处至高处逐个进行，同时从周边至中间。
上述的下承式钢箱拱桥的承台施工用钢围堰的施工方法，其中，进行基坑整平工序的整平船定位时，整平船到达施工水域后，先根据岸上的测量立标进行抛锚并粗定位，再用gps测量配合整平船精确放样，并通过绞动整平船上的锚机来松紧锚缆，达到移动整平船的目的，将整平船垂直于基坑的轴线摆放，精确定位到整平位置的上方水面；
基坑粗平时，潜水员下潜到基坑的抛石顶面，在水下将高出基坑的抛石设计标高面的块石搬移到比较低的地方，使基坑的抛石顶面高差控制在±150mm以内；
基坑细平时，基坑的细平宽度为钢围堰底边外各加宽0.5m，潜水员先下潜到基坑的抛石顶面，通过测量杆及全站仪测量定位系统确定前、中、后钢轨的位置和高程；前、中、后钢轨顺码头前沿线方向安放，前、中、后钢轨的间距相等；前、中、后钢轨的下端均设支撑墩；支撑墩的间距为3m，由潜水员在水下先用二片石垒砌，再在二片石上用碎石铺平，然后在碎石面上摆放混凝土垫块作为支撑墩；支撑墩垒砌完成后，整平船上工人用绳索捆绑钢轨，将钢轨通过绳索下放到基坑的抛石顶面，潜水员配合将钢轨放置并固定在支撑墩上；在整平船上工人通过绳索将刮耙下放到基坑的顶面，潜水员配合将刮耙摆放好，放置在前钢轨和中钢轨、中钢轨和后钢轨的顶面上；用料斗将石料下放至基坑，潜水员先将二片石铺平在基坑的抛石顶面上，再通过推动刮耙将二片石铺平到块石的空隙里，然后用碎石铺平到二片石的空隙里，完成细平。
上述的下承式钢箱拱桥的承台施工用钢围堰的施工方法，其中，进行钢围堰着床步骤时，若着床后钢围堰的平面位置或垂直度超过规范规定值过大时，进行钢围堰隔舱抽水，使钢围堰上浮，通过前后定位船控制系统重新定位钢围堰的平面位置，并通过调整抄垫的高度来调整钢围堰的垂直度。
本发明的下承式钢箱拱桥的承台施工用钢围堰的施工方法，具有以下特点：
1、设计合理、操作简单且实现方便，先下钢套箱且水下混凝土封底后，再在钢套箱顶上布置钻孔平台，进行成孔施工，然后再进行承台及水下墩身施工，成功解决了围堰的止水问题，实现了干处作业。
2、双壁钢套箱的下放步骤设计合理，下放步骤简单、实现方便且易操控，下放过程中能有效对双壁钢套箱节段的平稳性进行控制，并将圆柱形双壁钢套箱下放至设计位置。
3、所采用的组装式浮体结构简单，且移位方便，非常方便水上作业。
4、与组装式浮体配套使用的起吊下放系统结构设计合理、投入成本低且安装布设方便，同时操作简便，能简便、高质量地完成圆柱形双壁钢套箱的起吊下放作业。待围堰下放到位后采用导管法进行水下混凝土封底，成功解决了水下大体积混凝土承台的清基、封底、混凝土浇筑等问题。
5、形成了承台钻孔桩施工一体化施工法：先下钢套箱与水下混凝土封底后，在钢套箱顶上布置钻孔平台，进行成孔施工，然后再进行承台及水下墩身施工，因而采用承台钻孔桩一体化施工方法，在缩短工期的同时，也大幅度节约了施工成本，减少了大量的人力物力，同时施工方便，简单易控，施工过程安全可靠，危险系数较低。
6、能够在承台施工处于深水区，水流速度大、冲刷严重、地质条件复杂的环境下施工，且施工工序简单，能够有效减少内支撑的使用数量，易于拆除和倒用，有利于节省物料，降低投入。
附图说明
图1是本发明的下承式钢箱拱桥的承台施工用钢围堰的竖向断面图；
图2是本发明的下承式钢箱拱桥的承台施工用钢围堰的俯视图；
图3是本发明的钢围堰的施工方法中进行基坑整平工序时的立面图；
图4是本发明的钢围堰的施工方法中进行基坑整平工序时的平面图；
图5是本发明的钢围堰的施工方法中进行底节吊装工序时的示意图；
图6是本发明的钢围堰的施工方法中进行钢围堰底节下水定位步骤时的平面图；
图7是本发明的钢围堰的施工方法中进行钢围堰底节下水定位步骤时的立面图；
图8是本发明的钢围堰的施工方法中进行钢围堰分节接高步骤时的示意图；
图9是本发明的钢围堰的施工方法中进行钢围堰着床步骤时的示意图；
图10是本发明的钢围堰的施工方法中进行钢护筒下沉步骤时的示意图；
图11是本发明的钢围堰的施工方法中进行钢围堰封底步骤时的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
请参阅图1和图2，本发明的下承式钢箱拱桥的承台施工用钢围堰，为双壁圆形断面，在竖直方向分成五节，每一节均分成八个单元节块，每一节对应单元节块设置八个隔舱并用隔舱板17隔离；钢围堰底节为刃脚段101，钢围堰第二节为加强段102，高度最小，其余三节钢围堰均为挡水段103、104、105并且高度相同。
刃脚段101的上部、加强段102和三节挡水段103、104、105均包括内筒身板2、外筒身板1和支撑机构；其中，内筒身板2的外表面上均布地设置多条内壁竖向加劲肋10；内筒身板2的外表面上间隔地设有若干内环6；外筒身板的内表面上均布地设置多条外壁竖向加劲肋9；外筒身板1的内表面上间隔地设有若干与若干内环对应的外环5；支撑机构包括设置在每个内环6的上表面与位于同一个水平面的外环5的上表面之间的水平横撑13和水平斜撑12以及设置在每个内环6与相邻外环5之间的竖向斜撑11；
刃脚段101的下部包括刃脚4和刃脚支撑机构；其中，刃脚段101的外筒身板下部3的厚度大于刃脚段的外筒身板1上部的厚度；刃脚4的外表面上对应最下部的外环设置一刃脚内环7；刃脚支撑机构包括设置在刃脚内环7的上表面与最下部的外环5的上表面之间的刃脚水平横撑14和设置在刃脚内环7的上表面与次下部的外环5的下表面之间的刃脚竖向斜撑15；刃脚4的下部与刃脚段101的外筒身板下部3之间均布地设置多个刃脚加强板8；刃脚4的外表面上均布地设置多条刃脚内壁竖向加劲肋16；
隔舱板17与内环6之间及隔舱板17与外环5之间均设置隔舱板隅撑18。
请参阅图3至图11，本发明的下承式钢箱拱桥的承台施工用钢围堰的施工方法，包括钢围堰分块加工步骤、钢围堰底节吊装步骤、钢围堰底节下水定位步骤、钢围堰分节接高步骤、钢围堰着床步骤、钢护筒下沉步骤和钢围堰封底步骤；
钢围堰底节吊装步骤包括基坑整平工序、吊装平台修筑工序、钢围堰底节拼装工序和底节吊装工序；
基坑整平工序的流程为：整平船定位、基坑粗平和基坑细平；
整平船采用自制泡沫船，整平船定位时，整平船到达施工水域后，先根据岸上的测量立标进行抛锚并粗定位，再用gps测量配合整平船精确放样，然后通过绞动整平船上的锚机来松紧锚缆，达到移动整平船的目的，将整平船垂直于基坑的轴线摆放，精确定位到整平位置的上方水面；
基坑粗平时，潜水员下潜到基坑的抛石顶面，在水下将高出基坑的抛石设计标高面的块石搬移到比较低的地方，使基坑的抛石顶面高差控制在±150mm以内；
基坑细平时，基坑20细平的宽度为钢围堰100底边外各加宽0.5m；潜水员先下潜到基坑20的抛石顶面，通过测量杆21及全站仪测量定位系统22确定前、中、后钢轨41、42、43的位置和高程；前、中、后钢轨顺码头前沿线方向安放，前、中、后钢轨41、42、43的间距相等，前、中、后钢轨41、42、43的下端均设支撑墩40；支撑墩的间距为3m，由潜水员在水下先用二片石垒砌，再在二片石上用碎石铺平，然后在碎石面上摆放混凝土垫块作为支撑墩40；支撑墩40垒砌完成后，整平船30上工人用绳索捆绑钢轨，将钢轨通过绳索下放到基坑20的抛石顶面，潜水员配合将钢轨放置并固定在支撑墩40上(见图3)；在整平船30上工人通过绳索将刮耙50下放到基坑20的抛石顶面，潜水员配合将刮耙50摆放好，放置在前钢轨41和中钢轨42、中钢轨42和后钢轨43的顶面上；刮耙50应该伸出钢轨两端的长度不小于1m(见图4)；用料斗将石料下放至基坑，潜水员先将二片石铺平在基坑的抛石顶面上，再通过推动刮耙将二片石铺平到块石的空隙里，然后用碎石铺平到二片石的空隙里，完成细平；
进行吊装平台修筑工序时，采用基坑炸礁开挖石料进行筑岛施工、分层填筑、分层碾压，用挖掘机整平，在上铺设一层30cm破碎鹅卵石进行找平；吊装平台上设置两个拼装场地，每个拼装场地采用10cm厚的c25混凝土浇筑一个环形垫层，垫层的外径比钢围堰的边缘线外扩0.5m，垫层的内径比钢围堰的内缘线缩进0.5m，沿环形方向设置钢垫块，底部设置钢筋进行固定；
进行钢围堰底节拼装工序时，先在拼装场地上将钢围堰底节拼装成环形整体，在拼装场地上测量放样出钢围堰底节的平面轮廓线及块段的分段线，再依次逐块拼装，经一周后，首块段与合拢段合拢拼接，完成钢围堰底节的拼装；
进行底节吊装工序时，履带吊200在吊装平台就位，将钢围堰底节101起吊，吊至基坑20后缓慢下放，下放开始入水后，钢丝绳的受力逐渐变小，直到钢围堰底节101不再下沉达到自浮平衡，停止下放(见图5)；
进行钢围堰底节下水定位步骤时，钢围堰底节101靠自身浮力悬浮于河面上，此时履带吊不脱钩，先通过连接四个方向的地笼拉缆60拉住钢围堰底节101，对中用两个抽心锚62进行辅助(见图6和图7)，四个方向的地笼61设置在岸上或水上礁石上；再在上、下游各采用一艘驳船顶住钢围堰底节并加固，以限制钢围堰底节漂移出范围，每艘驳船的上、下游各设四个重力锚进行定位，安排测量人员对钢围堰进行测量，然后通过地笼拉缆60上的手拉葫芦对钢围堰底节进行细部微调就位；就位完成后对钢围堰底节的隔舱进行加水，每次分舱对称注水的总量能使钢围堰底节下沉到焊接面距水面为2m；
进行钢围堰分节接高步骤时，钢围堰底节就位至设计位置并加水调整到适当位置后，钢围堰上面各个节段按照钢围堰底节的拼装方式在拼装场地上依次拼装成环形整体，采用履带吊对钢围堰第二节102与钢围堰底节101进行接高；接高时，事先在钢围堰底节101的顶面及隔舱板设置限位导向装置70(见图8)，并用钢围堰底节101的顶上的地笼拉缆60通过手拉葫芦作适当转动；履带吊将钢围堰第二节102缓慢下降，钢围堰第二节102与钢围堰底节101对拢后，应检查上接缝是否密贴，各隔舱分隔线是否对齐，岸上的仪器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，开始焊接；其余几节钢围堰均采用上述方法接高；
进行钢围堰着床步骤时，钢围堰注水下沉至距河床面1m处，停止下沉；利用前后定位船控制系统进行第一次精确定位，此时主要调整钢围堰的平面位置；然后钢围堰继续下沉至河床面0.5m处，进行第二次精确定位，确定钢围堰的平面位置无误后，精确测量钢围堰刃脚下的抄垫的位置深度，潜水员水下预先放置抄垫，钢围堰下沉着床；若着床后钢围堰的平面位置或垂直度超过规范规定值过大时，进行钢围堰隔舱抽水，使钢围堰上浮，通过前后定位船控制系统重新定位钢围堰的平面位置，并通过调整抄垫的高度来调整钢围堰的垂直度钢围堰精确着床后，继续向钢围堰的隔舱内灌注1m高的水，使得钢围堰在压重作用下确保稳定；钢围堰下沉完毕后，由潜水员用模袋混凝土封堵钢围堰的刃脚与河床岩面之间的缝隙(见图9)，以免封底混凝土流出；钢围堰全环内外与河床接触面之间的缝隙均采用模袋混凝土堵塞，使钢围堰的内部密封，缝隙堵塞完成后，在钢围堰的外表面与基坑之间浇筑2m高的c25混凝土，使混凝土对整个钢围堰进行包裹；
进行钢护筒下沉步骤时，先在钢围堰的顶部设置定位架301，再采用履带吊起吊钢护筒300，使钢护筒300垂直，然后打开定位架301的开口销，钢护筒缓慢进入定位架内(见图10)，上好锁口拉杆，待钢护筒下沉稳定后，方能脱钩，最后用振动锤对着钢护筒点锤沉放，直至钢护筒沉放到位；
进行钢围堰封底步骤时，采用垂直导管法进行多点灌注，并采用c30水下不分散混凝土；在钢围堰的顶部搭设灌注平台，布置水下混凝土封底用导管；灌注水下混凝土的施工顺序应为：先灌注钢围堰内外壁之间的封底混凝土，待其混凝土终凝后，形成固结整体稳定钢围堰后，再灌注钢围堰内部的封底混凝土；水下封底混凝土灌注顺序：由于混凝土生产量所限，各导管不可能一次同时砍球灌注，采用分项逐根砍球灌注施工；其灌注顺序从低处至高处逐个进行，同时从周边至中间，以免基底浮浆集中在基础边缘，同时以稳固钢套箱，预防钢套箱向河中心滑移；封底混凝土强度达到2.5mpa后，采用水泵向双壁钢围堰各隔舱内注水压重，以防止河水高水位钢围堰出现上浮，双壁钢围堰注水压重时，应做到均匀、对称隔舱加水。
封底时，导管拟布置7个灌注点400进行封底，导管用7根，6根固定，1根流动(见图11)；在钢套箱内上、下游位置先布置2个导管点，开盘后先后首批料封底，接着连续不断地进行混凝土灌注。封底混凝土大部分通过前6根导管来完成，第7根导管等到封底后期使用，当前两根导管封底有顾及不到的位置，利用第7根导管进行混凝土的水下灌注。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。