随着我国跨江、跨河桥梁建设的飞速发展, 为满足大吨位船舶通航要求, 多采用低桩承台, 主要采用双壁钢围堰施工技术。常规钢围堰施工工艺一般先在陆上加工钢围堰, 大型船舶运至施工现场, 使用大型起重船配合桁架系统吊装和下放钢围堰, 其施工工期长, 对起重设备、人员配备及运输设备要求高。传统钢围堰施工在施工安全、经济、工期及绿色文明施工方面存在较多问题, 本文介绍一种新型无粘结预应力拼装双壁钢围堰技术, 采用单元化和模块化设计、施工, 现场拼装无需大型吊装设备, 各分节采用无粘结精轧螺纹钢连接, 无须焊接施工, 为日后中低桩采用钢围堰施工技术提供借鉴。

惠新大道跨东江大桥项目, 该项目11～21号墩承台都在水中, 设计为双壁钢围堰结构。桥梁起点桩号为K0+381.46, 终点桩号为K1+367.04, 惠新大道跨东江大桥长约957.6m、宽42m, 为钻孔灌注桩基础, 桥墩采用花瓶墩, 第三东江大桥共有24个墩, 其中11～21号墩 (左、右幅22个) 位于水中, 承台设计为低桩承台, 最大水深13.5m, 河道最大流速1.46m/s。主桥承台埋入河床下4m, 全部采用双壁钢围堰施工, 最大钢围堰平面尺寸37m×12m。设计围堰沉入河床以下8.5m, 河床地质为中粗砂层夹渣卵石层。

新型无粘结预应力拼装双壁钢围堰主要采用螺栓、止水条、垫片、连接器、精轧螺纹钢将首节和第2节进行连接, 然后再使用千斤顶控制预应力, 给钢围堰构件及精轧螺纹钢施加预压应力, 使得预应力筋的抗拉性能得以最大限度发挥, 同时加固连接两节钢围堰。重复以上步骤, 连接剩余各节钢围堰。等待钢围堰拆除时, 施工人员可在钢箱中拧开连接器实现河床以上部分围堰与河床以下部分的分离工作, 无须潜水作业进行拆除, 此种工艺周转速度快, 安全、经济、可靠。双壁钢围堰精轧螺纹钢、螺栓及连接器布置如图1所示。

对两节钢围堰之间的精轧螺纹钢采用液压千斤顶进行单端张拉。在首节与第2节连接处, 首节为固定端, 第2节为张拉端;在第2节与第3节连接处, 第2节为固定端, 第3节为张拉端, 依次类推, 直至顶节钢围堰。利用千斤顶调整适当的力, 最终完成双壁钢围堰无粘结预应力张拉连接。保证双壁钢围堰无漏水施工和无须潜水进行拆卸周转利用。

预应力筋 (精轧螺纹钢) 下料长度应符合规范规定, 保证张拉需要及构造要求。下料场地应平整开阔, 不得有利器损伤预应力筋表面。下料时, 用无齿锯成束冷切割成型。

精轧螺纹钢下料分为2种型号, 长度1.5m和0.5m若干满足现场需要即可, 其中, 长度为1.5m用于连接两节钢围堰, 长度为0.5m用于千斤顶张拉辅助连接, 下料后, 按两种长度进行分类运至待安装位置。

垫片采用厚度为20mm钢板现场进行下料, 尺寸为100mm×100mm, 数量若干满足现场需求即可。下料完成后, 用铁箱装满运转至施工现场。对现场材料进行检查, 发现精轧螺纹钢、螺栓、连接器、垫片及止水胶条不合格或者严重破损的应做报废处理。

双壁钢围堰首节拼装完成后, 下放至水中漂浮后进行第2节拼装并与首节钢围堰进行无粘结预应力连接, 包含止水胶条、精轧螺纹钢、连接器等的安装 (见图3) 。

为了防止钢围堰漏水严重, 钢围堰连接之间及同节钢围堰片与片之间放置止水胶条。止水胶条根据预应力筋的位置环绕钢围堰内外两侧安装2层, 止水胶条与首节钢围堰上口面紧贴且放置平整, 并且涂上中性硅酮结构胶进行粘接, 以防止止水胶条定位不正确。

钢围堰片与片之间采用螺栓连接, 中间也设置2层止水胶条, 并且用海绵胶进行粘接。第2节钢围堰精轧螺纹钢及连接器的安装与定位, 按钢围堰加工预留的孔进行精轧螺纹钢定位安装 (以一个局部为例) , 按钢围堰事先预留的12孔, 将12根1.5m长精轧螺纹钢分别穿入, 靠近首节端为固定端, 用连接器连接, 远离首节的采用螺栓和垫片固定精轧螺纹钢。对于连接器 (长160mm) , 要求连接的两端精轧螺纹钢长度均为80mm。等待第2节开始吊装与首节进行连接时, 精确吊装定位后, 用履带式起重机提住钢围堰, 工人进入钢箱内部通过第2节预留的精轧螺纹钢孔反过来对首节钢围堰进行打孔, 从而固定固定端精轧螺纹钢。再用对应的12根1.5m长精轧螺纹钢通过连接器引出来与首节进行连接。伸入首节的精轧螺纹钢也采用垫片和螺母进行固定。并且, 首节与第2节钢围堰之间设置止水胶条。

采用单根逐次张拉工艺 (逆时针) , 使单根精轧螺纹钢受荷状态处于集中受力。张拉顺序如图4所示。

张拉操作步骤如下:穿入前卡千斤顶;由前油嘴向张拉缸进油, 使回程缸由后油嘴回油, 活塞后移带动穿心拉杆张拉精轧螺纹筋, 初应力 (0.1σ_con) 时记录伸长值;一次张拉至σ_con (设计有规定时按设计要求执行) , 记录伸长值, 锚固卸荷, 取出千斤顶, 一束张拉完毕。按上述步骤循环至预应力筋张拉完毕。

张拉伸长值大于千斤顶行程时, 采用分级张拉。实际伸长值与计算伸长值偏差超过±6%时应停止张拉, 查明原因, 采取措施后继续作业。张拉期间预应力应符合规范规定。

从第2节钢围堰顶部进入钢箱内, 安装张拉设备的辅助精轧螺纹钢。利用连接器将第2节精轧螺纹钢的固定端端头与辅助张拉的0.5m长精轧螺纹钢连接起来, 上面连接夹具, 再用垫片与2个32螺栓进行连接, 并进行预应力张拉。

首节与第2节为整体结构, 为不允许出现偏差, 施工期间采取以下措施控制裂缝。

1) 施工前对结构进行应力验算, 确认结构在荷载、次弯矩作用下构件的长期刚度满足构件受拉区外缘无裂纹产生。

2) 构件端部锚固后再拆除张拉设备。

3) 张拉完毕实测钢围堰变形量, 并与理论值做比较, 检测钢围堰变形是否符合要求。

4) 张拉过程中控制张拉程序, 逆时针进行张拉。

预应力筋张拉完毕后, 加固连接两节钢围堰, 需在两节钢围堰接缝处浇筑混凝土进行止水控制。

以1套双壁钢围堰为例, 双壁钢围堰采取原焊接连接, 主要人员配置如表1所示。

主要施工材料配置如表2所示。

双壁钢围堰采取预应力精轧螺纹钢连接, 主要人员配置如表3所示。

主要施工材料配置如表4所示。

原焊接与无粘结预应力精轧螺纹钢连接的经济效益分析主要是在人工和材料及工期上的对比, 采用后者可缩短工期5d。按19套双壁钢围堰计算, 采用无粘结预应力精轧螺纹钢连接施工方案合计节约人工费用为893 000元;因材料拆除后周转成14套, 材料为一次性投入, 首节河床以上部分预应力材料为不拆除, 则材料费用多投入525 056元。合计产生经济效益为:893 000-525 056=367 944元。

该技术应用于惠州市惠新大道跨东江大桥双壁钢围堰施工, 其中该技术最大特点为施工工艺的简化。常规施工方法需采用二保焊进行钢围堰拼装连接, 也对施工环境造成一定污染, 利用无粘结预应力张拉连接施工工艺, 利用水的浮力将河床以上部分自动上浮至水面以上进行拆除, 无须潜水作业, 拆除周转速度快, 安全、经济、可靠, 减少焊接作业人员, 提高作业工效。另外, 无粘结预应力连接施工工艺较常规工艺更趋合理与先进。传统的钢围堰连接才用二保焊, 工人现场进行大量焊接工作, 对环境污染极大, 特别是夏天施工, 天气炎热, 工人易中暑, 在水中进行焊接易触电、落水。后期进行拆除时, 需工人进行下水切割, 分项系数大。而该技术为精轧螺纹钢通过连接器在钢围堰内部进行连接, 使施工过程更加安全、方便、快捷, 并且无须工人下水进行拆除。因此, 无粘结预应力连接工艺为钢围堰施工提供了新的方法与途径, 大大推进了预应力结构的应用前景与应用领域, 经济与社会效益显而易见。