钢围堰施工方案
1、工程概述
呼准铁路黄河特大桥主桥26#~32#墩位于水中，根据地质水文资料可知， 26#、27#、28#墩位于主河槽，水深在1.5～3.0m，流速较大，墩位处覆盖层较薄（厚度为2~4m），主要以粉细砂为主，覆盖层往下主要为泥岩和砂岩。
2、方案选择
由于主河槽内流速较大，河床冲刷比较严重，且承台底嵌入岩层，要在岩层上筑岛或打钢板桩围堰非常困难，因此设计设计考虑采用双壁钢围堰。 采用双壁钢围堰具有以下优点：
（1）、能承受较大的水压，因此能尽可能的提高抽水水位。
（2）、结构刚性大，能承受向内或向外的压力。所以不怕洪水淹没围堰，也不怕下沉翻砂，施工十分安全可靠。
（3）、圆形双壁钢围堰工序单一，施工简便，围堰在水中是以灌水下沉，主要工作就是拼装围堰钢壳，必要时进行水下钻爆抓渣。同时围堰内没有支撑，吸泥下沉和清基都比较方便。这样能及早封底，使围堰尽早达到稳定状态。
（4）、双壁钢围堰顶部的施工平台，能够承受较大的施工荷载，可在围堰上直接做钻孔桩施工平台。
（5）、双壁钢围堰结构简单、设计快、制造方便。
3、钢围堰的结构布置
为了减少围堰内部支撑，为承台和墩身的施工提供便利，围堰设计成圆形双壁钢围堰。由于钢围堰要嵌入岩层，下沉速度较慢，考虑到工期的影响，主桥26#、27#、28#三个墩采用钢围堰，其余水中墩采取筑岛方案。设计水位采用流凌时最高水位986m，水流速度按1.5m/s；围堰尺寸按承台加大0.25m，作为施工空间。钢围堰外径为16.8m，内径为14.8m。围堰外壁采用6mm厚的钢板，内壁为4mm厚的钢板，内外壁间距为100cm。沿外壁周围间隔55.0cm设一道竖向加劲肋，竖肋采用∠75×50×6mm的角钢，每间隔一道采用[10的槽钢进行补强。横向加劲肋间距为100cm，采用∠75×75×6mm的角钢，每间隔1m左右设一道水平环形桁架和竖向桁架，桁架采用∠75×75×6mm的角钢焊接而成，具体结构见
《黄河大桥双壁钢围堰图》。围堰分3节，每节由8块组成，底节内、外壁之间设有隔仓板，隔仓板厚4mm。设置隔仓板的目的是：保证水中悬浮阶段于井壁内灌水下沉时围堰的稳定，以及沉落至河床时能分仓灌水或灌注砼，以适应河床面的高差和调整围堰的倾斜度。
4、围堰的检算
（1）、计算假定
假设水深3m、覆盖层粉细砂的厚度为4m，砂的饱和容重为20KN/m3、内摩擦角φ=35º，计算竖向加劲肋时，壁板按55cm的宽度参与受力。
（2）、围堰所受压力计算
水下7m处的静水压力：P0=γ水×h水×b=10×7×0.55=38.5KN/m
承台底处围堰所受的静止土压力：
P土=（1-sinφ）×γ砂浮×h砂×b=0.43×10×4×0.55=9.46KN/m
承台底处围堰所受的水压力、静止土压力之和为：
P=38.5+9.46=47.46 KN/m
（3）、对壁板进行检算
计算时将壁板与横向加劲肋看成一个整体受力结构，按支撑在竖向加劲肋上的多跨简支连续板计算。
□120×10mm钢板Ix= bh3/12=1×123/12=144cm4，截面面积为12cm2，围堰高度按8m计。
Ix板=bh3/12=100×0.63/12=1.6cm4
X=100×0.6×(0.3+6)/(800×0.6+12×2)=4.5cm
Ix=1.6+144×2+100×0.6×1.82+12×2×4.52=970 cm4
由程序计算出Mmax=2.7KN•m
σ =Mmaxy/ Ix =12.53Mpa
强度满足要求.
（4）、对竖向加劲肋进行计算（将其看成支撑在水平桁架上的多跨连续梁，按55cm的宽度参与受力）
∠75×50×6mm角钢截面面积为7.26cm2，W=8.12 cm3
由程序计算Mmax=1.4KN•m
σ =Mmax/W=1.4×103/8.12=172.4 Mpa
为了加大安全系数，每隔1道采用[10槽钢进行补强。因此强度可以满足要求。
（5）、水平横撑（桁架）的计算
由于圆形钢围堰的对称性，取微小单元进行计算，将非结点荷载转化为结点荷载，
杆件上所受的最大压力N=72KN
σ =N/A=72×103/(8.797×10-4)=81.85 Mpa
强度满足要求。为了增加桁架的整体稳定性，每间隔1.1m用∠75×75×6mm设一道竖向桁架，将每一层水平桁架进行连接。
（6）、抗浮力检算
若围堰封底后不渗水，则不存在浮力；万一出现渗水现象，则增加配重，在围堰顶部压上浮箱，箱中抽满水，以抵抗水的浮力，另外桩基与封底混凝土之间有很大锚固力，从而可以确保围堰的稳定。
经计算可知：围堰的结构形式，能够满足强度要求。
5、钢围堰的制造和拼装
（1）、钢围堰的加工
先根据设计分块尺寸在平整硬化后的场地（表面铺4mm厚的钢板）上放样，做出钢围堰的加工胎膜。钢围堰严格按照技术交底要求进行各部尺寸的下料，弧形板利用卷板机卷制而成。整个围堰分8块（每块3节，高度分别为3m，3m，2m。）加工，各块件在胎具中施焊成形，在浮平台上拼焊成型，经逐层检查拼焊质量并做水密试验，直至拼焊成整体。
（2）、拼装前钢围堰块件的验收
出厂的钢围堰块件按图纸要求需对结构焊缝进行检查，内、外壁板对接焊缝须通过煤油渗透试验，即在对接焊缝正面刷上煤油，反面不允许有渗油痕迹，否则渗漏处必须补焊。
块件边缘有壁板悬出，运输存放时难免变形，检查几何尺寸时应以骨架为准，分块的上下环形桁架平均弦长和理论值误差要求在规范容许的±10mm之内。
（3）、现场拼焊设备及机具
a、导向船
它是配合钢围堰拼焊、下沉、定位、围堰封底的主要设施，是由两艘200t的铁驳通过贝雷梁连接而成的双体浮式平台，驳船长30m、宽6m、型深为1.6m。
上设两座50T的龙门吊，龙门吊的跨度10m、浮式平台的净距为18m。龙门吊的提升系统由4台5T的卷扬机通过动、定滑轮组来实现，每个滑轮组由8个滑轮组成，钢丝绳直径为19.5mm，每台卷扬机的起重能力可达到40T。龙门吊支撑柱由六五式军用墩组成、每个龙门吊横梁由4排贝雷梁拼装而成，贝雷梁之间通过支撑架进行连接。龙门吊拼装时，先将六五式军用墩垫梁与驳船联接，采用Φ22的螺栓进行栓接，垫梁的方向与船体的方向垂直；然后在垫梁上拼组军用墩支柱。具体结构形式见附图。
b、拼装平台
它是由驳船与工字钢组合而成。现场加工的钢壳块件,在拼装平台上拼焊成整体，再由机动船推着平台浮运到墩位，龙门浮平台连接系先连接一侧，待浮平台就位后，将另一侧连接系连接好。然后再将围堰钢壳吊起，在浮平台内注水增加配重，由连接梁与水面之间的空隙撤离。
c、机动舟、拖轮和水上浮吊
机动舟和拖轮是水上施工动力设备，龙门吊、浮吊和浮平台的移动和定位由机动舟来完成，水上浮吊用于各种器材的吊装和搬运，同时协助拼装龙门吊、钢围堰。
（4）、现场拼焊施工及质量控制
钢围堰现场拼焊施工是由水上浮吊和汽车吊配合在浮平台上完成的，由机动舟推到墩位处，利用龙门吊将其吊起，然后退出浮平台，进行下一围堰的拼装。
现场拼焊围堰钢壳质量控制方法如下：
a、测量放线及检查。底节围堰钢壳拼装时通过刃脚底口中心与刃脚平面的垂线作为中心线，控制钢壳上口半径。以后分层接高皆以此中心线投点在内脚手架上进行放样和校核，其半径误差不得大于3cm。
b、拼装要求。各相邻水平加劲肋和支撑桁架要对齐，上、下竖肋允许不对准，但必须和水平加劲肋焊牢。内、外壁钢板拼缝不能对焊时，允许采用搭接焊或贴板焊接，但必须满焊，并保证水密。为了保证拼装时各块的稳定性，每一块钢壳内外脚部设型钢支撑，同时顶部设置2个拉点，采用钢丝绳锚固于浮平台上。
c、焊缝检查。所有壁板和隔仓的焊缝，必须做煤油渗透试验检查，并对不合格的焊缝要求修补直至合格。
6、钢围堰的浮运
先将龙门吊泊于墩位处，然后锚绳一端拴在龙门吊平台的电动卷扬机上，另一端与混凝土锚（用水上浮吊预先将锚抛好）拴牢，然后通过4台3T电动锚机分4个方向将锚绳拉紧，进行龙门吊平台的就位，形成锚碇系统。平台的偏位调整通过调节锚绳的松紧程度来实现。
为了加快施工进度，形成流水作业，施工时先将导向船（龙门浮吊）就位于墩位处锚牢固，将浮平台泊于岸边，并进行临时锚碇，在浮平台上分节拼装围堰，待底节围堰拼装完毕后，吊起上节围堰块件进行接高，先将上下节点焊，待所有块件点焊完毕后，再进行满焊，直至焊接完毕成形整体。
拼装完毕后利用2艘机动舟将浮平台推拉至龙门吊下的作业区内，由于围堰本身较高，在浮运过程中应注意将围堰与平台利用型钢牢固的连接在一起，同时注意运输速度和避开有风天气，利用龙门吊通过4个吊点将围堰吊起（吊环采用2cm厚的钢板切割而成），撤走浮平台。
7、钢围堰下沉
由于26#、27#墩承台入基岩深度分别为1.8米和1.2米；28#墩承台位于粉细砂层中，距基岩顶高度约为2.0米，因此对于26#、27#墩钢围堰下沉须要进行水下爆破，清除基岩后下沉钢围堰，28#墩可直接吸泥下沉。
（1）、嵌岩围堰（26#、27#墩）的下沉
根据工期要求，对于26#、27#墩钢围堰下沉，采取先爆破后下围堰的方法：在加工钢围堰的同时，进行水下爆破，水下爆破由专业人员进行设计，并由专业施工队伍进行施工。嵌岩围堰施工的下沉工艺如下：
1）、钻爆施工
A、施工工艺：
①钻孔作业平台：采用8个浮箱（3.0*5.0m）组拼成20.0×6.0m钻孔作业平台，YC-60型偏心跟管掘进钻机就位于工作平台上进行钻孔。钻孔平台的锚固利用四个3.0T的锚机与7.0T的混凝土锚碇相结合进行锚固。
②钻孔：先下套管到硬基岩上（通过淤泥、覆盖层进入基岩），然后用直径较小的接杆凿岩钻机在套管内进行钻孔作业。设计钻孔范围为直径为18.0m的圆。 ③装药：由于水下施工，采用防水炸药（乳化炸药）。装药时，可在打好炮孔
后拔出钻杆时，通过套管往孔内插入一根塑料管，然后拔出套管，塑料管将炮孔连接到水面上，在适当的时候通过套管进行装药。
④起爆：每个炮孔装入至少两发雷管，根据起爆顺序和分段起爆方式连接起爆网路。
B、钻孔设计
①最小抵抗线：根据实际情况，最小抵抗线的选取应比在陆地上钻孔浅眼爆破要减少15%左右，w=1.2m。
②孔间距：a=1.2w=1.5m
③钻孔深度和超钻深度：根据爆破岩石的性质和爆破的深度而言，钻孔深度为H=2~4m，超钻深度为Δh=0.3H=0.6~1.2m。
④单孔装药量：考虑水深的影响，单孔装药量可按下式计算：
Q=KwaH（1.45+0.45e-0.33（H0/w））
其中w为最小抵抗线（m），a为孔间距（m），H为孔深（m），
H0为水深（m），K为岩石单位耗药量（kg/m3），取0.72 kg/m3。
⑤堵塞长度：L1=(0.3~0.4)w，这里取0.5m。
⑥起爆网路：根据水下爆破的情况，水深较浅，采用非电导爆管双向起爆网路。
⑦根据施工的需要，爆破时只爆破下沉钢围堰的范围，采用中心掏槽，外围光爆的水下钻孔爆破方式。掏槽孔采用菱形掏槽方式。（具体见炮孔布置附图）
C、 爆破参数：
爆破参数一览表
2）、下沉 钻爆完成后，撤走钻机平台，进行龙门吊就位，然后将拼装好的钢围堰就位于墩位处，用龙门吊将围堰吊起，然后往浮平台驳船里注水，使浮平台驳船下沉一定高度，撤走浮平台驳船。同时下放卷扬机钢丝绳，使围堰下沉，下沉时确保围堰中心线基本靠近墩的中心线。当围堰下沉过程中，浮力大于围堰本身自重，但尚未进入河床时，向围堰内注水使围堰下沉。
当围堰进入河床后，先利用6寸口径的真空吸泥泵进行水下吸泥，当围堰下沉至基岩后，利用50T驳船作为清碴平台，平台上停泊25T履带吊（配抓斗）或长臂挖掘机进行抓碴清基，必要时可以由潜水员进行人工配合，对于尚未完全爆破到位的余留部分，采取放小炮方法进行二次爆破清除。清碴的同时，继续向围堰内加水，必要时加砂或砼来增加重量下沉，围堰钢壳内所加物质（水、砼、砂）重量应使吊架放松时围堰进入河床，同时吊点施力后又可将围堰吊离河床。在这种情况下，使用锚绳、拉缆以及围堰下节的前后兜缆对围堰位置进行调整，使围堰精确定位和刃脚底口对中。落底稳定后兜缆即抽出，回收。
（2）、非嵌岩钢围堰（28#墩）下沉
由于28#墩钢围堰位于砂层中，考虑冲刷和下沉的影响，围堰底刃脚下沉至基岩顶面，其施工方法与嵌岩围堰基本相同，但不需要进行抓碴作业，直接采用6寸口径的真空吸泥泵，由吊车配合潜水员水下吸泥作业。吸泥过程中应进行测量，防止超欠挖。
（3）、围堰下沉到位后，在封底前，为防止围堰迎水面因冲刷而掏空，在围堰前端迎水面抛填草袋进行防护，必要时采用片石围笼防护。
（4）、钢围堰下沉施工的技术标准
桥涵施工规范规定，定位落底的最后容许误差为：
a、倾斜度不大于围堰高度的1/50；
b、中心位移不得大于高度的1/50+25cm；
c、平面扭角不得大于2º。
8、钢围堰的定位和锚固
围堰在墩位的锚碇系统主要靠锚定于墩位处的龙门吊来控制，以保证钢围堰
下沉时能准确到达设计位置。锚碇块初步考虑采用混凝土锚，设计锚重采用W=2.5R（W为锚重，R为锚碇力）配置，每个混凝土锚的重量为7T左右。
根据水流速度及围堰的入岩深度情况，选择合适吨位的多个锚对围堰进行锚碇。初步考虑从上游分三个方向，两两成45º角，下游分两个方向，成90º角进行锚碇；同时可以通过调整锚绳的松紧程度，调整钢围堰的偏位情况。锚绳利用3T的卷扬机拉紧，钢丝绳的规格为Φ19.5mm，每根锚绳的长度初步考虑为40m左右。
9、钢围堰的封底
（1）、钻孔钢护筒的安装
钢护筒的安装是在围堰清碴完成后进行。护筒采用8mm钢板加工而成的整体式全钢筒，内径170cm，高度按底口接触封底砼底面，上口高于围堰顶面100cm左右。安装前先将围堰顶找平，然后在围堰上拼装钻孔平台。平台主梁采用贝雷片，在贝雷片上用型钢焊接井字架，进行护筒的定位，围堰面与贝雷梁的接触点要用10mm厚的钢板进行补强，并且内外壁之间要适当增加角钢斜撑，以增加围堰的承载能力。护筒通过井字架下放，着床后为防止封底时下部移位，在护筒内抛填砂袋进行固定。所有护筒就位后，用型钢连接使其形成一个整体，增加稳定性。
（2）、围堰封底
在基底清理和护筒安装完成后，即可用4~6根Φ30cm的导管进行围堰内水下混凝土封底。封底前根据河床的冲刷程度，必要时在围堰的迎水面抛填砂袋，防止严重冲刷，确保围堰内保持为静水。每根混凝土导管长10m，每根导管的顶端均设一个1m3的漏斗，每个漏斗下端设有闸门阀。
导管在工作平台上预先分段拼装，吊放时再逐渐接长，下放时保持轴线顺直。导管口下沉至岩面后提升至距岩面20~40cm，然后用倒链固定在工作平台上。封底导管的布置要特别注意使混凝土在钢护筒周围和围堰内的流动顺畅。封底前后设置测点进行测点标高的测定，确保封底厚度基本一致。
封底采用20号水下不分散混凝土，所配制的混凝土缓凝时间为48h，坍落度为18~22cm。为保证封底混凝土的质量，必须连续供应并在尽可能短的时间内完成灌注。
（3）、平台的安装
钻孔固定平台尺寸为12×12m。平台底面标高和围堰顶面标高相同。封底完毕后，在贝雷梁上横桥向均布I22a工字钢，间距a=1.5m（具体见附图）；工字钢
顶上满铺20×20cm方木，作为平台面层。为了保证平台的承载能力，必要时在护筒上焊接牛腿，增加贝雷量梁的支撑点。在布设面层方木时预留出钻孔桩位置（2×2m空档）并在已成桩或暂不钻孔的空档上铺放钢制井盖，以免出现危险。平台施工用运输船将型钢、方木等材料分别运到墩位，由浮吊配合吊装就位。
（4）、围堰的割除
承台、墩身施工完毕后，在低水位时进行围堰的割除。因为此时围堰内外的水头差较小，仅靠外壁即可承受水压，切割内壁的工作可在围堰抽水情况下进行。然后，围堰内灌水，由潜水员在围堰内切割围堰外壁，施工操作比较容易安全。
切割线设于离围堰壁内混凝土面0.5~1.0m。在切割之前，先沿围堰内壁切割线设4对支座，支座位置的内壁先作好处理，以便在切割后能保证上下部钢壳的连接。另外，在已筑的墩身和围堰之间设两层木撑，以承受切割时或切割后围堰受到的水压力。
内壁切口选择在钢壳两层水平桁架之间，为便于以后潜水员工作，切口宽度应大于70cm。内壁切割完后，用木条镶固在外壁板内侧，形成周圈切割线，以便潜水员沿此线进行水下切割。 完毕后，分块用浮吊吊出。
10、水上施工安全保证措施
（1）、为了确保水下作业人员的安全，必须配备氧气仓和潜水服。下水前要对潜水服和氧气仓的供氧管路仔细进行检查，对各接头的破损的橡胶垫片及时更换，同时要将螺栓拧紧。
（2）、水上作业人员必须配备救生衣、安全帽，水上作业平台周围必须设置防护栏杆。
（3）、保证水下和水上的通讯设备完好，出现问题及时沟通。
（4）、潜水前，潜水员要熟悉围堰的结构，防止水下作业时潜水服被围堰割破，必须支撑牢固后在进行切割作业。
（5）、潜水员水下连续作业最好不超过2小时。
（6）、要经常对水上作业设备进行检查，发现漏水或出现故障及时进行修补。
（7）、水上设备作业前，必须锚碇牢固，防止发生倾覆事故，同时要对起吊设备的起吊能力进行检算，选择合适型号和规格的卷扬机、钢丝绳。
（8）、围堰下沉时，要采取有效措施，防止倾斜和偏位。
（9）、水下爆破必须由专业爆破员进行，同时要采取防护措施，防止岩石飞溅。
（10）、为加强黄河水生动物（如鱼类），防止水中冲击波的危害，可采用“气泡帷幕”方式进行。在钢围堰周围，被保护的目标前的水底处设置有两排气孔的钢管和压缩空气的发射装置。在爆破前往发射装置输入压缩空气后，气泡从钢管的气孔中连续不断的发射出细小的气泡，众多的气泡从水底往水面方向移动，形成一道气泡“帷幕”，以减弱水中冲击波对保护目标的破坏。
（11）、水下爆破的装药量不要太大，以免出现超爆现象，引爆时要有专人统一指挥。
（12）、要经常对水上的电力管线进行检查，发现破损及时进行整修和更换。
爆破施工方案：
方案1：黄河淤积大，关键在于实现沙与石的置换。
优点：围堰下沉易纠偏，到位快，易调整，同步施工不干扰。 方案2：清淤量可控制，关键在于清石渣很困难