发明内容
本发明所要解决的技术问题是在不需要前期对河床底的不规则灰岩进行爆破等拆除处理的情况下如何构筑钢围堰并减少钢围堰工程数量和封底混凝土的工程量。
为实现上述目的，本发明提供了一种异型钢围堰施工方法，包括：测量定位确定钢围堰17位置，钢管桩支架的搭设，钢围堰17下放固定装置的安装，钢围堰拼装、接高、下放，钢围堰纠偏、定位，隔舱及钢围堰内封底，钢围堰钢管桩支架拆除，桩基钻孔平台搭设，钢护筒24定位安装、最后一次封底、钻孔成桩，桩基钻孔平台拆除、钢围堰内抽水，桩头混凝土凿除、进行承台和墩身施工，钢围堰切割、回收、清理河道；其中钢围堰拼装过程中首先进行首节即异型底节6的拼装：首先进行异型底节6的首个非标准块的临时定位，以使钢围堰平面位置偏差在规范或设计允许范围内，然后逐块吊装其它非标准块或标准块并进行定位，完成拼装焊接，拼接完成的异型底节6形状能与河床紧密结合。
所述钢管桩支架的搭设是采用整体式支架，首先根据确定的钢围堰的位置依次扶起三根钢管桩18形成三角结构，每两根钢管桩18设剪刀撑33连接形成稳定的三角形结构，以此结构向四周增设钢管桩并用剪刀撑33连接，最终便形成一个整体式钢管桩支架。
所述钢围堰下放固定装置的安装过程中，在钢管桩支架四周水平设置支撑牛腿21，作为拼装异型底节6时拼装块挂放的临时支撑。
在所述钢管桩支架搭设完成后，在钢管桩支架的上水平面上横竖搭放工字钢19，为钢围堰下放时挂放手拉葫芦20，用于焊接时拼装块的定位和钢围堰的下放。
在所述钢围堰的接高、下放过程中，异型底节6拼装完后并固定牢固后，开始按顺序吊装第二节即标准节7的各标准块，每块标准块准确对位后进行焊接，完成第二节的焊接，拼装完毕确认不漏水后，割除支撑牛腿21，在统一指挥下同步下放至第二节围堰顶露出水位线32，进行第三节围堰拼装，第三节围堰拼装完毕后再次整体下放，如此循环直至围堰着床。
焊成的异型底节6的底端有刃角8，在所述钢围堰隔舱内封底前，对钢围堰内的复杂河床地形情况进行详细测量，如钢围堰刃角8处和外部穿通及刃角8与河床面的有空隙，则进行堵漏。
所述钢围堰堰内封底过程中，根据钢围堰内的河床地形，钢围堰内采用多次分区封底，其中最后一次封底在钢护筒24定位安装后进行。
在钢围堰上设置排水孔道，用于在钢围堰堰内封底时将堰内的水排出。
所述钢围堰内抽水后，在钢围堰内部设置加强围檩31。
所述钢护筒定位安装过程中，在工字钢二25和工字钢三26主梁上安装导向架30，导向架30采用#字型，围成的空间的直径比钢护筒24直径大，安装前在工字钢主梁上测量放样定好桩位，然后准确对位安装并固定导向架30。
异型有刃角双壁钢围堰施工方法，针对桥梁深水墩基础处河床无覆盖层且岩面坡度陡峭、不规则的特点，按钢围堰着床的线形，首节加工成异型(折线型或弧线型)开放式有刃角的拼装块，上部各节加工成标准节拼装块，且围堰高度随河床变化，在事先搭设好的钢管桩支架的支架牛腿上拼装、接高、下放钢围堰，直至钢围堰与河床紧密结合，进行围堰隔舱、围堰内几次封底调平河床后下放钢护筒，再进行围堰内最后一次封底施工，然后搭设钻机平台进行桩基施工，直至完成承台、墩身施工。本发明对河床覆盖层薄或无覆盖层、河床地形复杂的深水桥墩基础施工，克服了常规双壁钢围堰底节形状规则的缺点，围堰底节根据桥墩基础的河床地形现状加工成异型开放式有刃角拼装节，有利于围堰底节与河床紧密结合，免去了河床底岩层爆破凿除的工程量，易于下一步封底施工，且能节省封底混凝土数量和钢围堰加工的工程量，钢围堰采用多次分区封底，可大量减少封底混凝土的用量。本发明施工方法简单，易于操作，分节分块拼装方便，大大提高了生产效率，缩短了施工工期，部分节段可循环使用。该项技术适应于各种复杂河床地形的明显优势，对于我国铁路、公路、市政等桥梁深水墩基础和类似的结构工程施工有着非常强的适用性和优越性。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
一、对于韶关浈江大桥1#墩异型钢围堰：
如图1所示，根据韶关浈江大桥1#主墩桩基的布置和承台5的形状，钢围堰设计为矩形开放式双壁结构，即钢围堰17，由下游侧1、赣州侧2、韶关侧3、上游侧4构成，矩形的外壁尺寸为17m×17m，矩形的内壁尺寸为15m×15m，隔舱宽1m，内骨架采用∠75×75×8mm角钢连接加固；所谓开放式就是双壁构成的隔舱为开放式，即隔舱为上下相通，可以向内灌注混凝土。
如图2、3所示，自钢围堰顶到4.5m位置壁板厚8mm，4.5m以下壁板厚10mm。矩形钢围堰的受力状态较普通的圆形钢围堰差，因此钢围堰内设置了两道围檁，隔舱内用型钢和钢管作纵横支撑，即竖肋9和行桁10，以加强钢围堰的刚度。
如图4～9所示，1#墩异型钢围堰由1个矩形异型底节6和4个矩形标准节7(即第2至5节)拼焊组成。总重161.9t：其中4个标准节18重量为94.4t，异型底节17重量为67.5t。由于墩位处河床陡，高差很大，钢围堰的高度和刃角需按地形变化设置，形成特殊的异形钢围堰，其高度最大为10.5m，最小为6.0m。异型底节6的下端有刃角8，刃角板厚12mm，刃角高度C为0.8m，其斜口角α成45度，开口宽D为0.4m。异型底节6由4个侧面组成，分别是如图4所示的下游侧、如图5所示的赣州侧、如图6所示的韶关侧、如图7所示的上游侧，由14个非标准块101-114和12个标准块(8个标准块一115、4个标准块二116)组成。其中，异型底节6下游侧由4个非标准块101～104组成；异型底节6赣州侧由4个非标准块105～108组成；异型底节6韶关侧由3个非标准块119～111、4个标准块一115、2个标准块二116组成；异型底节6上游侧由3个非标准块112～114、4个标准块一115、2个标准块二16组成。标准块115几何尺寸为6.0m×1.5m×1.0m；标准块116几何尺寸为5.0m×1.5m×1.0m。标准节7，由8个标准块一115和4个标准块二116组成。上述各组件之间可以通过焊接组装。
如图10～图25所示为根据河床地形设计的组成异型底节6的非标准块和标准块，其中安装到异型底节6最下端的非标准块或标准块的下端设计成刃角8。为方便施工各节块尽量规则。
上述尺寸只针对新建赣韶铁路的韶关浈江大桥1#墩，其它公路、铁路桥梁应根据具体情况可做适当调整。
二、对于韶关浈江大桥2#墩异型钢围堰：
如图26所示，根据韶关浈江大桥2#主墩桩基的布置和承台5的形状，钢围堰设计为矩形开放式双壁结构，由下游侧1、赣州侧2、韶关侧3、上游侧4构成，矩形的外壁尺寸为15m×15m，矩形的内壁尺寸为13m×13m，隔舱宽1m，内骨架采用∠75×75×8mm角钢连接加固；所谓开放式就是双壁构成的隔舱为开放式，即隔舱为上下相通，可以向内灌注混凝土。
如图27、28所示：自钢围堰顶到4.5m位置壁板厚8mm，4.5m以下壁板厚10mm。矩形钢围堰的受力状态较普通的圆形钢围堰差，因此钢围堰内设置了两道围檁，隔舱内用型钢和钢管作纵横支撑，即竖肋9和行桁10，以加强钢围堰的刚度。
如图29～图34所示，2#墩异型钢围堰由1个异型底节6和3个标准节7(即第2至4节)拼焊组成，总重122t：其中3个标准节重量为73.2t，异型底节重量为48.8t，异型底节17重量为67.5t。由于墩位处河床陡，高差很大，钢围堰的高度和刃角需按地形变化设置，形成特殊的异形钢围堰，其高度最大为10.5m，最小为6.0m。异型底节6的下端有刃角8，刃角板厚12mm，刃角高度C为0.8m，其斜口角α成45度，开口宽D为0.4m。异型底节6由4个侧面组成，分别是如图29所示的下游侧、如图30所示的赣州侧、如图31所示的韶关侧、如图32所示的上游侧，由16个非标准块201～208、211、212和6个标准块(4个标准块三209、2个标准块四210)组成。其中，异型底节6下游侧由5个非标准块201～205组成；异型底节6赣州侧由3个非标准块206～208、4个标准块三209、2个标准块四210组成；异型底节6韶关侧由1个非标准块211、2个非标准块212组成；异型底节6上游侧由5个非标准块201～205组成。标准块209几何尺寸为6.0m×1.5m×1.0m；标准块210几何尺寸为3.0m×1.5m×1.0m。标准节7，由8个标准块三209和4个标准块四210组成。上述各组件之间可以通过焊接组装。
如图35～图46所示为根据河床地形设计的组成异型底节6的非标准块和标准块，其中安装到异型底节6最下端的非标准块或标准块的下端设计成刃角8。为方便施工其他各节块尽量规则。
上述尺寸只针对新建赣韶铁路的韶关浈江大桥2#墩，其它公路、铁路桥梁应根据具体情况可做适当调整。
三、对于上述韶关浈江大桥1#、2#墩异型钢围堰：
上述韶关浈江大桥1#、2#墩异型钢围堰焊接组装完后，刃角8被加工成折线型或弧线型，即异型，能够适应河床灰岩11无覆盖层、坡度陡的特点，且围堰底节高度也随河床变化，钢围堰与河床紧密吻合，尽量减少钢围堰与河床之间的空隙，虽然钢围堰加工制作、下落、就位难度大一些，但不需要前期对河床底的不规则灰岩11进行爆破等拆除处理，甚至可以允许河床上有如图3所示的难以清除的孤石16，减少了钢围堰工程数量和封底混凝土12的工程量，经济适用，又确保了施工工期和安全目标的实现。
因河床坡度大且多孤石16，钢围堰的双壁构成的隔舱采用开放式有利于钢围堰四壁均匀支撑平衡受力。
壁宽D由1m减少至0.4m后形成的刃角8可减少河底孤石16的影响，还可使封底混凝土12与钢围堰刃角8能充分接触，封水效果好。
四、本发明异型钢围堰的具体施工工艺流程，如图66所示：
1、测量定位确定钢围堰位置
根据承台5的几何尺寸和工作面确定钢围堰17的大小，计算出钢围堰17四角的具体位置，并根据钢围堰17四角的位置搭设钢管桩支架。
2、钢管桩支架的搭设
钢管桩支架的搭设是钢围堰施工的关键步骤之一，因河床无覆盖层，钢管桩无法竖立，采用整体式支架。施工船就位锚定后，首先扶起三根φ53cm厚δ8mm的钢管桩18，即三根钢管桩18形成三角结构，每两根钢管桩18设剪刀撑33连接形成稳定的三角形结构，以此结构向四周增设钢管桩，最终便形成一个整体式钢管桩支架。上述过程分四步：(1)、如图48，所示首根钢管桩18插打；(2)、如图49所示，第二根钢管桩18插打，施工时先用槽钢将第一根钢管桩固定在施工船上，并将第一根与第二根钢管桩通过剪刀撑33相连；(3)、如图50所示，第三根钢管桩18插打，施工时先用槽钢将第二根钢管桩固定在施工船上，并将第二根与第三根钢管桩通过剪刀撑33相连；(4)如图51所示，以先插打的三根桩形成三角结构向四周增设钢管桩18并用剪刀撑33连接，最终便形成一个整体式钢管桩支架(共12根钢管桩18)。如图52、53所示，在钢管桩支架的上水平面上横竖各搭放4根I56cm的工字钢19，为钢围堰下放时挂放手拉葫芦20用。
3、钢围堰下放固定装置的安装
如图52所示，在钢管桩支架四周水平设置支撑牛腿21，作为钢围堰拼装块挂放的临时支撑。在支架工字钢19末端设置吊环22，并在吊环22处设置竖向限位装置23，钢围堰拼接块上焊接吊耳34，吊环处安放5t手拉葫芦20，共设置16个，使之能够承受钢围堰的整体重量，确保施工安全和钢围堰下放定位准确。
4、钢围堰分块运输
用汽车吊将加工制作好的钢围堰拼装快分节分块起吊上施工平台作业船，运至钢围堰安装施工平台处准备进行分块拼装焊接。
5、钢围堰拼装、接高、下放
(1)钢围堰17拼装：首节即异型底节6的拼装：如图53所示，钢围堰分节分块运到桩位处后，首先进行异型底节6的首个非标准块的临时定位，以使钢围堰平面位置偏差在规范或设计允许范围内，然后用吊车逐块吊装其它非标准块或标准块，完成拼装焊接。钢围堰拼装难点在异型底节6的结构安装，由于异型底节6高差悬殊较大，考虑到受力平衡，首先利用手拉葫芦20悬挂下、上游两侧1、4非标准块，再吊装靠韶关侧3最低部分非标准块进行对接，然后进行焊接，当全部焊缝焊完经打磨平整并经外观检验合格后，对内、外壁板主焊缝及角接焊缝做煤油渗透试验，以检验其水密性，以确保其对接焊缝质量。检查完毕后方可下沉钢围堰至适当位置，再进行赣州侧2非标准块的对接拼装焊接，直到异型钢围堰异型底节6顶部形成一个矩形平面后，方才完成了如图54所示的首节异型钢围堰，即异型底节6的拼装工作。
(2)钢围堰接高、下放：如图55所示，异型底节6拼装完后并固定牢固后，开始按顺序吊装第二节即标准节7的各标准块，每块标准块准确对位后，上下两层先点焊固定，等各标准块全部对位并调整准确后再进行整体长焊缝的焊接连接，完成第二节的焊接。
如图56所示，第二节钢围堰拼装完毕确认不漏水后，割除支撑牛腿21，在统一指挥下同步下放钢围堰。下放至第二节围堰顶露出水位线32的距离为60cm，进行第三节围堰拼装，第三节围堰拼装完毕后再次整体下放，如此循环直至围堰着床，且顶节围堰高出水位线32的距离为1.2m。围堰下放时各手拉葫芦操作手应由专人统一指挥，统一节奏，确保围堰四面同步下放。
6、钢围堰纠偏、定位
钢围堰下沉时需反复多次进行调整其垂直度、倾斜度、平面位置及偏扭，最后使其在偏差允许范围内。每个吊点控制手拉葫芦的施工人员要做到下放时协调一致控制好下放高度，力求各吊点受力均衡，防止钢围堰发生偏位及单点受力造成安全事故。在下沉过程中如遇障碍物(比如大孤石)时，立即停止下沉，由潜水员下潜进行详细勘察，分析原因，采取措施及时处理后，方可继续下沉直至达到设计标高，最后将钢围堰顶部与钢管桩支架进行临时焊接定位。
7、隔舱及钢围堰17内封底
由于钢围堰所处河床位置赣州侧2与韶关侧3高差达4.5m，为保证封底质量，采用水下C30混凝土，封底混凝土平均厚度为3.5m。
封底施工前在钢围堰四角及每面的中间位置标注封底后混凝土12上面至钢围堰顶的距离，封底施工时为保证封底混凝土厚度应适时测量。
(1)如图57所示，钢围堰隔舱内封底：由于钢围堰范围内河床面没有覆盖层，全是裸露岩层，在钢围堰下沉到位后灌注封底混凝土12前，应对钢围堰内的河床地形情况进行详细测量，并由潜水员沿钢围堰四周刃角认真探察，如刃尖处有和外部穿通的现象及刃角8与河床面的空隙部位，用麻袋混凝土或麻袋砂卵石堵漏，保证封底混凝土12不外漏。封底混凝土12利用输送泵管依次单点插入隔舱内进行封底施工，泵管离河床面高度按常规水下灌注混凝土施工要求控制。封底混凝土12顶面高度应控制在河床面以上3m，目的是利用混凝土自身重量进行压实，使之与河床面紧密结合，同时又能增加钢围堰17下异型底节6部分刚度和稳定性。
为了在混凝土灌注过程中保持钢围堰17内外水头平衡，在钢围堰上设置排水孔道(在钢围堰制作时设置)，因为大面积封底不能一下把围堰刃尖封死，随着混凝土的下灌，围堰内的水要向外排流，如不设排水孔，大量的水就从刃尖处向外渗流出去，最后将集中在一处排出，此处的混凝土不断受水流冲洗，在将来抽水时，可能有漏水现象。
(2)如图58、2所示，钢围堰围堰内封底：河床落差达4.5m，河床距承台底的平均厚度为2.5m，这给封底带来了极大的难度，既要有好的封底效果又要尽量少的侵入承台，而且由于河床无覆盖层，为防止一次大量混凝土封底引起围堰沿河床下滑，将围堰内分成三个封底区域，逐个封底，即第一次混凝土封底13、第二次混凝土封底14、第三次混凝土封底15，其中第三次封底在钢护筒24定位安装后进行。
8、钢围堰钢管桩支架拆除
如图59所示，围堰隔舱内封底完成后，利用水上吊车船和施工作业船将钢围堰钢管桩支架拆除，为下一步搭设桩基钻孔平台做准备。
9、桩基钻孔平台搭设
如图60所示，以钢围堰为支撑，垂直河道方向搭设7根I56cm的工字钢二25，中间以φ53cm厚δ8mm的钢管桩二27为支撑，I56cm的工字钢二25上设置11根I40cm的工字钢三27，避开桩位布置，上下层工字钢焊接连接。工字钢上铺设间距30cm的[14槽钢横梁28，槽钢上除钢护筒位置外铺8mm厚的钢板29，钢板29与横梁28接触面采用焊接加固。
10、钢护筒定位安装、第三次封底、钻孔成桩
首先安装导向架：如图64所示，在I56cm的工字钢二25和I40cm的工字钢三26主梁上安装[20槽钢导向架30，导向架30采用#字型，围成的空间的直径比钢护筒24直径大5cm，安装前在工字钢主梁上测量放样定好桩位，然后准确对位安装导向架，导向架30与工字钢主梁连接采用焊接固定。
如图61所示，钢护筒24由吊车吊放人工帮扶下放，在钢护筒外壁吊吊锤以控制钢护筒的垂直度。钢护筒定位安装完成后进行第三次封底施工，待第三次封底混凝土15初凝后即可进行钻孔成桩施工。
11、桩基钻孔平台拆除、钢围堰内抽水、设置加强围檩
如图62所示，桩基施工完毕后即可拆除钻孔平台。
如图63所示，为保证钢围堰的抗水压能力在其内部设置两道加强围檩31，第一道布置在距钢围堰上口下2m处，采用I40cm的工字钢沿围堰内壁设置一圈，并用6根I40cm的工字钢对撑于两壁间(横向2根，纵向4根)；第二道采用φ53cm厚δ8mm的钢管桩对撑于围堰两壁间(横向纵向各2根，如图8)，设置加强围檩31时一定注意测量，围檩不得侵入承台。
12、桩头混凝土凿除、进行承台和墩身施工
封底混凝土及桩头混凝土超高部分采用风镐凿除，桩头伸入承台15cm，桩头钢筋伸入承台98cm。
将承台范围内的围堰封底混凝土12凿至承台底标高处找平，并将露出的钢管桩和钢护筒24割除，然后进行钢筋绑扎施工，安装承台模板，浇筑承台混凝土，承台施工完毕后即可进行墩身施工。
13、钢围堰切割、回收、清理河道
墩身施工完成后及时进行钢围堰的拆除和水下切割、回收工作，清理河道达到水保及航道的要求。
五、其它注意事项
1、底节双壁钢围堰形状应尽可能的与河床一致，以便围堰能与河床更好的吻合，这就要求在施工前应尽可能准确的摸清河床的地形。
2、施工前应对钢围堰进行受力计算，确保钢围岩具有足够的强度、刚度和稳定性。
3、钢围堰加工过程中应严格保证各部分焊缝的质量，对关键受力焊缝应作探伤检验，对有所有焊缝作水密性试验。
六、本发明的技术效果
1、异型钢围堰施工方法对河床覆盖层薄或无覆盖层、河床地形复杂的深水桥墩基础施工，克服了常规围堰底部形状规则的缺点，围堰底节根据桥墩基础的河床地形现状加工成异型开放式有刃角拼装节，有利于围堰底节与河床紧密结合，免去了河床底岩层爆破凿除的工程量，易于下一步封底施工，且能节省封底混凝土数量和钢围堰加工的工程量。
2、从施工可行性来说，由于钢围堰底节是异型的，四壁高低相差大，无法采用浮运定位；单从采用开放式这一角度来说，河床坡度大且多孤石，采用开放式有利于钢围堰四壁均匀支撑平衡受力，采用开放式能最大化减少孤石的影响；刃角的好处在于：首先壁宽由1m减少至0.4m可减少孤石的影响面积，其次封底混凝土与围堰刃角能充分接触，封水效果好。
3、异型钢围堰施工方法，施工方法简单，易于操作，分节分块拼装方便，大大提高了生产效率，缩短了施工工期，部分节段可循环使用。该项技术有适应于各种复杂河床地形的明显优势，对于我国铁路、公路、市政等桥梁深水墩基础和类似的结构工程施工有着非常强的适用性和优越性。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，例如，钢围堰还可以设计为圆形或椭圆形的单壁或双壁结构等等，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。