橋梁深水基礎雙壁鋼圍堰施工工藝

摘 要：結合工程實踐，針對雙壁鋼圍堰的施工技術進行了總結，并就就圍堰的拼裝、起吊、下沉定位等幾個方面，論述了橋梁深水基礎雙壁鋼圍堰的施工技術。闡述了施工中的注意事項，指出了施工中的技術難點和解決措施。

關鍵詞：深水基礎；雙壁鋼圍堰；施工工藝

引 言：

雙壁鋼圍堰一般用以配合深水中的大直徑鉆孔群樁基礎施工，雙壁鋼圍堰法修筑基礎即為浮式（著床型與非著床型）沉井加鉆孔基礎，鋼沉井只起施工圍堰的作用，不參與主體結構受力、其基底不采取大面積清理基底淤泥方式，而是鉆孔嵌入巖石。浮式鋼沉井浮運就位時，不是在沉井內加設鋼氣筒壓氣排水來增加浮力，而是將中空的井壁向上延伸來增加浮力。同時不設隔墻，由于從下至上均為雙壁結構，且中空的雙壁較厚，空艙內壁有水平桁架支撐，其剛度較大、強度較高，能夠抵抗很大的水頭差，一般在30米以上，鋼板樁在20米以下。能夠承受較大的壓力，能夠承受洪水沖擊。圍堰內無支撐體系，工作面開闊，吸泥下沉、清基鉆孔、灌注水下混凝土均很方便。

1 工程概述

某大橋跨越，全長1620，主橋為雙塔中央索面預應力混凝土斜拉橋。橋址處江水面寬1020m 左右，平均水深9m ，最大水深約19 m 。設計水位12m ，最高通航水位8.10 m ，常水位5.0 m ，河床最深高程-10.90 m 。沿河床面從上向下巖性為淤泥質亞黏土、細砂、粗砂、卵石土、漂石。

2 深水承臺雙壁鋼圍堰施工總體方案

某大橋主墩承臺為圓形結構，直徑Φ22m ，高5.5m ，封底混凝土厚2.5m 。承臺頂面標高-2.0m ，底面標高-7.5m ，施工常水位+5.0m 。

主墩承臺采用雙壁鋼圍堰施工，雙壁鋼圍堰內徑22.2m ，外徑24.6m ，雙壁間距1.2m 。圍堰總高度20.2m ，豎向分為3 節，底節高10m，中節高8m，頂節高2.2m，其中頂節為單壁結構。每一節沿圓周方向平均分成20 塊，每2 塊組成1個隔倉，共設10個隔倉。底節在平臺上拼裝成整體，澆筑刃腳混凝土后起吊下放入水，懸浮狀態下拼裝中節及頂節，注水下沉著床，圍堰內吸泥并澆筑隔倉混凝土壓重下沉就位，澆筑封底混凝土，抽水后進行承臺施工。主墩雙壁鋼圍堰施工如圖1所示。

圖1 主墩承臺施工雙壁鋼圍堰

3 深水承臺雙壁鋼圍堰施工關鍵技術

3.1 雙壁鋼圍堰結構構造

雙壁鋼圍堰內外壁之間采用桁架支撐，圍堰壁板根據部位不同分別采用5mm和6mm厚鋼板，刃角鋼板用10mm厚鋼板，以確保圍堰的整體剛度。壁板豎肋一般位置分別采用∠56×5×36 和∠63×6×40 不等邊角鋼；在圍堰倉壁內混凝土頂面附近位置為∠100×6×63，壁板橫肋采用厚10mm和12mm的鋼板圓環；內外壁間水平撐采用∠63×6×63角鋼。

3.2 雙壁鋼圍堰拼裝

雙壁鋼圍堰由工廠加工，為方便運輸，將雙壁鋼圍堰徑向20 等分成3.86m寬圓弧形圍堰單元，由平板汽車通過棧橋運輸至墩位拼裝平臺，由跨墩門吊起吊組拼焊接。

3.2.1 拼裝平臺的搭設

拼裝平臺利用原鉆孔平臺及鉆孔樁鋼護筒，護筒牛腿上擺放型鋼分配梁，在分配梁頂鋪設腳手板，沿圍堰刃腳圓周鋪設花紋鋼板，調整花紋鋼板使其頂面標高一致。某大橋雙壁鋼圍堰拼裝示意圖如圖2 所示。

圖2 大橋雙壁鋼圍堰拼裝示意

3.2.2 雙壁鋼圍堰的拼裝

首先在拼裝平臺上放出圍堰刃腳外圍輪廓線，并用油漆將每一節段圍堰邊線位置標出，將第一塊圍堰作為基準節，其余節段拼裝時沿基準節段對稱向兩側推進。拼裝時利用30t門吊起吊基準節至規定輪廓線位置，調整其垂直度<1% ，頂部兩端高差<2m m ，利用臨時支撐將基準節與拼拼平臺焊接固定后，進行后續節段鋼圍堰拼裝。

3.2.3 拼接縫的焊接

兩片底節鋼圍堰立起后按拼裝位置放好，根據對接情況劃線割除對接多余鋼板，調整變形內外壁板，操作時要邊拼裝、邊調整，待全部點焊成型后，方可全面焊接。

3.2.4 接縫的檢查

所有拼接焊縫抽樣50 % 進行超聲檢測，100 % 進行煤油滲透試驗檢驗，在焊縫正面用石灰水刷成白色，背面涂刷煤油，觀察其滲透情況。若有煤油滲至正面，則將該處焊縫鏟除，重新按規定復焊。

3.2.5 刃腳混凝土的澆筑

底節圍堰在平臺上拼裝完成后，經檢驗合格，在隔倉內澆筑刃腳混凝土。

3.2.6 水密試驗

刃腳混凝土澆筑完成后，須在圍堰隔艙內注水，進行水密試驗，以檢驗圍堰拼縫及隔倉是否漏水，同時檢查圍堰內壁承壓能力。

3.3 雙壁鋼圍堰起吊下放技術

第一節雙壁鋼圍堰自重157t，采用千斤頂+吊桿下放。

3.3.1 起吊系統的設置

起吊系統由承重鋼護筒、起吊大梁、穿心式千斤頂、吊桿組成。起吊大梁為3 根HN600×200型鋼梁拼為一組，型鋼中間設240mm縫隙，以利于吊桿穿過。2 組型鋼梁擺放在鋼護筒頂面并與鋼護筒焊接固定牢固，起吊分配梁懸臂伸出鋼護筒，在分配梁頂正對雙壁鋼圍堰雙壁中心處設穿心式千斤頂，雙壁鋼圍堰內外壁設吊點，吊點內穿32 精軋螺紋鋼吊桿，吊桿頂部與起吊分配梁頂扁擔梁相連，利用千斤頂起頂扁擔梁逐步松吊桿下放，如圖3 所示。

圖3 雙壁鋼圍堰起吊下放系統

3.3.2 起吊過程控制

千斤頂+吊桿起吊下放系統結構簡單，受力明確，下放時操作人員位于起吊大梁上開動油泵，千斤頂頂升吊桿下放，下放時須在吊桿上做好刻度標記，控制4點同步下放，使各吊點受力均勻。

3.3.3 拼裝平臺的拆除及圍堰下放入水

底節圍堰吊離拼裝平臺后，利用門吊拆除圍堰拼裝拼臺大梁，利用圍堰下放系統將圍堰下放入水。

3.3.4 底節懸浮狀態下拼裝頂節圍堰

底節圍堰入水后，處于懸浮狀態，在此狀態下接高圍堰存在以下困難：（1）荷載分布不均時容易傾斜，不利于控制圍堰垂直度；（2）受外界因素干擾較大，如水流影響，來往船只掀起的波浪影響，風力作用等。施工過程中主要采取以下措施來應對：對稱拼裝頂節圍堰節段；通過對底節圍堰隔艙內注水或者抽水來保持底節圍堰頂口水平；在圍堰四周鋼護筒上設置定位導向，以減少水流、波浪、風力對圍堰造成的晃動。

3.4 雙壁鋼圍堰下沉及精確定位技術

3.4.1 鋼圍堰下沉前的準備工作

（1）河床復測。

下放前仔細測量圍堰井壁內外的河床標高，做好記錄并繪制出河床等高線圖及上、下游剖面圖。目的是掌握圍堰刃腳范圍內河床的高差情況，以便采取措施，防止圍堰著床后傾斜過大，造成偏位過大。

（2）河床初步整平。

根據河床實測標高情況結合河床等高線圖及上、下游剖面圖，對河床高程較高部位進行吸泥清淤，對圍堰四周高差較大處進行初步整平。

3.4.2 圍堰在水中下沉

圍堰在水中的下沉只需通過對圍堰隔艙內注水即可實現，圍堰注水時須對稱加水，防止圍堰傾斜。注水下沉的同時，要勤測量河床面標高，計算圍堰刃腳距河床距離，根據河床標高最新資料，確定著床對策，若上、下游高差過大，可在圍堰上游一定范圍內拋一定數量大小均勻的碎石，以減小局部沖刷，使河床面較為平整，以利于圍堰順利著床，必要時局部吸泥或射水。

當圍堰刃腳距河床0.5m 時，暫停注水下放，對圍堰進行精確測量定位后，快速注水入床。

3.4.3 圍堰在覆蓋層中的下沉

圍堰在覆蓋層中下沉是通過對圍堰內除土以及在圍堰雙壁間澆筑艙內混凝土壓重來實現。在覆蓋層中下沉的阻力來自兩個方面，一是刃尖下土的阻力，二是圍堰外壁與土層間的摩擦力。施工時通過2 臺300mm空氣吸泥機對圍堰內吸泥取土來消除或減少刃尖下的正面阻力，通過在圍堰雙壁間澆筑艙內混凝土壓重來克服外壁與土層間摩擦力。

圍堰在覆蓋層中下沉應注意以下幾點。（1）勤對圍內河床進行測量，掌握圍堰內河床標高情況，以便確定吸泥位置。若盲目對一個位置一直吸泥，容易造成圍堰傾斜、偏位，給后期調整帶來困難。（2）勤對圍堰外河床進行測量，掌握圍堰外河床沖刷情況，以確定圍堰刃腳入土情況，若上游圍堰外沖刷過大，下游淤積過厚，會使圍堰下游側刃腳阻力變大，容造成圍堰傾斜，此時須通過對下游隔艙內注水或對圍堰上游拋填砂袋的方法來保持圍堰均勻下沉。（3）勤對圍堰頂標高及偏位進行觀測，掌握圍堰下沉及偏位情況，以確定吸泥部位，調整吸泥方向。（4）勤測量圍堰內、外水位，掌握圍堰內外水頭差情況，及時對圍堰內補水，保證圍堰內水位不低于圍堰外水位，避免翻砂現象發生。

3.4.4 雙壁鋼圍堰精確定位技術

（1）圍堰著床前精確定位。

圍堰著床之前，需要對圍堰進行精確定位，其定位采用設置導向裝置來進行，由于該圍堰阻水面積較大，水流對圍堰作用力很大，若導向裝置設置不合理，極易造成圍堰下沉時的偏位。原設計方案導向裝置設在雙壁圍堰中間，上下設2 層，與4根鋼護筒成點接觸，存在以下缺點：該導向焊在圍堰上，圍堰內壁厚6mm，導向受力后容易將內壁頂壞，造成隔倉進水；導向作用在護筒上只是一個點，容易將護筒頂變形，造成定位精度無法保證。

施工中根據現場情況，在上游方向沿外側兩護筒兩側插打2 根529 鋼管樁作為導向，鋼管樁緊貼雙壁鋼圍堰內壁，另一側與鋼護筒焊接支承牢固，該方案中鋼管樁與圍堰為線接觸，不會破壞圍堰內壁，導向作用大大加強，容易保證圍堰下沉過程中的平面位置。精確定位導向樁如圖4所示。

（2）圍堰下沉過程中的糾偏。

為確保鋼圍堰均勻正位下沉，圍堰在下沉過程中需加強偏位觀測，一般每下沉0.5m觀測一次平面位置及垂直度，如發現傾斜或偏位時，及時采取措施進行糾偏。

偏除土法，圍堰下沉過程中吸泥取土先中間后向四周擴散以形成鍋底，使圍堰均勻下沉，當下沉過程中出現偏位或傾斜時應采取偏除土的方法，即在刃腳較高的一側吸泥，逐步達到糾偏糾斜。

偏載壓重法，采用偏除土法仍不能達到糾偏的目的時，需要摸清刃腳處河床情況，若遇刃腳下有孤石或地層不均勻等異常時，需要水下清除孤石，然后在圍堰較高處隔艙內注水偏載壓重，偏載壓重配合偏除土法多次運用，達到圍堰糾偏的目的。

圖4 雙壁鋼圍堰精確定位導向樁布置

4 結語

（1）先施工鉆孔樁，后利用鉆孔平臺作雙壁鋼圍堰拼裝平臺，鉆孔樁施工和圍堰加工同時進行，節省了工期，圍堰加工尺寸及運輸條件、起重設備須提前考慮。

（2）利用鉆孔樁護筒、起吊大梁、千斤頂+吊桿起吊下放鋼圍堰，結構簡單，受力明確，可操作性強，安全性高。

（3）某大橋深水承臺雙壁鋼圍堰施工中采用的先鉆孔、后平臺拼裝的雙壁鋼圍堰技術，千斤頂+吊桿起吊下放鋼圍堰技術以及鋼管樁導向圍堰精確定位技術，經實踐檢驗是可行的，對今后類似工程的施工具有參考意義。

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