武漢鸚鵡洲長江大橋1#邊塔鋼板樁圍堰設計與施工①

周小毛

摘 要：武漢鸚鵡洲長江大橋1#塔位于長江漢陽岸邊坡坡腳，墩位處長江水位季節性變化達14 m，地層為砂土，夾有細砂板結層。基礎設計采用圓端啞鈴型鋼板樁圍堰結構，圍堰采用先平臺后圍檁再鋼板樁工藝施工，并盡可能做到永臨結合。通過設計和施工全過程把控，確保了工程順利開展，并為類似基礎結構工程施工積累了經驗。

關鍵詞：鋼板樁圍堰 啞鈴型 鋼平臺 圍檁

中圖分類號：U445 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（c）-0100-03

1 工程概況

武漢鸚鵡洲長江大橋1#塔位于長江漢陽岸邊坡坡腳，基礎設計為長75 m的鉆孔摩擦樁，樁徑2 m，承臺為啞鈴形底樁承臺，平面尺寸為67.0 m×28.0 m，厚5.5m，頂面標高+12 m，與河床基本持平，不外露水面。墩位處地表覆蓋層厚70.8～78.4 m，主要土層有粉砂、中砂、粉土、圓礫土和黏土，基巖為泥巖，巖石總體較完整，巖質較軟。橋位處水位隨長江季節性水位變化，枯水期約+12 m，汛期約+26 m，變化達14 m。

2 圍堰結構

在滿足施工需要的前提下，結合地質情況及經濟比較，1#塔采取先鉆孔后圍堰的總體施工方案施工。圍堰結構為拉森Ⅵ型鋼板樁圍堰。

根據承臺結構，為減少封底混凝土數量，圍堰與承臺在平面內同為啞鈴形（見圖1），在承臺周圈留有1 m寬施工操作空間，平面內凈空尺寸為69.0 m×30.0 m，共320根鋼板樁。

3 圍堰設計計算

3.1 圍堰設防水位確定

根據施工計劃安排和長江水位資料，1#塔圍堰內吸泥封底施工在6月底，正處于長江汛期時段。8月底份開始圍堰內抽水并施工承臺，此時長江水位已經開始并逐步進入枯水期。因此，圍堰按長江9月份平均水位+22 m標準設防，圍堰頂標高+22.5 m。

3.2 封底混凝土厚度計算

根據圍堰受力原理，在圍堰內吸泥取土并抽水后，堰內外水頭差引起的浮力由封底混凝土的自重和封底混凝土與鋼護筒之間的摩擦力之和進行克服。混凝土與鋼護筒之間的摩擦力按150 KPa/m2計算，封底混凝土與鋼板樁之間的摩擦力不作計算。同時按四邊簡支雙向板計算封底混凝土頂部拉應力，不大于0.5 MPa。

按設防水位+22 m計算確定封底混凝土厚度為3.8 m。

3.3 鋼板樁入土深度計算

圍堰設置兩道圍檁結構，標高分別為+11.4 m和+17.4 m，圍檁設置位置需滿足鋼板樁受力需要，同時需盡可能規避對承臺施工的影響。

鋼板樁入土深度的計算工況為：圍堰的兩道圍檁安裝到位，圍堰內吸泥清淤完成，準備澆筑封底混凝土。采用等值梁法計算確定鋼板樁入土深度，首先根據外側主動土壓力等于內側被動土壓力，計算確定鋼板樁上土壓力強度等于0的位置A。再把圍檁支撐點和A點作為支點，按多跨連續梁計算出鋼板樁的受力和各支點反力，最后根據鋼板樁底彎矩等于0確定鋼板樁的入土深度。通過計算確定鋼板樁底距離圍堰基底深度3.6 m，總長28 m。

4 圍堰制造與安裝

1號塔基礎鋼板樁圍堰采用先圍檁后圍堰的方式施工，即先施工成型鋼平臺，在鋼平臺上拼裝圍檁內撐構件并整體下放安裝到位，再設置插打導向裝置沿鋼圍檁外側插打鋼板樁形成完整鋼板樁圍堰。

上下兩層圍檁結構分段制作，利用浮吊在墩位處鋼平臺上分節段整體吊裝組拼成型，然后焊裝鋼管將上下兩層圍檁連接成整體。圍檁拼裝完成后，整體下放到水面以下的安裝標高位置進行定位，并通過鋼平臺的支撐鋼管進行限位。

4.1 鋼平臺

利用枯水期筑島施工成型鉆孔樁基礎，在灌注樁基礎混凝土時，混凝土超灌1.5 m厚，在超灌混凝土內插埋鋼管樁作為鋼平臺支撐樁。豐水期通過法蘭盤接高管樁施工成型鋼平臺結構（見圖2）。

4.2 圍檁施工

圍檁結構采用分塊加工制作，利用胎膜架進行精確定位控制尺寸。分塊之間接頭設置成插接“子母扣”（見圖3），對插之后再焊接。各分塊在場內預拼成型后，利用浮吊將各節段在鋼平臺上吊裝組拼（見圖3.2-2），先拼裝底層圍檁，再拼裝頂層圍檁，最后安裝上下層的連接鋼管。組拼成型后，利用32臺50 t機械千斤頂分16個吊掛點將圍檁整體下放就位。吊掛點通過MIDAS有限元整體建模計算確定，對稱布置。為便于人工操作，計算時每個吊掛點按受力小于35 t進行控制。每個吊掛點設置2臺千斤頂和2根φ32 mm的精軋螺紋鋼筋，每次下放一個油頂行程20 cm，過程中通過監測確保每個下放點的同步，各點下放高度差不允許大于1 cm。

在圍檁拼裝時，對應鋼平臺支撐鋼管位置設置水平限位擋塊進行水平限位，間隙10 cm，同時作為圍檁下放過程的限位導向（見圖5），保證位置下放過程中水平位置不會發生偏移。圍檁下放到設計標高后，將限位擋塊與鋼管之間的間隙抄墊密實，從而將圍檁定位。

4.3 鋼板樁施工

鋼板樁選用振動錘插打。鋼板樁插打前，須調平調直，確保每塊鋼板樁的結構復核要求。在鋼板樁圍堰內側設置插打導向架，引導鋼板樁插打并定位（見圖6）。要求嚴格控制首根樁的平面位置和垂直度，后續樁以首根樁為定位支撐連續插打。由于插打偏位、鋼板樁尺寸偏差等因素，鋼板樁合攏口尺寸與理論值必然會存在偏差，通過現場量取尺寸，制作異型樁進行合攏插打。

5 圍堰內吸泥施工

河床表層土體，在接高鋼平臺過程中同步采用長臂挖機機械開挖進行取土，水下土體，利用鋼平臺結構采取空氣吸泥機進行吸泥取土。在江水的侵泡下，地層存在細砂板結層，空氣吸泥機在該地層取土功效非常低。結合水深約9 m，現場采采用了泥漿泵吸泥和機械抓斗抓土配合，對板結層進行了及時的松動和有效清除，確保了后續空氣吸泥機的取土施工功效。endprint

6 圍堰內封底施工

采用水下垂直導管法進行封底施工。封底前詳細測定河床標高，潛水員水下對每個樁頭和鋼板樁表面進行射水沖洗，對基底進行驗收。采用Φ273導管進行封底施工，導管采用法蘭盤連接，導管配套進行水密試驗和使用。

混凝土采用單端往另外一端斜向推進灌注施工。首封導管配備15 m3料斗，正常灌注導管配備1.5 m3料斗。施工過程中，對先期完成灌注的導管及時拆除并倒用到待灌注區域。灌注過程中，每個區域安排專人進行基底測量和灌注方量、進度記錄，及時控制混凝土灌注區位，保證每個導管灌注間隔時間不大于30 min，同時處于灌注過程中的導管數量不大于15根。

7 圍堰內抽水施工

待混凝土達到設計強度后，先對圍堰內進行試抽水作業，保持內外水位差控2 m，判定圍堰滲水情況、圍堰變形情況及封底效果是否滿足抽水要求。根據實驗結果，確定投入的實驗儀器設備，全面啟動抽水施工。在抽水過程中，根據漏水情況在圍堰外側緊貼鎖口位置撒黃砂，利用黃砂進行堵漏（見“圖7）。由于黃砂受圍堰振動、水位波動影響大，因此需要專人不間斷進行巡邏補撒黃砂。

8 圍堰監控監測

1號塔圍堰自鋼板樁插打合攏后即開始實施監控監測，對圍堰的變形、基底標高和圍堰外河床標高進行監測。主要監測項目有圍檁的平面位置變化、標高變化、相對距離變化，鋼板樁的平面位置變化、標高變化、相對距離變化，圍堰外側的河床標高變化。每日測量2次并及時上報。

9 圍堰拆除施工

圍堰拆除安排在枯水期進行，先拆除圍檁結構，再拔出鋼板樁。圍檁拆除順序為：割除上下層圍檁連接鋼管→拆除上層圍檁→圍堰內注水至底節圍檁下沿→拆除下層圍檁→圍堰內外水位連通→拔除鋼板樁。采用振動錘振動拔除鋼板樁（見圖8）。

10 結語

鸚鵡洲長江大橋1號塔位于長江大堤坡腳，基礎設計為圓端啞鈴型承臺，施工受長江水位變化影響大。通過對長江水位的研究分析，結合筑島和鋼平臺施工水中墩基礎的特點，充分將臨時輔助工程與主體工程相結合，科學分析和計算，將長江水位變化大的不利因素轉變成了施工的有利因素。通過精心計算分析，圍堰結構設計簡便新穎，結合了現場實際，受力性能好。基礎施工方法安全快速、簡便經濟，保證了大橋施工快速順利開展。通過探索，為淺水區域基礎施工探索出了思路。

參考文獻

[1] 江正榮.建筑施工計算手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2007.

[2] 徐剛，張延河.啞鈴形超大鋼吊箱浮運及吊裝關鍵技術[J].世界橋梁，2012，40（6）：19-23.endprint

6 圍堰內封底施工

采用水下垂直導管法進行封底施工。封底前詳細測定河床標高，潛水員水下對每個樁頭和鋼板樁表面進行射水沖洗，對基底進行驗收。采用Φ273導管進行封底施工，導管采用法蘭盤連接，導管配套進行水密試驗和使用。

混凝土采用單端往另外一端斜向推進灌注施工。首封導管配備15 m3料斗，正常灌注導管配備1.5 m3料斗。施工過程中，對先期完成灌注的導管及時拆除并倒用到待灌注區域。灌注過程中，每個區域安排專人進行基底測量和灌注方量、進度記錄，及時控制混凝土灌注區位，保證每個導管灌注間隔時間不大于30 min，同時處于灌注過程中的導管數量不大于15根。

7 圍堰內抽水施工

待混凝土達到設計強度后，先對圍堰內進行試抽水作業，保持內外水位差控2 m，判定圍堰滲水情況、圍堰變形情況及封底效果是否滿足抽水要求。根據實驗結果，確定投入的實驗儀器設備，全面啟動抽水施工。在抽水過程中，根據漏水情況在圍堰外側緊貼鎖口位置撒黃砂，利用黃砂進行堵漏（見“圖7）。由于黃砂受圍堰振動、水位波動影響大，因此需要專人不間斷進行巡邏補撒黃砂。

8 圍堰監控監測

1號塔圍堰自鋼板樁插打合攏后即開始實施監控監測，對圍堰的變形、基底標高和圍堰外河床標高進行監測。主要監測項目有圍檁的平面位置變化、標高變化、相對距離變化，鋼板樁的平面位置變化、標高變化、相對距離變化，圍堰外側的河床標高變化。每日測量2次并及時上報。

9 圍堰拆除施工

圍堰拆除安排在枯水期進行，先拆除圍檁結構，再拔出鋼板樁。圍檁拆除順序為：割除上下層圍檁連接鋼管→拆除上層圍檁→圍堰內注水至底節圍檁下沿→拆除下層圍檁→圍堰內外水位連通→拔除鋼板樁。采用振動錘振動拔除鋼板樁（見圖8）。

10 結語

鸚鵡洲長江大橋1號塔位于長江大堤坡腳，基礎設計為圓端啞鈴型承臺，施工受長江水位變化影響大。通過對長江水位的研究分析，結合筑島和鋼平臺施工水中墩基礎的特點，充分將臨時輔助工程與主體工程相結合，科學分析和計算，將長江水位變化大的不利因素轉變成了施工的有利因素。通過精心計算分析，圍堰結構設計簡便新穎，結合了現場實際，受力性能好。基礎施工方法安全快速、簡便經濟，保證了大橋施工快速順利開展。通過探索，為淺水區域基礎施工探索出了思路。

參考文獻

[1] 江正榮.建筑施工計算手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2007.

[2] 徐剛，張延河.啞鈴形超大鋼吊箱浮運及吊裝關鍵技術[J].世界橋梁，2012，40（6）：19-23.endprint

6 圍堰內封底施工

采用水下垂直導管法進行封底施工。封底前詳細測定河床標高，潛水員水下對每個樁頭和鋼板樁表面進行射水沖洗，對基底進行驗收。采用Φ273導管進行封底施工，導管采用法蘭盤連接，導管配套進行水密試驗和使用。

混凝土采用單端往另外一端斜向推進灌注施工。首封導管配備15 m3料斗，正常灌注導管配備1.5 m3料斗。施工過程中，對先期完成灌注的導管及時拆除并倒用到待灌注區域。灌注過程中，每個區域安排專人進行基底測量和灌注方量、進度記錄，及時控制混凝土灌注區位，保證每個導管灌注間隔時間不大于30 min，同時處于灌注過程中的導管數量不大于15根。

7 圍堰內抽水施工

待混凝土達到設計強度后，先對圍堰內進行試抽水作業，保持內外水位差控2 m，判定圍堰滲水情況、圍堰變形情況及封底效果是否滿足抽水要求。根據實驗結果，確定投入的實驗儀器設備，全面啟動抽水施工。在抽水過程中，根據漏水情況在圍堰外側緊貼鎖口位置撒黃砂，利用黃砂進行堵漏（見“圖7）。由于黃砂受圍堰振動、水位波動影響大，因此需要專人不間斷進行巡邏補撒黃砂。

8 圍堰監控監測

1號塔圍堰自鋼板樁插打合攏后即開始實施監控監測，對圍堰的變形、基底標高和圍堰外河床標高進行監測。主要監測項目有圍檁的平面位置變化、標高變化、相對距離變化，鋼板樁的平面位置變化、標高變化、相對距離變化，圍堰外側的河床標高變化。每日測量2次并及時上報。

9 圍堰拆除施工

圍堰拆除安排在枯水期進行，先拆除圍檁結構，再拔出鋼板樁。圍檁拆除順序為：割除上下層圍檁連接鋼管→拆除上層圍檁→圍堰內注水至底節圍檁下沿→拆除下層圍檁→圍堰內外水位連通→拔除鋼板樁。采用振動錘振動拔除鋼板樁（見圖8）。

10 結語

鸚鵡洲長江大橋1號塔位于長江大堤坡腳，基礎設計為圓端啞鈴型承臺，施工受長江水位變化影響大。通過對長江水位的研究分析，結合筑島和鋼平臺施工水中墩基礎的特點，充分將臨時輔助工程與主體工程相結合，科學分析和計算，將長江水位變化大的不利因素轉變成了施工的有利因素。通過精心計算分析，圍堰結構設計簡便新穎，結合了現場實際，受力性能好。基礎施工方法安全快速、簡便經濟，保證了大橋施工快速順利開展。通過探索，為淺水區域基礎施工探索出了思路。

參考文獻

[1] 江正榮.建筑施工計算手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2007.

[2] 徐剛，張延河.啞鈴形超大鋼吊箱浮運及吊裝關鍵技術[J].世界橋梁，2012，40（6）：19-23.endprint