深水圍堰結構形式的改進及工藝特點

■潘 莉，徐文杰，吳志強 ■．重慶單軌交通工程有限責任公司，重慶 48000;．中交二航局，重慶 40006

1 工程背景

1．1 工程概況

承臺平面尺寸為 33．5 ×17．2m，厚 4．5m，頂面標高為 +68．605m，底面標高為+64．105m，泥面標高約為 +60．0-64．0m，封底砼厚度為2．5m，部分封底混凝土嵌入泥面，需要吸泥找平原地面。

1．2 水文地質條件

(1)橋位處秋季最低水位68．67m，春節最高水位75．70m，平均水流速度0．5～1．2m/s，最大流速 3 ～4m/s。(2)橋位處水深為 9m ～13m，局部位置深度超過13m。(3)該項目位于多瑙河沖積沉積層，6-10m范圍含有粉沙、細沙、粉土、和粘土等地層，地質松軟，地層復雜，層間夾變質砂巖，分布無規律。(4)河床易沖刷，泥面高低不平，起伏變化較大。

2 深水圍堰方案概述

深水區域一般以傳統的鋼套箱、鋼吊箱、鋼板樁圍堰及鋼管樁圍堰工藝為主;在水深超過10m的工程項目，鋼板樁圍堰由于其自身剛度較小而很少采用;而鋼吊箱圍堰無法在入泥深基礎中直接使用，針對本項目的特點，現對幾種可行方案進行對比分析如下:

(1)雙壁鋼圍堰。優點:為常規工藝，可分塊加工拼裝，工藝較為簡單，易于掌握;整體性好，封水效果好;剛度大，圍堰支撐結構少，安全性能高。缺點:鋼材投入多，水下拆除費用大，回收率低，成本高;需要水上大型起重設備;分節鋼套箱制安、下沉耗時多，工期長;吸泥下沉偏位控制要求高。可行性分析:投入多，施工周期長，無大型水上起重設備，可行性差。

(2)鋼板樁圍堰。優點:能夠迅速展開施工，速度快，周期短;工藝簡單，易于操作;投入材料相對較少，拆除方便，回收率高，經濟性好;對地層適應性強，易于施打;對原河床高差無要求;不需要大型水上設備。缺點:剛度小，施工期間穩定性差;圍囹層數多，安裝難度大;圍堰封水效果差;圍堰結構尺寸大，累計誤差不易糾正，合攏困難;鋼板樁相對數量較多，施工周期較長。可行性分析:投入較少，施工較快，施工期在大流速及深水條件下穩定性差，基本可行，可控性不高。

(3)鋼管樁圍堰。優點:自身剛度大，抗水頭能力強;圍囹支撐少，安全性能較好;不需要大型水上起重設備;對原河床高差無要求，可在圍堰后吸泥找平。缺點:鋼材投入較多，施工精度要求高;施工誤差不易糾正，累計誤差不易消除;剛性組合，封水效果較差;管樁拔除對設備起重性能有一定要求;合攏需要加工特殊管片，耽誤工期。可行性分析:投入較多，施工精度要求較高，封水效果可控性不強，基本可行。

(4)鋼管樁和鋼板樁組合圍堰．。優點:自身剛度大，抗水頭能力強，圍囹支撐少，安全性能較好;瑣口較少，封水效果較好;鋼管樁作主要承力結構，抗水流能力強，施工期穩定性好;不需要大型水上起重設備;板樁少，累計誤差小，合攏誤差易于控制;施工速度快，周期短，拆除比較方便，經性好;對原河床高差無要求、可在圍堰后吸泥找平。缺點:鎖口管樁施工精度要求高，需要設置大剛度定位架進行鋼管樁插打;管樁拔除對設備起重性能有一定要求;管樁加工精度要求高，鎖口管樁整根成型，運輸難度較大。可行性分析:施工速度快，工期短，適應當前的地質和水文條件，可行性好。

通過上面的對比分析可知，在本項目的環境條件下，將鋼管樁圍堰及鋼板樁圍堰各自優點進行組合得到的圍堰結構，利用了鋼管樁的剛度來承受水頭壓力，利用板樁的柔性來適應剛性管樁的施工偏差，同時還可減少材料投入。此結構允許先插打管樁，再填補其間板樁，無需順序插打，可完全消除累計誤差，方便合攏，使結構充分發揮了穩定性的同時，保證封水效果并方便施工操作。

3 圍堰施工

3．1 導向定位架設計

鎖口鋼管樁精度要求較高，每跨均相當于一次小合攏，偏差過大會直接影響板樁插打，故定位架設計主要考慮管樁垂直度和相對位置的控制，且具有足夠的剛度。定位架孔位應根據圍堰結構布置形式確定，孔數盡量偏大，但同時必須考慮起吊性能，本項目考慮為4孔。

3．2 施工順序

起始及終點位置的選擇應重點考慮兩個影響因素:(1)起始點選擇上游區域，待上游圍堰插打完成后，可大大減小水流對后期圍堰插打定位的影響，利于管樁垂直度的控制。(2)合攏位置選擇拐角位置，由于拐角處角度的可調整性，轉角合攏不用考慮前期誤差，只考慮鎖口管樁相對間距，利于合攏。

3．3 管樁及板樁插打

鎖口鋼管樁剛度較大，先施打鎖口鋼管樁，再插打鎖口鋼管樁之間的板樁。鎖口鋼管樁從上游拐角開始施打，兩個方向推進，合攏于下游拐角。定位架為4孔，每跨可插打3根管樁，利用前一跨最后一根樁為基礎進行下一跨定位，減小管樁間相對誤差。先插打第2根，再分別插打第1、3根管樁，以減小管樁振沉時的擠土效應對已沉放管樁的影響。

每次插打完成2跨管樁后，插打其間相應鋼板樁，減小鋼板樁插打過程帶動管樁偏位而引起的二次誤差。而且，每次應將全部的板樁插入管樁鎖口后，再交替施打，避免前期施打板樁時帶動和咬合管樁而導致后期板樁難以插入。管樁頂口存在一定偏位時，可利用手拉葫蘆調整間距以實現板樁順利插入。

4 組合圍堰技術運用效果

單個圍堰歷時15天完成単墩36根鎖口管樁及其鋼板樁插打，施工速度較快，封底并安裝止水橡膠條后，順利抽水并迅速進入承臺施工，其主要運用效果如下:(1)消除累計誤差——組合圍堰施工順序為先管樁后板樁，每跨施工基本為單獨的個體，前期成樁不對后期施工產生影響，有效消除傳統鋼板樁或鋼管樁圍堰存在的累計誤差。(2)簡單易行，適用性強——無需大型水上起重設備，采用一般吊車即可實現，抗水頭能力強，適用于無水上設備而流速大、水頭高的砂粘土層。(3)施工速度快——總體數量少，插打快，合攏僅取決施工相對誤差，易于控制。且圍囹層數少，對后期墩身施工影響小。(4)經濟性好——鋼管樁截面特性好，剛度大，抗水頭能力強。與雙壁鋼圍堰比較，用材少，不需要使用大型船機設備，可周轉重復使用。(5)封水效果好——自身剛度大，接縫少，封水情況良好，只需做好周邊排水系統，配合使用一臺小水泵便可滿足承臺區域干施工壞境

5 結束語

在現有成熟的施工工藝基礎上加以完善和組合，充分發揮各工藝的優點，強強組合，或許比開發一種新型的結構模式更具有實用性和競爭力。鋼管樁加鋼板樁組合圍堰就是一個成功的示例，此新型的圍堰結構形式，利用鋼管樁和板樁自身的優點組合，將組合圍堰引入深水區域，通過一系列有效的過程控制，保證了鎖口管樁垂直度沉放目標并順利合攏，并優質高效的完成了承臺施工任務，取得了良好的經濟和社會效益，為今后類似的工程提供借鑒經驗，有較好的推廣價值，也為橋梁施工技術發展方向提出了一些見解。