筑島圍堰在云龍灣大橋中的應用

汪 濤， 李 云 川， 陳 楊

(中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 概 述

云龍灣大橋位于成都市天府新區，為南北走向，基本與錦江正交，該橋全長1 119 m，一跨跨越錦江江面，主跨跨度為205 m，為成都市第一大跨度自錨式懸索橋。主橋上部結構采用先梁后纜的施工工藝，主梁施工需要在河道內施工臨時樁基和臨時鋼支架。錦江寬160 m，水深1～2 m。

原施工方案為圍堰填筑形成基坑，再對基坑抽水、清淤和修筑道路，在河底進行樁基和鋼支架的施工。為確保施工進度，最終將施工方案優化為筑島圍堰，在陸地條件下進行樁基和鋼支架的施工。

樁基和鋼支架施工需要大型機械設備，筑島圍堰施工方案能提供很好的拼裝和吊裝平臺，解決現場拼裝場地問題。筑島圍堰施工簡單靈活，能廣泛地運用在淺水寬闊的河道中施工。

2 筑島圍堰方案的確定

典型圍堰河底施工具有的優點：圍堰土石方填筑量相對較少。缺點:①河床面以下淤泥層較厚，且河床面很不規整，河床地質情況復雜，臨時樁分散且多，清淤、修筑大型機械專用道路和抽水需要花費較多工期和資金。②圍堰填筑需要外購大量的防滲材料。③施工工序較多、工期長。④河道臨時漲水翻堰后，基坑內施工區域的處理繁瑣，恢復生產時間較長。⑤河床上施工存在施工設備和人員被水淹的風險，施工安全風險較高。

筑島圍堰陸地施工具有的優點：①筑島陸地施工不需要考慮河床地質情況，不用清淤、修筑專用施工道路和抽水，可以節約工期和資金。②筑島可以節約防滲材料。③工序簡單，操作性強，工期短。④河道漲水翻堰后，只需進行簡單處理，短時間便可投入生產。⑤現場開挖的土石方可以全部用于筑島，可以及時解決外運問題。⑥筑島在陸地條件下施工，施工設備和人員安全風險較低。⑦在筑島圍堰上樁基和鋼支架的施工很便捷。缺點:筑島填筑土石方量較大。

經對上述兩方案的優缺點進行分析，同時對錦江河道河床情況、工期、可行性、安全性、經濟性和現場實際情況進行比選后認為：筑島圍堰更適合該工程施工。

3 筑島圍堰的施工和運用

3.1 筑島圍堰的設計與施工

3.1.1 筑島圍堰的布置

筑島分兩期進行，河道北岸段為一期筑島，河道南岸段為二期筑島。一期筑島圍堰侵占河道寬度為120 m，過流寬度為40 m。一期筑島上部的樁基和鋼支架施工完成后，將一期筑島拆除過流，拆除后的土石方用于二期筑島圍堰。

3.1.2 筑島圍堰高程的確定

結合該工程規模及工期，筑島設計選擇的導流標準為枯水期5 a一遇。根據水力學原理，分期導流圍堰的水流狀態隨縱向筑島圍堰的長度l和上游水深D而不同，可分別按照寬頂堰流和明渠流處理。其流態界限劃分按以下原則進行：

(1)當l/D>10時，按照明渠流處理；

(2)當l/D=2.5～10時，按照寬頂堰流處理。

經對上游水位進行估算，枯水期上游水位高度在2 m以內，流態劃分暫按D=2 m考慮，分期導流計算方式界定如下：

分期導流：l/D=50/2=25>10，按明渠流計算。

(3)明渠流的計算。

不過水圍堰堰頂高程H為分期設計洪水的靜水位與波浪爬高、堰頂安全加高值及水位壅高值之和。即：

H=h+d+δ+Z

式中H為不過水圍堰堰頂高程(m)；h為設計洪水靜水位(m)。束窄河道洪水位根據下列明渠流公式近似計算：

A=(2b+m1h+m2h)h/2

式中Q為設計流量，m3/s；A為過水斷面面積，m2；C為謝才系數；R為水力半徑，m；X為濕周，m；i為水面比降，根據設計資料取0.000 8；n為糙率，根據河床特性取0.025；b為河道底寬，m；m1、m2為邊坡系數；d為波浪爬高，波浪爬高與風速、水深、吹程等要素有關，該工程所在地枯水期風速較小，水深較淺，河道寬度不大，可不考慮波浪爬高；δ為安全超高。根據規范要求，5級不過水土石圍堰堰頂安全加高下限值為0.5 m，心墻式防滲體應為0.3～0.6 m，取δ=0.6 m；Z為束窄河床水位壅高(m)。束窄河床上游水位壅高Z可按照以下公式進行計算：

Wc=bc·tcp

式中v0為 行進流速，m/s；g為重力加速度，取9.81，m/s2；φ為流速系數，矩形圍堰取0.8；vc為束窄河床平均流速，m/s；Wc為收縮斷面有效過水斷面，m2/s；bc為束窄河段過水寬度，m；tcp為河道下游平均水深，m/s。

經對束窄河段及上游水位壅高進行計算，最終對一期導流與二期導流水位進行確定：結合濱江步道高程，兩期筑島圍堰總體高度取圍堰頂高程458.14 m。

3.1.3 筑島圍堰的結構設計

筑島采用岸邊主橋基坑開挖的普通土石填筑，頂部大型設備出場道路利用30 cm厚砂礫石加強，筑島順水流側面利用開挖出的大塊石方做防沖護面。

3.1.4 筑島圍堰的穩定性驗算

采用圓弧法對筑島圍堰進行抗滑移驗算。

K=∑(Wicosαitgβi+cli)/∑Wisinαi

Wi=γ×bi×hi

式中Wi為土料自重，kN/m；γ為堰體填土的容重，根據《簡明施工計算手冊》取壓緊后的碎石土容重γ=19 kN/m3；bi為土條寬度，取1 m；hi為滑移面各土條高度，m；αi為土條地面中心的法線(過圓心)與圓心的鉛直線間的夾角；βi為土石的內摩擦角，礫石土料內摩擦角參考含粘土卵石料，取25°；c為土石的粘聚力，礫石土料粘聚力參考含粘土卵石料，取10 kPa；li為土條沿滑動弧面的長度，m。

經計算，筑島圍堰抗滑安全系數K值為4.68。

根據設計規范，4～5級土石圍堰K值不小于1.05，故滿足要求。

3.1.5 筑島圍堰的施工

筑島圍堰填料直接利用開挖的土石料，水下部分采用裝載機配合渣車直接拋填；水上部分首先清除軟弱覆蓋層，然后進行填筑施工，采用振動碾逐層進行碾壓，對于局部無法碾壓到的部位采用手扶式振動碾進行碾壓。

3.1.6 筑島圍堰的拆除

水上筑島圍堰拆除時，將堰體高程降低至施工時段水位以上50 cm處，其余部分與水下圍堰一同拆除。水下筑島圍堰拆除時，首先從堰腳開挖筑島兩側的土石方，再縱向拆除。北岸筑島圍堰拆除料可作為有用料用于南岸筑島圍堰的填筑。

3.2 灌注樁樁基施工

該工程樁基采用旋挖鉆機在筑島圍堰上鉆

孔，樁基全部采用水下灌注混凝土施工作業。河道內淤泥較厚且筑島圍堰層無法利用旋挖鉆孔工藝成孔，故最終選擇鋼護筒護壁。由于是陸地條件施工，樁基具體施工工藝和質量控制與常規灌注樁施工一致。

3.3 鋼支架的安裝與運用

鋼支架比較密集，工程量較大，鑒于其本身施工面較窄，通過筑島形成陸地給支架的拼裝和安裝創造了很好的施工條件。在筑島圍堰上鋼支架的拼裝有很大的操作空間，而且大型吊裝設備在筑島圍堰上吊裝局限性較小，可以通過減少吊距、選擇較小的吊裝設備節約造價。

4 結 語

該工程的實踐證明：筑島圍堰不僅能節約造價和工期，而且還具有很好的安全性和操作性。最重要的一點是能將水中施工條件的各種困難轉化為常規及簡單成熟的施工工藝，可為今后類似的淺水寬闊的工程施工提供借鑒。