鋼板樁圍堰下放內套箱處理沖刷技術研究

摘要：文章結合扶典口西江特大橋工程實例，介紹了該橋下放單壁鋼圍堰內套，澆筑夾倉混凝土，并結合水下壓漿封堵的方式處理圍堰封底混凝土懸空、鋼板樁與封底混凝土脫離、圍堰封底混凝土局部破損等系列問題的施工工藝，其經驗具有一定的可借鑒性。

關鍵詞：鋼板樁圍堰;單壁鋼內套;夾倉混凝土;水下壓漿;封底混凝土

0 引言

隨著我國經濟快速發展，城市擴張，許多跨江跨河的特大型橋梁不斷興建。橋梁水下基礎施工具有不確定性、復雜性、突發性等特點，是施工單位在橋梁建設過程中必須攻克的一道難關，而洪水沖刷的不可控性也讓水下基礎施工難上加難。本項目采取回填后下放單壁鋼內套的技術措施，對沖刷淘蝕嚴重的4#、5#墩鋼板樁圍堰進行加固處理，該技術為4#、5#墩水中承臺施工提供了優質、安全、高效的施工環境，對后續橋梁水下施工具有一定的可借鑒性。

1 項目概況

扶典口西江特大橋全長1 474 m，主要由1#主橋（145 m+270 m+145 m矮塔斜拉橋）和2#主橋（131 m+198 m+131 m連續剛構橋）及引橋（11×40 m先簡支后連續T梁橋）組成。主橋的1#～5#墩為水中墩，結合主橋承臺特點及現場水文、地質情況，2#主橋的4#、5#墩采用鋼板樁圍堰施工，其中4#、5#墩承臺為分離式承臺，承臺尺寸為13 m×14 m×5 m，兩分離式承臺間距為1.75 m，考慮承臺模板安裝空間等，鋼板樁圍堰尺寸向外延伸1 m，尺寸為31.75 m×15 m。

2 圍堰沖刷情況

2.1 河床沖刷情況

經現場測量，4#、5#主墩鋼板樁圍堰受沖刷影響較嚴重，4#墩封底混凝土底標高為-3.5 m，沖刷后迎水面河床標高為-11.5 m，迎水面河床沖刷最為嚴重（如圖1所示），已沖刷至圍堰封底混凝土以下8 m。圍堰的水平方向均有不同程度的沖刷，最大沖刷深度為6.8 m。5#墩覆蓋層底面標高為-4.1～-2.8 m，覆蓋層較淺，礫砂層厚度約2.0～3.5 m，鋼板樁底部入巖約20 cm，河床沖刷至巖面便無法繼續，沖刷僅造成局部鋼板樁與封底混凝土脫離，處理相對簡單。因此對被沖刷最嚴重的4#墩圍堰進行重點分析。

分析圖1可知：迎水面圍堰底部河床已被掏空，最大掏空高度達8 m，沖刷面積約占總面積的40%。由于鋼板樁底部覆蓋層被掏空，同時造成了上游面鋼板樁下沉1.5～4.2 m。此外，上游鋼板樁與封底混凝土側面脫空于水中，在水流沖擊作用下，封底混凝土有局部破損。

2.2 沖刷后主要問題

2.2.1 封底混凝土底部掏空

根據現場測量，迎水面及圍堰橫橋向兩側面均有不同程度沖刷，其中迎水面最大沖刷深度為8 m，上游橫橋水平向最大沖刷寬度為8 m，沖刷范圍達封底總面積的40%。由于封底混凝土被大面積掏空，上游封底混凝土處于懸空狀態（如圖2所示），并有局部封底混凝土破損，從而導致封底混凝土漏水，施工平臺安全可靠性無法保障，存在施工質量和安全隱患。

2.2.2 鋼板樁與封底混凝土脫離

鋼板樁在長期受水流沖擊作用下，與封底混凝土脫離，并伴隨河床沖刷加深，存在不同程度下沉，鋼板樁迎水面最大沉降高度為4.2 m，鋼板樁與承臺封底混凝土間隙漏水嚴重，導致開展后續施工工序困難等問題。

2.2.3 承臺封底混凝土局部破損

懸空于水中的封底混凝土底板，在水流沖擊作用和圍堰內淤泥沉積等荷載的綜合作用下，其懸空部分存在應力集中問題。應力大于容許應力時，部分薄弱的圍堰封底混凝土破壞，出現不同程度的漏水現象，封底混凝土上的施工平臺的安全可靠性也無法保障，存在安全隱患。

3 沖刷處理技術

3.1 沖刷處理工藝

在鋼板樁圍堰上游插打鋼管樁，減小水流沖刷作用。在完成上游插打鋼管樁的工序后，采用風化石對圍堰掏空部分進行回填包邊壓腳，同時在鋼板樁圍堰內側下放高度為3 m的單壁鋼圍堰，并在單壁鋼圍堰與鋼板樁圍堰間澆筑夾倉混凝土，達到強度后抽水進行圍堰排水處理。施工工藝流程如圖3所示。單壁鋼圍堰二次封底如圖4所示。

3.2 具體施工方法

3.2.1 圍堰迎水面阻水處理

在4#墩鋼板樁圍堰迎水面棧橋上游位置插打一排V型鋼管樁，與棧橋夾角為30°，插打順序從圍堰迎水面中間開始，超出圍堰邊緣兩側5 m位置結束。阻水樁施工完成后，在圍堰封底混凝土掏空部位回填風化石至3.0 m標高，進行包邊壓腳處理?；靥钋霸趪唔敯惭b擋泥板，防止回填土掉入圍堰內，增加后期抽砂清淤工程量（如圖5所示）。

3.2.2 單壁鋼圍堰現場拼裝及下放工藝

（1）搭設單壁鋼圍堰拼裝平臺

在鋼板樁8.5 m標高位置上焊接[XC西部I.TIF;%90%90]32a型鋼作為牛腿，并使用工字鋼連接，作為單壁鋼圍堰拼裝平臺。需嚴格控制牛腿在同一標高，保證單壁鋼圍堰拼接精度。

（2）單壁鋼圍堰拼裝

單壁鋼圍堰在場外分節塊加工，采用運輸船轉運至現場，吊運至牛腿平臺上進行現場拼裝焊接。拼接從一端開始，先點焊固定，逐步拼接至對角處合攏再進行滿焊，拼裝完成后安裝單壁鋼圍堰圍檁及內支撐。

（3）單壁鋼圍堰下放

單壁鋼圍堰下放前采用4臺25 t汽車吊，并結合精軋螺紋鋼吊點控制，進行同步下放。

3.2.3 圍堰間夾倉混凝土灌注工藝

夾倉灌注采用剪球法[2]，順序遵循先低處后高處的原則（先將低處混凝土灌高，避免高處灌注的混凝土往低處流，使導管底口脫空而進水或導管埋深過淺），從下游向上游面進行灌注。

4 圍堰內降水及滲水處理工藝

4.1 圍堰內降水工藝

夾倉混凝土達到設計強度后，利用高功率水泵進行圍堰內降水，直至圍堰內水位滿足施工要求。

4.2 圍堰封底混凝土漏水處理工藝

抽水至圍堰底后，進行樁頭破除、淤泥清理等工序。此時，圍堰內仍有細部滲水，為進一步優化圍堰施工環境，保證承臺施工質量，利用承臺墊層澆筑排水暗溝。施工方法為采用兩塊C10槽鋼在滲水部位兩側搭設導流線路，在導流線路兩側澆筑C30混凝土墊層，達到強度后在槽鋼上部覆蓋δ=2 cm厚度鋼板，形成導流盲溝。

5 結語

本文研究了防沖刷施工技術工藝：在圍堰上游插打鋼管樁，阻斷水流對鋼板樁和鋼板樁覆蓋層的直接沖刷作用;回填風化石，保障封底混凝土懸空部位重新填充;下放單壁鋼圍堰內套及后澆筑圍堰間夾倉混凝土的工藝，進一步加固了鋼板樁圍堰的效果，解決了鋼板樁與封底混凝土脫離、封底混凝土局部破損冒水等問題。該技術保障了施工平臺安全可靠，為確保后續施工質量和施工安全創造了良好的施工環境。

該防沖刷施工技術具有可操作性強及工序安排科學、簡便、高效等特點，對受沖刷較大的圍堰施工具有一定的借鑒意義。

[1]李迎九.鋼板樁圍堰施工技術[J].橋梁建設，2011（2）：76-79，84.

[2]鄰連會.混凝土水中灌筑新工藝[J].鐵道建筑，1988（7）：39.

[3]周水興，何兆益，鄒毅松.路橋施工計算手冊[M].北京：人民交通出版社，2001.

[4]G D 63-2007，公路橋涵地基與基礎設計規范[S].

[5]GB 50666-2011，混凝土結構工程施工規范[S].

[6]G/T F50-20011，公路橋涵施工技術規范[S].

[7]GB 50017-2016，鋼結構設計規范[S].

作者簡介：凌飛鵬（1980—），高級工程師，主要從事公路與橋梁施工技術研究工作。