雙壁鋼圍堰穿越不同覆蓋層 下沉施工技術(shù)

唐華

雙壁鋼圍堰著床后，吸泥、下沉是橋梁基礎(chǔ)施工的重難點(diǎn)之一。以跨淮河特大橋主橋鋼圍堰穿越覆蓋層施工為背景，結(jié)合其他實(shí)際施工案例，通過(guò)施工前消除堰區(qū)偏載，清理堰底雜物，施工過(guò)程中采取擾動(dòng)刃腳土層，堰區(qū)挖、吸結(jié)合除土等技術(shù)措施，較好地保證了鋼圍堰順利下沉至設(shè)計(jì)位置，可為類(lèi)似施工提供參考。

一、工程概況

淮河特大橋主橋?yàn)?-（112+228+112）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)箱梁-柔性拱組合結(jié)構(gòu)，全長(zhǎng)452m。基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，雙肢薄臂墩，梁體為混凝土預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，采用單箱雙室變高度箱形截面，拱肋為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，采用等高度啞鈴形截面。

主橋墩號(hào)為293#～296#墩，其中293#、296#墩為邊墩，位于河岸灘地上，294#、295#墩為主墩，位于河中；主墩樁基礎(chǔ)均采用鉆孔柱樁。圍堰內(nèi)覆蓋層主要為淤泥、細(xì)沙、硬塑性粉質(zhì)粘土等。294#墩處原為碼頭位置，建渣、片石等棄置雜物較多，河岸坡度較大。設(shè)計(jì)承臺(tái)厚6m，矩形承臺(tái)，平面尺寸24m×30.6m。基礎(chǔ)采用先樁后堰，其中承臺(tái)采用雙壁鋼圍堰施工方案。鋼圍堰設(shè)計(jì)為分離式隔艙，外輪廓尺寸：34.8m（長(zhǎng)）×28.2m（寬）；內(nèi)輪廓尺寸：30.8（長(zhǎng)）×24.2m（寬）。

二、方案概述

鋼圍堰采用工廠加工后運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)拼裝，通過(guò)搭設(shè)鋼圍堰拼裝平臺(tái)，在加高的鋼護(hù)筒頂部分別設(shè)置型鋼及貝雷梁縱、橫梁，利用千斤頂形成鋼圍堰同步精度可達(dá)2mm的提升、下放系統(tǒng)。鋼圍堰下放過(guò)程中，通過(guò)焊接在鋼圍堰內(nèi)壁上的弧形滑板導(dǎo)向系統(tǒng)以及千斤頂、葫蘆等手段，不斷地修正圍堰高程或平面位置，確保圍堰精準(zhǔn)下沉至河床面后，開(kāi)始進(jìn)入覆蓋層除土、吸泥下沉作業(yè)。除土、吸泥下沉需要根據(jù)刃腳及圍堰內(nèi)不同地質(zhì)情況采用不同技術(shù)措施。

三、主要施工技術(shù)

1.河床處理

294#墩鋼圍堰岸側(cè)河床與河心側(cè)高程最大高差達(dá)16m，且岸側(cè)緊鄰施工棧橋。為滿足施工安全并利于圍堰下沉施工控制，在圍堰岸側(cè)采用雙排鉆孔樁對(duì)棧橋、河岸加強(qiáng)支護(hù)后，對(duì)圍堰岸側(cè)土方進(jìn)行清理，盡量將圍堰區(qū)域內(nèi)河床底部高差降至一致，消除河床土體對(duì)圍堰偏壓的不良影響，同時(shí)便于圍堰刃腳能同步著床，減少圍堰下沉控制難度。

2.圍堰區(qū)清理

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，在孔樁開(kāi)始施工前，先對(duì)基坑圍堰區(qū)內(nèi)存在的片石、煤矸石、建渣等雜填物進(jìn)行清理，探明并基本清除影響后續(xù)施工的已有地下障礙物。鋼圍堰開(kāi)始下放前，清理掉落入基坑范圍的型鋼、鋼筋、方木等雜物。

對(duì)于含有大量建渣、片石等雜物的河床，可先采用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)進(jìn)行清理，配合空氣吸泥機(jī)可將大部分建渣等雜物清除；河床內(nèi)存在的大塊石可采用繩鋸或沖擊鉆頭解小后清除，型鋼可采用水下切割后清除；對(duì)于大粒徑或情況不明的物件，需要由潛水員水下探明后再制定針對(duì)性措施給予清除，避免為后續(xù)圍堰下沉埋下隱患。

3.除土、吸泥下沉作業(yè)

采用伸縮臂挖掘機(jī)（吊裝臂長(zhǎng)30m貝殼斗）、旋挖鉆機(jī)（180型）、泵吸反循環(huán)鉆機(jī)（3臺(tái)）、高壓射水設(shè)備（2臺(tái)）、空氣吸泥機(jī)（帶高壓射水325mm直徑）、攪吸泵（2臺(tái)250KW、2臺(tái)125KW）等設(shè)備配合，開(kāi)展挖土、松土、吸泥、除泥作業(yè)。除土、吸泥下沉過(guò)程受?chē)叻秶翆有再|(zhì)及回填物不同影響，需采取不同的措施。

（1）淤泥層、沙層

淤泥層、沙層多為圍堰下沉前期遇到的覆蓋層，此時(shí)采用大功率攪吸泵為主，小功率攪吸泵為輔的吸泥設(shè)備配置吸泥效果明顯，圍堰下沉速度較為理想。對(duì)大型圍堰吸泥下沉前期，需要事先做好各吸泥、除土設(shè)備的位置布置，確保吸泥點(diǎn)位布置合理，使圍堰能實(shí)現(xiàn)整體同步、均勻下沉。攪吸泵布置時(shí)要確保距離刃腳一定距離，避免導(dǎo)致該側(cè)刃腳下沉過(guò)快，形成圍堰不均勻下沉。圍堰下沉過(guò)程要控制好下沉速度，便于圍堰姿態(tài)控制。

（2）粘土及硬塑性粘土層

圍堰下沉過(guò)程中，刃腳部位土層會(huì)受土層性質(zhì)不均勻或局部板結(jié)、粘性變化等影響難以下沉。采用潛水員水下高壓射水配合清理刃腳部位土層，啟用空氣吸泥機(jī)對(duì)攪吸泵吸泥盲區(qū)進(jìn)行清理，可有效提高下沉效率。

刃腳穿越粘土層時(shí)，采用配備螺旋鉆頭的攪吸泵松動(dòng)粘土層，再更換花刀鉆頭攪碎粘土吸泥出渣。刃腳部位泥、土采用改裝的帶轉(zhuǎn)角的攪吸泵吸除。

當(dāng)刃腳處為硬塑性粘性土層時(shí)，圍堰下沉速速度明顯降低，僅僅依靠圍堰自重或壓重入土難度大。在圍堰平臺(tái)拼裝前，利用鉆孔平臺(tái)，通過(guò)配備螺旋鉆頭的旋挖鉆機(jī)對(duì)刃腳處土層進(jìn)行攪動(dòng)、破壞，使刃腳附近土層松動(dòng)，便于圍堰下沉。

針對(duì)圍堰內(nèi)板結(jié)嚴(yán)重、強(qiáng)度較高的硬塑性土層，優(yōu)先考慮采用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)除土；在其除土效率不高的情況下，將旋挖鉆機(jī)吊入圍堰施鉆，在硬塑性粘土層中鉆孔，形成多個(gè)柱狀空腔，再采用伸縮臂挖掘機(jī)開(kāi)挖、松動(dòng)土層，最后再用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)挖除、清除土體。在板結(jié)或膠結(jié)嚴(yán)重的土層吸泥時(shí)，增加射水措施可提高吸泥效率，提升圍堰下沉效率。

深茂鐵路潭江特大橋主橋施工時(shí)，采用增設(shè)反循環(huán)鉆機(jī)分區(qū)吸泥，對(duì)圍堰內(nèi)膠結(jié)的粘土層吸泥也取得了較好效果。

（3）砂層、砂卵石層

對(duì)于砂層、含礫中粗砂層、膠結(jié)不強(qiáng)的砂卵石層，采用空氣吸泥機(jī)效果較好；當(dāng)遇到較強(qiáng)膠結(jié)的卵石層時(shí)，增加高壓射水措施后，吸泥除土效果也較為理想。

4.基底清理

在鋼圍堰距離設(shè)計(jì)標(biāo)高大約2m左右時(shí)，需要加強(qiáng)對(duì)基底地質(zhì)情況的核查，嚴(yán)格控制好基底吸泥工序。接近設(shè)計(jì)高程時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行基底清理工序，對(duì)堰內(nèi)基坑高程及虛土進(jìn)行清理。土層范圍鋼圍堰內(nèi)吸泥順序?yàn)橄戎虚g，后周邊，通過(guò)對(duì)稱(chēng)、均衡取土，使基坑底大致形成鍋底狀。結(jié)合圍堰頂部高程變化情況，及時(shí)對(duì)坑底高程進(jìn)行測(cè)設(shè)，為后續(xù)除土、吸泥提供參考。

圍堰沉降穩(wěn)定并到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高后，采用型鋼將鋼圍堰與鋼護(hù)筒焊接固定牢固，開(kāi)始進(jìn)行基底清理。圍堰內(nèi)基坑土體清理主要依靠水下攪拌器攪松泥土、吸砂泵進(jìn)行。基底清理完成后，需對(duì)整個(gè)基坑面高程進(jìn)行測(cè)量，并繪制測(cè)量地形圖。確認(rèn)基底標(biāo)高滿足設(shè)計(jì)要求后，由潛水員對(duì)圍堰內(nèi)壁及護(hù)筒外壁進(jìn)行清理，鋪設(shè)并整平碎石墊層，為后續(xù)封底混凝土施工做準(zhǔn)備。

四、注意事項(xiàng)

1.施工前河床情況核查

在圍堰施工前，應(yīng)先對(duì)圍堰范圍內(nèi)的實(shí)際地質(zhì)、水下填埋物等情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核查，確保充分掌握圍堰范圍河床情況。現(xiàn)場(chǎng)核查除查看施工圖、勘察資料外，更要注意現(xiàn)場(chǎng)復(fù)勘資料，通過(guò)雷達(dá)掃描或潛水員潛水實(shí)地調(diào)查獲得準(zhǔn)確河床情況，這對(duì)確保后續(xù)圍堰施工按計(jì)劃開(kāi)展尤為重要。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)核查情況，在鋼棧橋、鉆孔平臺(tái)等臨時(shí)措施設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分地考慮為后續(xù)可能采取的措施預(yù)留施工空間。比如，需對(duì)刃腳部位土體進(jìn)行松動(dòng)作業(yè)時(shí)，應(yīng)在棧橋或作業(yè)平臺(tái)間預(yù)留足夠空間，滿足后續(xù)鉆機(jī)操作需要。

2.做好圍堰下沉過(guò)程的姿態(tài)調(diào)整

圍堰著床進(jìn)入覆蓋層后，隨著沉入深度的加大，圍堰高程、垂直度等姿態(tài)的調(diào)整難度也隨之加大。故在圍堰下沉過(guò)程中，需加強(qiáng)對(duì)圍堰尤其底口位置的監(jiān)控。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，利用定位導(dǎo)向裝置，葫蘆、千斤頂?shù)韧饬κ侄危ㄟ^(guò)對(duì)刃腳處不均勻吸泥，壓重等的控制，過(guò)程中及時(shí)調(diào)整、消除圍堰位置偏差。當(dāng)出現(xiàn)超預(yù)期的圍堰偏差時(shí)，需及時(shí)分析原因，通過(guò)實(shí)地水下勘察確認(rèn)后采取針對(duì)性措施將圍堰姿態(tài)調(diào)整到規(guī)定位置。

3.圍堰區(qū)河床面處理

保持圍堰四周刃腳部位能同步入土，利于圍堰下沉控制。當(dāng)圍堰區(qū)高差過(guò)大，條件具備時(shí)可先將河床面盡量清理平整；對(duì)于僅靠圍堰自重較難下沉的硬塑性粘土層，可先對(duì)刃腳部位對(duì)應(yīng)河床位置進(jìn)行挖槽或擾動(dòng)處理。

對(duì)于巖層基礎(chǔ)地段，可采用鉆機(jī)在圍堰底部位置施作溝槽，便于刃腳能整體同步、均勻下沉。

河床為裸露的傾斜巖面時(shí)，視情況可先采用片石找平，也可先采用水下爆破開(kāi)挖，將巖面大致開(kāi)挖平整后再開(kāi)展圍堰下沉作業(yè)。

4.吸泥作業(yè)

對(duì)圍堰范圍內(nèi)進(jìn)行吸泥前，先通過(guò)電磁鐵、潛水員打撈等手段對(duì)圍堰內(nèi)的施工散落物等雜物進(jìn)行清理，避免損毀攪吸設(shè)備。

在對(duì)圍堰內(nèi)存在建渣地段吸泥時(shí)，空氣吸泥機(jī)能將部分建渣吸出，但受管徑影響，部分大粒徑建渣無(wú)法有效清除。通過(guò)加大吸泥管徑，增加供風(fēng)壓力，并在吸泥管前端增設(shè)過(guò)濾隔斷，可有效提高大粒徑建渣吸除效率。吸泥時(shí)，管口距泥面距離與泥渣粒徑、管口直徑等因素都有關(guān)系，距離太小易堵管，過(guò)大則吸泥效率較低，需根據(jù)不同的地質(zhì)情況、設(shè)備配置等具體情況試驗(yàn)確定。同時(shí)，吸泥時(shí)利用吊裝設(shè)備擺動(dòng)吸泥管，能有效提高吸泥效率。吸泥過(guò)程應(yīng)注意管口與刃腳保持一定距離，并做好圍堰是否均勻下沉的過(guò)程監(jiān)測(cè)。

五、結(jié)語(yǔ)

跨淮河特大橋主墩鋼圍堰在施工前，通過(guò)圍堰區(qū)現(xiàn)場(chǎng)核查，對(duì)存在的基坑偏載、坑底高差、建渣等雜填物進(jìn)行處置，提前對(duì)刃腳部位板結(jié)或粘性土層進(jìn)行松動(dòng)；鋼圍堰下沉過(guò)程中，根據(jù)不同覆蓋層地質(zhì)特性，采取不同技術(shù)措施，較好地完成了鋼圍堰的下沉、定位施工，實(shí)現(xiàn)了鋼圍堰施工的安全、質(zhì)量、工期目標(biāo)，為類(lèi)似施工提供了較好的借鑒。