三江口特大橋主墩鋼圍堰封底施工關鍵技術探討

■謝能輝

（莆田市交通投資集團有限公司，莆田 351100）

近年來水下承臺建設工程越來越多，而鋼圍堰為其順利建設提供可行性，因此鋼圍堰施工工藝逐漸被廣泛采用[1-4]。 然而鋼圍堰施工面臨許多復雜和關鍵性的施工技術難點， 尤其圍堰封底技術復雜，施工組織困難，施工安全風險控制難度大。 為此本研究以聯十一線（莆田境）涵江江口至仙游楓亭段工程三江口特大橋主墩鋼圍堰施工為工程背景，詳細闡述了特大橋主墩鋼圍堰的設計結構及總體施工工藝，系統地研究了鋼圍堰封底關鍵技術，以期為類似工程提供參考。

1 工程概況

1.1 主塔墩基礎結構概況

三江口特大橋全橋共11 聯：4×（4 m×30 m）+5×（3 m×40.83 m）+（95+220+95）m+（65+120+65） m；橋梁全長：1 756.5 m。 其中主橋橋型方案為雙塔組合梁斜拉橋，跨徑布置為（95+220+95）m＝410 m，設置32#、33# 主塔墩， 主塔墩基礎均采用鉆孔灌注樁，啞鈴型承臺。 承臺底標高-0.61 m，承臺頂標高+5.39 m，高6 m，長65.3 m，寬19.8 m，其下布置20根主墩樁基，樁長62（64）m，樁徑2.5 m，以及8 根輔助樁樁基，樁長30 m，樁徑1.2 m。 主塔墩基礎平、立面布置見圖1。

圖1 主塔墩基礎平、立面布置圖

1.2 工程建設條件

1.2.1 地形地質條件

該場區屬于沖海積平原地貌，三江口特大橋橫跨木蘭溪，河寬約430 m，河床底標高-4.0～-3.0 m，水位受潮水漲落潮影響，平均水深約4.8 m。 木蘭溪橫斷面在三江口特大橋工程區呈較對稱“U”型。

1.2.2 航道情況

由于本工程位于興化灣頂部木蘭溪河口水域，該水域目前主要已建的碼頭設施為三江口作業點，進港航道為天然航道，每月進出三江口作業點的船舶僅4～6 艘次，通航船舶相對較少，多數貨船需乘潮通航。 工程周圍分布有養殖設施，通航的船舶為漁船等小型無序船舶及部分散雜貨船。

綜上所述，本工程航道交通量較輕，具備材料水運條件。 且在本工程棧橋施工前已進行了通航安全評估，圍堰施工不會對航道交通產生較大影響。

1.2.3 潮汐情況

木蘭溪三江口潮位，為半日潮區，每日兩次漲、落潮，平均潮差為6.5 m 左右。 潮流為半日潮流，漲潮平均流速0.57 m/s，最大流速為0.94 m/s；落潮平均流速0.65 m/s，最大流速為0.95 m/s。 興化灣口處最大波高為4.1 m，平均周期7.1 s。

2 主墩鋼圍堰結構及總體施工方案

三江口特大橋主墩承臺底標高為-0.61 m，在潮汐環境下，時而露出，時而淹沒，需利用圍堰進行承臺施工。 考慮承臺底部河床地層存在較厚淤泥層，設計采用雙壁鋼吊箱圍堰。

2.1 主墩圍堰結構概述

2.1.1 圍堰整體結構

32#、33#主墩圍堰結構相同， 均采用啞鈴形雙壁鋼吊箱圍堰，圍堰（不含防撞設施）長67.78 m，寬22.28 m，高9.708 m。圍堰頂標高為+6.49 m，底標高為-3.218 m，豎向單節，橫向分成24 個節段，在工廠制造好后水運至現場拼裝。 32#、33# 主墩鋼吊箱圍堰立面布置見圖2（a）。

2.1.2 圍堰底龍骨結構

圍堰底龍骨由底龍骨及底板組成。 其中底龍骨采用雙拼HN600×200 型鋼，型鋼材質為Q235B；底龍骨上部鋪設8 mm 厚鋼板作為底板， 底板上設I10 工字鋼作為加勁；部分位置龍骨采用10 mm 厚貼板進行加強。 同時為保證工人操作方便，在其上再鋪設1 層10 mm 厚鋼板，材質均為Q235B，見圖2（b）。

2.1.3 圍堰壁板結構

圍堰側板底標高為-2.61 m，頂標高為+6.49 m，總高9.10 m。 單個圍堰側板總重約932.3 t。 圍堰壁板由內、外壁板、底板、甲板、隔板、水平桁架及加強肋組成，厚1.2 m。 其中內壁板采用δ=12 mm 鋼板，外壁板、底板、甲板、隔板采用δ=10 mm 鋼板，水平桁架及加強肋采用20a 工字鋼，鋼板、角鋼均采用Q235B 材質鋼材。 圍堰的支撐體系采用φ820×12 mm 鋼管施作， 共布設2 道， 布設位置分別在+2.89 m、+5.89 m 處， 與壁板的環板焊接， 材質為Q235B，見圖2（c）。

2.1.4 圍堰吊掛體系

圍堰下放采用連續千斤頂和鋼絞線同步下放的方式，每個樁基鋼護筒頂（+6.89 m）設置一套吊掛系統，單套吊掛系統呈“十”字形有4 個吊點，每個吊點用4 根φ32 精軋螺紋鋼 （L=12 m）、1 束鋼絞線（每束鋼絞線為12-1×7φ12，L=12 m）及1 個120 t 穿心拉桿式千斤頂施作。 圍堰下放完成后，將精軋螺紋鋼上部螺帽擰緊，拆除鋼絞線，進行體系轉換。

單個圍堰共計28 套吊掛系統，112 個吊點。 吊掛系統由20、16 mm 厚Q235B 鋼板組合焊拼而成，錨具采用OVMM15A-16 錨具，吊索采用ΦS15.2 mm高強度低松弛鋼絞線，標準強度fpk=1 860 MPa；精軋螺紋鋼直徑為32 mm，材質為PSB930；鋼材材質均為Q235B。

2.1.5 圍堰連通孔的布置

在封底混凝土頂1 m 高度處，布置一層連通孔，用于調節圍堰內外水位平衡。 連通孔直徑為300 mm，壁板上總共布置24 個連通孔，見圖2（d）。

圖2 主墩鋼吊箱圍堰參數和結構

2.1.6 封底平臺布置

在主墩吊掛系統上布設貝雷梁，在貝雷梁上鋪設分配梁及鋼面板，并做好防護欄桿，形成封底操作平臺。

2.2 總體施工方案

32#、33#墩圍堰均采用鋼吊箱結構。 設置4 個鋼護筒牛腿，在鋼護筒牛腿上依次安裝底龍骨及底模。 同時在鋼護筒上安裝吊掛分配梁，吊索與鋼護筒底模托架相連，之后安裝圍堰側板、內隔艙及圍堰內支撐、抗剪鋼筋等。 然后割除鋼護筒牛腿，進行圍堰下放，下放完成后安裝封底平臺，澆筑封底混凝土。 圍堰施工流程見圖3。

圖3 圍堰施工流程

3 鋼圍堰封底施工關鍵技術

3.1 圍堰封底順序

本工程封底混凝土厚2 m，采用C30 混凝土澆筑，單個主墩承臺封底混凝土總方量約2 000 m3。

由于封底混凝土方量較大，考慮分艙澆筑封底混凝土。 在圍堰底龍骨上設置6 道隔艙板，將其分為7 個隔艙，封底混凝土澆筑前優先將隔艙板內混凝土澆筑完成，而后澆筑封底混凝土，封底混凝土由外向內對稱澆筑，澆筑順序圖見4。 封底施工前，導環與鋼護筒縫隙應采取措施堵漏，防止封底漏漿。

3.2 封底混凝土澆筑時間分析

底隔艙混凝土澆筑采用干澆，在水位落至隔艙板頂時，采用水泵將隔艙板中水抽出，而后采用天泵進行澆筑。

封底混凝土澆筑方式采用先濕后干進行，計劃在落潮過程中進行，當潮水落至+1 m 時開始澆筑，先進行濕封；待潮水落至-0.66 m，即隔艙板頂時，采用水泵將澆筑艙內多余水抽出，而后可進行干封作業。 根據歷年潮汐變化統計分析，本工區潮汐為半日潮，每日有2 次漲落潮，根據查閱此區域潮差表可知每天約有2×6 h 可以進行封底混凝土施工。

3.3 封底混凝土供應工效分析

封底混凝土供應采用1 個攪拌站生產、9 輛混凝土罐車運輸（其中1 輛備用）、2 臺天泵澆筑。混凝土的生產： 混凝土的生產利用二組HZS120 型攪拌站，每小時實際生產量約為180 m3。 混凝土的運輸：混凝土運輸采用8 輛12 m3混凝土罐車，1 輛10 m3混凝土罐車備用，罐車自攪拌站至32# 主墩，約需要10 min，自攪拌站至33# 主墩，約需要40 min，可以保證混凝土連續不間斷的運送。 混凝土的澆筑：混凝土的澆筑采用封底平臺輔助進行混凝土的澆筑作業，其上布置導管，采用天泵進行澆筑，單個天泵澆筑速度約30 m3/h，2 臺天泵綜合澆筑速度約60 m3/h。 封底混凝土隔艙進行澆筑，單個艙室最大方量為292 m3，按照2 臺天泵施工進行考慮，需澆筑時間約5 h。

3.4 圍堰封閉平臺及導管布設

在圍堰下放到位后，采用貝雷片在護筒頂部搭設封底作業平臺。 封底平臺所需貝雷梁采用場下組拼的方式， 根據設計拼接成所需要的貝雷梁組，在場下拼裝時，貝雷梁連接處的銷軸插銷需全部安裝到位。采用120 t 履帶吊機進行貝雷梁的逐組安裝，在安裝過程中，應加強貝雷梁組的吊裝穩定性控制，防止擺動造成傷害。 吊裝到位的分配梁組，及時在吊掛系統對應兩側設置限位件，防止梁組發生傾覆。

封底平臺澆筑采用濕封+干封進行施工， 濕封采用導管進行施工，主要澆筑分艙中部區域，邊部靠近圍堰區域采用干封， 在水位落至底隔艙頂時，在靠近圍堰區域設置水泵將澆筑艙內水抽干，而后端頭采用溜槽澆筑，局部位置輔以天泵補缺。

圖4 堰底隔艙結構圖

為了滿足封底平臺頂面的作業需要，在貝雷組頂面鋪設I16 分配梁，間距25 cm，頂部鋪設10 mm厚花紋鋼板，同時在走道板四周設置1.2 m 高圍護欄桿，形成有效防護。 為了滿足水封導管的布置需要， 在沿貝雷梁組間根據導管位置搭設2I40 型鋼分配梁，2 根型鋼設置325 mm 間距縫隙，便于導管的安裝。 在封底平臺上按上述導管布置位置，并在其上安裝固定水封導管用翻板。 為了確保封底混凝土灌注的整體質量，水封導管按照4 m 覆蓋半徑布置，其中1#、2#、3#、4#、7# 倉內布置水封導管2 套，5#與6#倉內布置導管3 套，見圖5。

圖5 導管布置圖

3.5 圍堰濕封工藝

封底導管上設置小料斗，利用天泵通過小料斗進行混凝土灌注。

首批混凝土方量計算導管直徑為300 mm，水深取7 m （水位標高根據水封時間取最高潮水位+4.04 m），導管懸空高度取0.2 m，首批混凝土灌注后導管埋深取0.8 m。 根據水封混凝土性能，水下混凝土擴散角度在15°～30°，擴散直徑取8 m，水的容重取1×104N/m3,混凝土容重取2.4×104N/m3,則可以計算導管內外平衡時導管內需要灌注混凝土高度：h1=7×1/2.4=2.92 m。 導管內混凝土方量：V1=0.206 m3。導管外混凝土為圓錐形，高度為1.0 m，底面直徑為8 m，則混凝土體積為V2=16.75 m3。首批混凝土最小方量為：V=V1+V2=0.206+16.75=16.96 m3。

為保證導管埋深，確保水封一次成功，首批混凝土采用雙層料斗，料斗底部設置開關閥，下層采用2 m3小料斗，上層設置1 個10 m3大料斗采用龍門吊吊至下層料斗上方，兩個料斗儲滿混凝土后同時打開開關閥，確保首灌混凝土滿足要求。

在灌注過程中，應注意混凝土的堆高和擴展情況，正確地調整坍落度和導管埋深灌注過程中保證導管埋深不小于1 m；在已砍球的導管每隔20 min要下料1 次或用門吊活動導管1 次，以防長時間不灌注混凝土，混凝土把導管堵管、埋管；封底施工應嚴格按照設計順序進行施工，嚴禁在同一點超量下方混凝土使其自流。 封底混凝土頂面標高，嚴格按照設計圖紙來控制，防止承臺施工時混凝土鑿除數量過大。

3.6 圍堰干封工藝

封底混凝土邊部靠近圍堰區域采用干封，在水位落至底隔艙頂時，在靠近圍堰區域設置水泵將澆筑艙內水抽干， 同時避免對混凝土水泥漿抽吸，而后端頭采用溜槽澆筑， 局部位置輔以天泵補缺，澆筑過程中對封底混凝土標高和平整度進行控制，確保封底頂面平整。

4 結論

本研究以聯十一線（莆田境）涵江江口至仙游楓亭段工程三江口特大橋主墩鋼圍堰封底施工為工程背景，研究潮汐作用下鋼圍堰大體積混凝土封底施工關鍵技術，主要得出如下結論：（1）潮汐環境圍堰進行承臺施工，考慮到承臺底部河床地層存在較厚淤泥層，設計采用雙壁鋼吊箱圍堰。 （2）三江口特大橋主墩鋼圍堰封底混凝土厚2 m，采用C30 混凝土澆筑， 單個主墩承臺封底混凝土總方量約2 000 m3。由于封底混凝土方量較大，需分艙澆筑封底混凝土，優先澆筑隔艙板內混凝土，而后由外向內對稱澆筑封底混凝土。 （3）潮汐作用影響下，封底混凝土澆筑方式應先濕后干進行， 并且在圍堰封底混凝土灌注過程中，按固定間距進行測量觀測實時調整混凝土灌注的位置和數量。（4）由于采用以上鋼圍堰大體積混凝土封底施工關鍵技術， 最終主墩圍堰封底施工過程安全順利，封底效果可靠。