橋梁墩基礎施工中深水淺覆蓋層鎖扣鋼管樁圍堰技術運用

摘要 文章針對某大型跨江橋X1墩基礎深水淺覆蓋層的施工難題，提出了鎖扣鋼管樁圍堰技術方案，詳細分析了圍堰總體設計、工況分析和結構驗算，重點闡述了刻槽、吹砂、混凝土止水墻和圍檁內支撐體系等關鍵技術的創新應用。通過高精度定位、專用設備、實時監控等措施，成功解決了深水環境下淺覆蓋層的施工難題。工程實踐表明，該技術在保證施工質量和安全的同時，顯著提高了施工效率，可為類似工程提供有益借鑒。

關鍵詞 橋梁墩基礎；深水淺覆蓋層；鎖扣鋼管樁圍堰；刻槽技術；水下混凝土

中圖分類號 U445 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）03-0048-03

0 引言

隨著我國橋梁建設的快速發展，跨越大江大河的橋梁工程日益增多，其中深水基礎施工技術是關鍵難題之一。特別是在深水淺覆蓋層地質條件下，傳統圍堰技術往往難以滿足施工要求。該文以某大型跨江橋X1墩基礎為例，探討了深水淺覆蓋層條件下鎖扣鋼管樁圍堰技術的創新應用，旨在為類似工程提供技術參考。

1 工程概況

該工程為某大型跨江橋項目，主跨跨度為300 m，采用（65+90+160+90）m連續剛構。其中，X1墩基礎位于深水庫區，采用深埋式矩形承臺，平面尺寸為17.4 m×12.4 m，高3.5 m，下設12根φ2.2 m灌注樁，橋墩立面布置圖如圖1所示。該處水域常水位為29.8 m，平均水深11 m，汛期流速可達1.26 m/s。地層結構從上到下依次為1.3 m厚圓礫層、2.4 m厚全風化花崗巖、13.8 m厚強風化花崗巖上帶和4.9 m厚強風化花崗巖下帶。X1墩基礎施工面臨深水、淺覆蓋層、易坍塌和汛期水流影響等技術難題[1]。

2 橋梁墩基礎施工中深水淺覆蓋層鎖扣鋼管樁圍堰設計

2.1 總體設計

圍堰總體設計采用鎖扣鋼管樁圍堰結構，充分考慮了X1墩深水淺覆蓋層的特殊地質條件和水文環境。如圖2所示，圍堰平面尺寸為22.52 m×17.32 m，比承臺外輪廓尺寸分別外擴1.66 m和1.76 m，以確保施工空間。鎖扣鋼管樁采用φ800 mm×10 mm規格，單樁長度為24 m。圍堰頂標高設置為32.0 m，高出設計水位約1.0 m，以應對可能的水位波動[2]。樁底標高為8.0 m，嵌入基坑底部6.8 m，確保圍堰的整體穩定性和抗滲性。

圍堰內設置4層圍檁內支撐體系，從下至上標高分別為19.6 m、23.0 m、27.0 m和31.0 m。第1層和第2層圍檁采用2HN700×300型鋼，內支撐選用φ800×10 mm鋼管；第3層和第4層圍檁則采用3HN700×300型鋼，內支撐選用φ1000×12 mm鋼管，以適應不同水深的側向壓力。所有鋼結構材料均采用Q235B鋼，滿足強度和耐久性要求。為解決淺覆蓋層施工難題，在圓礫層和全風化花崗巖層設計了50 cm厚的混凝土止水墻，頂標高為18.7 m，與承臺頂齊平。止水墻下設50 cm厚的混凝土墊層，底標高為15.2 m，以有效控制基坑滲水[3]。圍堰底部采用回填砂填充至標高18.7 m，形成穩定的作業面。承臺底標高為15.2 m，高3.5 m，頂標高為18.7 m，與混凝土止水墻頂齊平，以確保施工連續性和防滲效果。

2.2 工況分析

針對X1墩深水淺覆蓋層鎖扣鋼管樁圍堰的特點，該文設計考慮了四種關鍵工況進行分析：圍堰封底前、圍堰抽水后、承臺混凝土澆筑完成后和圍堰拆除前[4]。利用有限元軟件對這四種工況進行模擬計算，重點分析了圍堰結構的強度、剛度和穩定性。計算結果如表1所示：

2.3 圍堰驗算

基于工程X1墩深水淺覆蓋層鎖扣鋼管樁圍堰的實際情況及特殊條件，此次對圍堰結構進行了驗算，主要包括抗傾覆穩定性、抗滑移穩定性和承載力驗算[5]。

（1）抗傾覆穩定性驗算

采用抗傾覆穩定性系數進行驗算，公式如下：

（1）

其中，——抗傾覆力矩之和；——傾覆力矩之和；——抗傾覆穩定性系數允許值，取1.3。計算得出，滿足要求。

（2）抗滑移穩定性驗算

采用抗滑移穩定性系數進行驗算，公式如下：

（2）

其中，——抗滑力之和；——滑移力之和；——抗滑移穩定性系數允許值，取1.3。計算得出，滿足要求。

（3）承載力驗算

采用地基承載力驗算公式：

（3）

其中，——最大地基反力；N——圍堰自重和水壓力的合力；A——圍堰底面積；M——彎矩；W——圍堰底面抗彎截面模量；——地基允許承載力。計算得出 kPa kPa，滿足要求。

通過以上驗算，結果表明該鎖扣鋼管樁圍堰設計在抗傾覆、抗滑移和承載力方面均滿足規范要求，具有良好的整體穩定性和安全性，可為X1墩基礎的順利施工提供可靠的技術保障，同時也驗證了圍堰總體設計的合理性和可行性。

3 關鍵技術分析及運用

3.1 刻槽施工分析及運用

項目采用了創新的水下刻槽技術，結合精確定位和實時監控，有效解決了傳統插打工藝在淺覆蓋層中難以施工的問題。

（1）高精度定位系統：使用GPS-RTK技術結合全站儀，實現刻槽位置的厘米級定位精度。定位誤差控制在±2 cm以內，確?？滩圯喞c設計的一致[6]。

（2）專用刻槽設備：采用自主研發的水下鏈刀式刻槽機，刀頭寬度為90 cm，刻槽深度可達3 m。設備功率為220 kW，能有效切割圓礫層和全風化花崗巖層。

（3）實時監控系統：安裝水下聲吶和攝像頭，實時監控刻槽過程。通過數據分析，刻槽垂直度偏差控制在1%以內，寬度誤差不超過5 cm。

（4）分段施工策略：將圍堰輪廓分為8個段，每段長度約12 m。采用交替施工方式，有效控制刻槽壁面的坍塌風險。每段刻槽完成后，立即進行吹砂填充，以穩定槽壁[7]。

（5）泥漿循環系統：使用泥漿比重為1.2～1.3 g/cm3，流量為200 m3/h的循環系統，確?？滩圻^程中的槽壁穩定和碎屑清除效率。表2所示為刻槽施工參數：

3.2 吹砂施工分析及運用

吹砂技術是繼刻槽施工后的又一關鍵環節，可提高圍堰的防滲性能和整體穩定性。該項目針對特殊地質條件，采用了精準控制的水下吹砂技術，有效解決了傳統填砂方法在深水條件下難以實施的問題。

吹砂施工主要采用以下技術措施及使用方法：

（1）高效吹砂設備：使用功率為315 kW的離心泵，配合特制的φ200 mm吹砂管，實現最大吹砂流量300 m3/h，有效提高施工效率[8]。

（2）精準定位系統：采用水下聲吶結合RTK-GPS技術，實現吹砂管端部位置的厘米級定位，保證填砂均勻性和填充密實度。

（3）分層填充策略：將刻槽深度2.7 m分為3層進行填充，每層厚度約0.9 m。采用“先深后淺、先兩側后中間”的填充順序，有效防止砂料流失和槽壁坍塌。

（4）砂料優化配比：選用中粗砂，粒徑為0.52 mm，將含泥量控制在3%以下，加入5%的細石子（粒徑510 mm）以提高填充體的整體穩定性。

（5）實時監測系統：安裝水下密度儀和測厚儀，實時監控填砂密實度和厚度。通過數據分析，填砂密實度達到95%以上，厚度誤差控制在±5 cm內。吹砂施工的精準實施不僅有效填充了刻槽空間，還顯著提高了圍堰的整體防滲性能和結構穩定性，為深水承臺施工提供了可靠保障。

3.3 槽內混凝土止水墻施工分析及運用

該工程采用了創新的水下混凝土澆筑技術，有效解決了深水環境下止水墻施工的難題。止水墻施工平面布置圖如圖3所示。根據布置圖，此次施工采用C30水下混凝土，水灰比為0.45，摻加5%的膨脹劑和0.8%的減水劑，提高混凝土流動性和抗滲性，坍落度控制在180～220 mm。使用φ250 mm鋼導管澆筑，導管間距控制在3 m以內，沿承臺輪廓均勻分布，確?；炷脸浞痔畛?。在鎖扣鋼管樁內側安裝SP-IVw型鋼板樁，作為止水墻的成形模板和防滲屏障，保證定位精度。將止水墻分為4個澆筑段，每段長度約15 m，采用交錯澆筑方式，控制溫度應力，減少收縮裂縫。在關鍵位置布置測點，通過水下攝像頭和聲吶設備實時監控澆筑過程，安裝測溫傳感器以控制混凝土的內部溫度不超過65℃。布料點間距控制在5 m以內，確保混凝土均勻鋪展，避免離析。施工數據分析顯示，平均澆筑速度為25 m3/h，單次最大澆筑量為180 m3，混凝土強度實測值為35.6 MPa（28 d），止水墻垂直度偏差≤0.3%，厚度合格率為97%。

3.4 圍檁內支撐體系施工分析及運用

該項目采用多層次的支撐體系，包括頂部承重梁、千斤頂、精軋螺紋鋼及第3層和第4層圍檁內支撐，充分考慮了深水環境下圍堰所承受的巨大水壓力和土壓力。在施工過程中，采取了分層施工、預應力技術和剛度優化等創新措施，通過精軋螺紋鋼和千斤頂施加預應力，將預應力控制在400～600 kN之間，支撐間距約為4 m。第3層和第4層圍檁內支撐采用φ600 mm、壁厚16 mm的鋼管，以顯著提高整體剛度，并開發專利以快速連接節點，將傳統焊接改為螺栓連接，大幅提高水下安裝效率，每個節點安裝時間從4 h縮短到1.5 h。在關鍵支撐點安裝應變片和位移傳感器，24 h監測支撐受力和圍堰變形情況，將最大允許變形控制在30 mm以內。

數據分析顯示，支撐安裝效率提高了60%，平均每層支撐安裝僅需2 d；圍堰的最大水平變形控制在22.5 mm，

遠小于設計限值30 mm；支撐軸力分布均勻，最大偏差不超過10%，證明預應力施加合理；圍堰整體剛度提高約40%，有效抵抗深水環境的外部荷載。以上各項措施保證了X1墩圍堰的結構安全，還為后續承臺施工創造了良好條件，對提高深水基礎施工質量和效率具有重要意義。

4 結語

該文通過對某大型跨江橋X1墩基礎深水淺覆蓋層鎖扣鋼管樁圍堰技術的分析與運用，提出了一套系統的技術解決方案。創新性地采用水下刻槽、精準吹砂、混凝土止水墻和多層次支撐體系等關鍵技術，有效解決了深水淺覆蓋層的施工難題。工程實踐證明，該技術方案安全可靠、經濟高效，顯著提高了施工質量和效率，研究成果對于類似深水橋梁基礎施工具有重要的參考價值和推廣應用前景。

參考文獻

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收稿日期：2024-07-29

作者簡介：李鼐垚（1993—），男，本科，工程師，研究方向：道路橋梁與渡河工程。