深港皇岗—

左少华

【摘要】 深港皇岗至落马洲人行通道桥J3墩主塔基础为20×12m+6.0×11.3 m+20×12m厚8m的深水工字型扩大基础，本文针对工地特殊的地质水文、地质条件，重点介绍了J3墩主塔基础围堰的设计与施工。

【关键词】人行通道桥；J3墩主塔基础；钢板桩围堰；设计；施工

[Abstract] this paper basis on the specific geological and hydrological geological conditions, focusing on the J3 pier tower foundation design and construction of the cofferdam.Key words: pedestrian Passage Bridge; J3 pier tower foundation; steel sheet pile cofferdam; design; construction

中图分类号：TU473.5文献标识码：A文章编号：

1、概况

深港皇岗至落马洲人行通道桥位于皇岗口岸大桥西约550m处的深圳河上，是连接香港九广铁路上水至落马洲支线落马洲站与深圳地铁一期工程皇岗站的枢纽工程，也是本世纪初国家计划深圳至香港五大口岸之一。该桥桥型采用不等跨独塔双索面斜拉桥。桥梁总长240m，其中深方116m，港方124m，主跨133.86m。桥梁上部结构采用底、中、顶三层钢梁结构（其中底、中梁采用钢箱梁、顶层为K型桁架），上下层通道人行道宽为16.5m，主梁为全封闭带顶盖的双层承重结构。桥梁下部结构J1、J2、J4墩基础采用钻孔桩基础，实体墩柱结构，J3墩采用深水扩大工字型基础。（见下图）

J3墩主塔基础为20×12m+6.0×11.3 m+20×12m厚8m的深水工字型扩大基础。基础全部嵌入河床基岩中，持力层为微风化花岗岩。扩大基础设计为C50砼，砼总量为4387.9m3。

2、地质水文

2.1地质情况

河床处无覆盖层，除河床底以下约1m为弱风化花岗岩外，其余均为微风化花岗岩。

2.2水文情况

深圳河水受海洋潮汐影响，其潮汐属平正规半日潮，在一个月大部分时间内每日有两个高潮和两个低潮，通常水深在3.0~6.5m，50年一遇的洪水水深约7.5m，最大流速小于2m/s。

3、方案选择

根据设计要求以及地质、水文等实际情况，初次拟定采用双壁钢围堰施工方案进行施工。但由于工程工期要求非常紧，河道狭窄（桥址处约160m宽），大型水上机械设备占用河道给河道通航将带来一定的影响。结合以上综合考虑桥址地质地形、水位、工程工期、机械设备和经济因素等，经过方案比较，最终采用了万能杆件桁架内支撑单层钢板桩围堰施工方案。

4、围堰施工程序

4.1在预先拼装好的浮箱平台上拼装1/2单元万能杆件围囹,浮运围囹至设计位置,测量监控抛锚定位。定位后安装φ1.2m钢护筒反力支撑，利用潮水涨落及时吊挂1/2单元围囹，拖出浮箱平台。按以上施工顺序安装单元II围囹，利用吊挂系统调整两围囹高度在同一水平面上，拼装两围囹间万能杆件连接形成一整体。

4.2利用千斤顶同步下放整体围囹，整个吊挂系统采用16个点，32个螺旋型千斤顶。

4.3围囹放下至设计高程后，安装2[25内圈支撑梁，沿内圈梁插打钢板桩。

4.4在围堰内下放砂笼（离钢板桩2.5m处即围囹内侧）,清理干净砂笼与板桩间淤泥,最后进行周圈局部砼封底.

4.5为保证整体围堰结构稳定,在每个反力吊架钢护筒内浇筑高约1.0m砼,保证护筒与河床底良好接触。

5、围堰工况及计算模式

围堰整体结构由万能杆件围囹、鋼板桩、吊挂系统、横向联结系、周圈封底砼组成，围堰平面尺寸为42.6m×26.6m(见图2)。根据该围堰施工程序分以下工况计算：

5.1钢板桩的选取以及确定万能杆件围囹的下放标高

根据深圳河水文、地质情况，确定选用9.0m长的拉森Ⅲ型钢板桩，钢板桩直接稳定在基岩上。计算时最不利荷载考虑围堰上游面水流冲击力+水压力，不考虑漂浮物及其他异物的撞击力。钢板桩插打后每延米按一连续梁计算，墩位处河床底平均标高为：-4.17m,钢板桩顶面高程为+4.83m，按最深水深7.5m进行计算。经计算拉森Ⅲ型钢板桩的强度、刚度满足要求。，经试算确定围囹顶层万能杆件标高为+2.3m。

5.2万能杆件围囹的受力计算

围囹由φ1.2m钢管桩定位吊挂，待围堰内水抽干后，钢板桩承受水压力由内圈分配梁传递给钢围囹结构。计算时，内圈分配梁与万能杆件的连接考虑为铰接，计算桁架Pmax=1375.0KN，施工过程根据各杆件受力情况配置万能杆件，均满足受力要求。

围堰按钢板桩插打完成后动水冲击作用和围堰抽水后静水压力作用两种工况进行了围堰的整体稳定性检算和万能杆件围囹内力计算，均满足施工要求。

6、围堰的施工

6.1围囹单元拼装、浮运就位

钢围囹平面尺寸42.6m×26.6m，桁高4m，总重约240 t ，考虑到拼装、浮运能力，施工中在平面上分为两个单元体，单元I（18×26m）先在岸边由军用浮箱拼装的30×12.5m浮体上组拼桁架，浮运至设计位置定位。

在围囹内插打定位φ1.2m钢管桩，由于覆盖层较薄，在钢管桩上部拼装贝雷片作横向刚性连接，增强整体刚性。在钢管桩顶面设置精轧螺纹钢及螺旋型千斤顶等作吊挂系统，在高潮位时将围囹吊挂起来，利用低潮位将浮箱组退出。

6.2整体组拼并吊放围囹

用同样的方法，将围囹另一个单元组拼、浮运精确就位，利用吊挂系统将两个单元体调至同一标高，再散拼中间的6m连接杆件，使之成为一个整体。将内导环安装完毕后，利用吊挂系统整体下放到设计位置，形成围囹结构。

6.3钢板桩施工

钢板桩采用拉森III型钢板桩，长9m，下口插入河床基岩面，顶面标高高于50年一遇的洪水位。钢板桩插打一块固定一块，将其固定在钢围囹内导环型钢上，插打从上游向下游进行，在下游合拢。插打合拢后，沿板桩外围下口抛设一层砂袋，防止封底时漏浆及板桩下口向外张开，影响其封底质量。

6.4围囹内清基、封底

围堰内基坑淤积物清理采用二种清理方案：其一、采用高压水枪配150空气吸泥机吸泥；其二、利用12m3/min压风机和吸泥导管两套吸泥。两种方案分别从上游相向沿围堰内周围约4m范围吸泥，清基完成后，在围堰内周圈距钢板桩约2m处设置高1.3m、宽2.0m的砂袋砂笼作封底砼挡墙。砂笼放置完成后再在砂笼与板桩间进行第二次清淤。经潜水员确定清理干净后立即进行砼封底，封底高度约为1.2m。

为防止因涨落潮引起内外水头不平衡而影响封底砼质量，封底前在钢板桩上最低水位处设置4个连通孔，使围堰内外水头始终处于平衡状态。

6.5围堰抽水及钢板桩缝隙的填堵

封底砼强度达到要求后，围堰内开始抽水， 潜水员根据抽水进展板桩漏水情况局部进行钢板桩缝隙的填隙，填料采用土工布条、黄土条与外撒锯末相结合的方法进行施工，止水达到了预期的效果。

7、围堰施工过程中出现的问题及解决措施

7.1钢板桩垂直度的控制及解决措施

为确保钢板桩的垂直度,防止钢板桩与内圈梁（特别是位于水下的第二、三层内圈梁与钢板桩之间）形成空隙而改变钢板桩和内围囹的结构受力,施工时在首次3m段钢板桩插打过程中临时设置导向架,以保证钢板桩的垂直度。

钢板桩施工完成后，经潜水员确认局部板桩还存在不密贴的情形，为确保抽水后水压力直接传递至内圈梁而不破坏封底砼，抽水前将所有空隙先临时采用木楔楔紧，待围堰内水抽干后用铁板填塞焊接牢固。

7.2围堰封底砼的漏水及其解决措施

围堰在抽水过程中出现了三次漏水现象，第一次是在水位抽至一半时在靠香港侧出现大的涌水；第二次是在抽水完成后清理围堰内淤泥时在围堰下游处出现漏水；第三次是在基础爆破至1/3时因爆破产生的振动使河床底上一层板结砂石层在水压作用下击穿出现漏水。

第一、二次漏水原因：在河床淤泥清理过程中局部清理不干净，砼封底时夹杂泥质。处理措施：采用外部局部封底措施，潜水员先在外侧堆码砂袋挡墙，利用高压水枪配150空气吸泥机清理干净，然后进行外部封底，封底结构尺寸与内相同，处理后达到了期望效果。

第三次漏水原因：因为爆破作用而使河床底上一層板结砂石层在水压作用下击穿而导致漏水。处理措施：采用钻孔压浆方案对周圈封底砼加固处理，钻孔深度以进入河床基岩约50cm，孔位布置间距为50cm~100cm不等。经处理后完成了整个围堰基础的施工。

8、围堰的施工监测

为了确保围堰在施工期间的安全，除了应对杆件拼装定位桩插打内导环安装作必要的规定和检查外，在整个施工中，对围堰的平面位置、高程进行测量跟踪，对水位变化，围堰外冲刷和淤积进行定期检查。从测量的结果来看，围堰的稳定性可靠。

结束语：

由于该桥桥址地质情况特殊，无覆盖层，基岩为微风化粗粒花岗岩，施工中存在以下难点：

1)、定位桩无法嵌入基岩，平面连接刚性要求高。

2)、钢板桩基本上是靠在内导环上，给止水带来困难。

3)、围堰成败的关键在于周圈砼封底，对封底要求较严。

施工方案采用钢板桩围堰实践证明有以下优势：

1)、速度快，从进场到围堰形成不到两个月时间。

2)、比较经济，对通航影响少

利用浮箱组拼浮体，浮运围囹就位，无须大吨位吊船，对通航影响少。整个围堰共用万能杆件约240 t ，钢板桩约220 t ，且都可回收利用。

3)、安全可靠，受力明确

围堰的主要受力结构为万能杆件组拼的桁架，受力明确，钢板桩只起止水作用，所有水平外力全靠桁架承受

参考文献:

JTJ041-2000《公路桥涵施工技术规范》;

中铁大桥局主编的《万能杆件图集》

钢结构设计手册编制委员会主编的《钢结构设计手册》 中国建筑工业出版社

杨文渊、徐奔主编的《桥梁施工工程师手册》 人民交通出版社

杨文渊主编《路桥施工常用数据手册》 人民交通出版社

周水兴、何兆益、邹毅松主编的《路桥施工计算手册》 人民交通出版社

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。