“先桩后堰”法拼装下沉方形钢围堰施工技术

徐小祥

铁道战备舟桥处 243041

1 工程概况

江六高速芒稻河特大桥主桥跨越芒稻河，芒稻河为V级航道，每日涨落潮，涨落幅度为1.5m～3m。芒稻河特大桥全长1273.4m，桥跨布置为：12×25m+5×40m+（65+110+65）m+4×38m+15×25m。其中18#、19#墩为水中主桥墩，主桥上部采用三跨变截面预应力砼连续箱梁，主桥下部结构采用直立式墩、钻孔灌注桩基础（摩擦桩设计）。18#、19#墩墩位处常水位水深约为5m～11m。承台尺寸为长12.5m×宽12.5m×高4m，18#、19#承台底标高分别为-11.103m和-11.996m，墩位处河床标高约为-4.5m。

墩位处地质自上至下依次为：淤泥质粉质黏土、粉砂夹粉土、粉细砂夹粉土，其极限摩阻力τi=20KPa～60KPa。

钢围堰结构设计为正方形双壁钢围堰，内壁比承台四周各加大25cm，内侧壁板为承台模板。围堰内径平面尺寸为13m×13m，内外壁之间相距1.35m，围堰总高度为20.6m。钢围堰封底砼设计采用C30标号，厚度为3m～3.5m。

2 施工总体方案确定

该大桥钢围堰需要吸泥开挖10m，而围堰内壁距承台仅25cm，围堰偏位控制要求高。根据现场配备的20T高架浮吊吊装设备、运输船、机动舟等实际情况，对18#（19#）墩钢围堰施工确定采用“先桩后堰”法拼装下沉施工，即先搭设钻孔固定平台进行钻孔桩施工，然后拆除钻孔固定平台，利用护筒和插打钢管桩搭设简易钢围堰底节拼装下沉平台，并采用50T千斤顶等一套提升装置进行底节下水的方法进行围堰拼装，然后利用水上浮吊进行接高拼装，采用55KW专用渣浆泵吸泥开挖下沉。

钢围堰施工流程：钢围堰岸上加工场分块分节加工→搭设底节围堰拼装下沉平台→底节钢围堰运输拼装→提升系统安装→底节钢围堰下水定位→接高第二节钢围堰、配重下沉→接高第三节钢围堰、配重吸泥下沉→接高第四节钢围堰、吸泥、下沉到位→水下基底找平、桩身冲洗及封底砼施工。

3 钢围堰施工工艺和方法

3.1 钢围堰制作

根据设计施工图纸和现场加工场地及吊装设备配备实际情况，将钢围堰分4节加工制作，每节8块，单块重量不超过15T。加工前先加工胎架，然后在胎架上加工骨架。钢围堰骨架、面板等焊接严格按照设计规范要求进行，每块焊接完成后先做水密性试验，即采用在钢围堰外侧涂抹白石灰，内侧相应位置涂抹混合油（煤油：柴油＝3:7），观测是否变黑来确定，变黑的部分重新割开重新焊接，并再次实验直至合格为止。

制作工艺流程一般为：胎架制作→下料→制作焊接水平桁架→按节组拼骨架→内、外壁板焊接→水密试验→检查验收、分类分层编号堆放。

3.2 搭设底节简易拼装下沉平台

利用20T高架浮吊在墩位处外围一圈插打钢管桩，其中4个吊装吊点用承重基础墩，4个拼装用辅助基础墩。每个承重基础墩插打4根Φ529mm钢管桩，每个辅助基础墩插打2根Φ529mm钢管桩，在钢管桩之间以及钢管桩和护筒之间焊接I25a承重牛腿，牛腿标高比施工最高水位高30～50cm左右即可。在牛腿上可根据实际施工需要铺放木板等搭设施工焊接作业平台（详见下图18#墩、19#墩钢围堰拼装下沉施工图）。

图1 18#（19）墩钢围堰下沉拼装平台施工平面图

3.3 底节围堰拼装及下水

将验收合格的底节单块钢围堰利用浮吊、运输船和机动舟倒运至墩位处，然后用20T高架浮吊逐块吊装进行预拼装，底节整体预拼完成后，开始焊接固定牢固，最后全面焊接。底节围堰底部为刃脚，容易侧翻，需要用倒链或型钢焊斜撑进行固定。拼装焊接好后，需全面仔细检查各焊缝，并做油密试验，确保焊缝不漏水。底节钢围堰焊接完成验收合格后时，开始安装提升吊装系统，其组成部分为Φ32精轧螺纹钢升降杆，100T千斤顶，上下力传递工字钢。主要原理是利用千斤顶顶推，并配合使用六角螺帽逐步松动而下沉，主要步骤为：

当悬吊系统安装完毕后，准备底节下沉，下沉操作如下：

①首先拧紧上分配梁螺母，松开下分配梁顶螺母，然后利用千斤顶将上分配梁顶起，同时将钢围堰提升离开横梁5cm。

②安装限位装置，拆除所有横梁工字钢。

③下落上分配梁（钢围堰同时下落）。

④拧紧下分配梁螺母，松开上分配梁螺母，空顶上分配梁（此时，上分配梁上升，钢围堰位置不动）。

⑤拧紧上分配梁螺母，松开下分配梁螺母，下落上分配梁（钢围堰同时下落）。

⑥重复（4）和（5）即可下沉首节钢围堰。

3.4 钢围堰水中接高

钢围堰水中接高采用1～2台20T浮吊逐片对称拼装，拼装时需要灌水配重调整平衡。接高第二节之前，在底节上安装手动葫芦，固定到定位桩上，防止双壁钢围堰在接高过程中转动。拼装焊接过程中要通过抽水调整钢围堰的平衡，确保拼装施工精度和安全。第二节拼装完成后，缓慢对称注水下沉。同理接高下沉第三～五节。

3.5 钢围堰定位下沉

钢围堰底节下水后开始均匀缓慢往隔舱灌水下沉，直至水面以上露出2m左右停止注水下沉。其他接高各节在焊接完成后，先做焊缝水密试验，合格同样采取注水和吸泥缓慢下沉。在下沉前用全站仪测量定位，并在钢管桩和钢护筒之间安装导向装置对围堰准确对位。

钢围堰着床前需要潜水员进行河床探摸，核对刃脚处河床高差是否相符下沉要求，复核无误后对双壁钢围堰立即进行注水压重下沉，当双壁钢围堰底部距河床面0.5m时，停止注水，再次检查围堰的位置，若有偏位，及时用卷扬机、倒链进行调整，符合要求后安装好导向定位装置，然后及时注水着床。围堰注水应均匀、对称地进行，围堰内外水头差、相邻隔舱水头差等必须满足设计要求。

为确保围堰下沉偏位控制允许的25cm范围内，需设置牢固的导向定位装置和纠偏装置。

3.6 吸泥下沉

钢围堰在覆盖层中采用向隔仓注水、浇注砼、围堰内吸泥的方法使之下沉，配重先用砼，砼浇筑到设计高度后，开始灌水。吸泥时用两台55KW渣浆泵布置在围堰的中心附近同时对称吸泥，吸泥过程中要用2～4台30m3/h水泵向围堰内补水。

在吸泥过程中，要根据地质报告对地质实际情况进行判断，勤测量，准确掌握围堰内基底标高，防止个别点超吸太多出现围堰较大幅度倾斜或下沉猛等不安全的异常情况，若出现围堰下沉缓慢情况时，要对围堰整个受力情况进行分析计算，采取可行的处理方法，如在隔舱灌水、灌砂或浇筑砼配重等。

另外，在吸泥过程中，若堰内护筒底部处在钻孔灌注桩砼顶面以上时，吸泥到一定高度后，要对护筒进行稳定加固处理或割除拔除处理，防止护筒突然下沉或倾倒。

3.7 基底整平和桩身冲洗

钢围堰下沉到设计标高后，要对围堰内基底进行加密测点，测出基底平整情况，然后对照测量点位进行水下射水吸泥整平基底，刃脚处吸泥时要控制好吸泥量，防止超吸出现围堰下沉、倾斜以及管涌翻浆现象。基底整平后，要对围堰内所有钻孔桩进行桩身清洗，将桩身附着物如泥沙、黏土护壁泥皮、杂物等彻底清除干净，确保封底砼与桩身或护筒外壁周围密贴不渗漏水。有以下几种情况：

（1）若钻孔桩护筒未嵌入封底砼厚度范围内，需要对砼灌注桩桩身周围一圈封底砼高度范围内让潜水员下水用高压水枪冲和钢刷对桩身砼表面附着物洗清理干净，才能进行封底作业；

（2）若护筒底部嵌入封底砼底面标高以下，若封底砼高度范围内地质是砂土层，只需对护筒外壁周围用高压水枪冲洗即可，若是黏土层，则需潜水员下水高压冲洗并用钢刷刷干净方可进行封底作业；

（3）若封底砼高度范围内有部分护筒嵌入，则仍需要潜水员下水冲洗，重点是将护筒以下封底砼高度范围泥沙、泥皮等清理干净，确保封底砼与灌注桩砼表面密贴结合牢固。

钻孔过程中遇到特殊地质情况的，出现漏浆回填木屑黏土、塌孔回填黏土再钻孔等特殊情况的，封底前均要考虑这些不利因素，因为护壁泥皮厚，封底后极易出现漏水现象。

3.8 水下混凝土封底

围堰下沉到位后，在钢围堰和护筒顶利用型钢搭设封底混凝土施工工作平台，布置水下砼封底用导管。布置导管时，考虑每根导管作用半径为3m～6m，共需要4根导管布置点，受护筒分隔阻碍影响，4个拐角处需要增设布置4根导管布置点。砼质量要严格控制，坍落度控制在20cm～22cm为宜。封底过程中要加强测量，确保封底砼顶面标高符合设计施工要求。砼封底过程中要有备用措施，确保封底一次性连续完成。

4 施工注意事项

①围堰的制作应确保外形尺寸准确（特别是拐角段90度角要控制好）、焊缝质量要有保证，密封不漏水。

②底节围堰入水着床时应精确定位，并力戒任由偏差超标寄希望于下沉时调整，因为该围堰精度要求高，允许倾斜、偏位仅25cm，远远小于一般围堰的L/50倾斜偏位范围。

③围堰未全部拼接完时，围堰顶露出水面高度不宜小于2.0m（防止出现疏松摩擦力小的地层带导致围堰快速下沉而不能进行上一节围堰拼接。

④围堰在接高下沉过程中，应通过测量严格控制其位置，并通过下沉适当调整其倾斜与平面偏差，绝不能让围堰往一侧过多倾斜而将定位导向装置挤坏，吸泥过程要让钢管桩导向装置始终处于完好状态，损坏了要及时修复补焊。

⑤水下清基、基底标高和平整度满足设计要求，同时需要结合考虑护筒埋设深度和钻孔桩成桩质量情况进行分析，确保桩身周围与封底砼能够密贴牢固，以保证封底砼质量及围堰抽水后不渗漏水。

⑥封底砼施工时，应尽量安放足够的导管并布置合理（至少2根），且砼供应产量应足够，质量符合水下封底要求，并有相应的备用设备；封底时因围堰较小每个导管布置点宜采取一次性灌注到设计标高。

5 结束语

因芒稻河特大桥主墩设计为左右幅，中间空档仅5m，且墩身两侧距主墩承台边缘2.0m处设置防撞墩，水中深水基础施工只适合每个墩 采用2个正方形围堰进行承台施工，且围堰尺寸不能过大，需要利用围堰内壁做承台模板施工承台。该工程钢围堰吸泥深度达11m之深，偏位控制要求高，围堰施工实际偏位为15～20cm（设计允许偏差25cm），符合承台施工要求，实现了该围堰的高精度偏位控制这一施工难点。利用上述钢围堰拼装下沉施工方法，投入较少、安全程度高、作业程序少，施工速度快，在以后类似条件下的深水基础钢围堰施工时，因左右幅以及防撞墩位置等原因影响不能设计为圆形钢围堰而设计为方形围堰施工时，可以适当将围堰尺寸设计减小，利用围堰内壁做承台模板，采取合理的拼装定位、吸泥下沉方法，完全能够很好地控制围堰的偏移量，从而实现承台墩身的快速施工。