某工程基础及钢围堰设计与施工

付祥能

（重庆城建控股（集团）有限责任公司，重庆 400021）

1 背景工程简介

高家花园嘉陵江大桥复线桥是嘉陵江上在建桥梁，紧临原高家花园嘉陵江大桥，主桥跨度与原高家花园大桥一致，均为140+240+140m，桥型为预应力混凝土连续钢构桥，主桥P9#墩位于嘉陵江中心部位，枯水期P9#墩附近河床裸露，车辆可从沙滨路到达基础部位。P9#墩下部承台与原高家花园大桥承台相距仅5m。复线桥基础设计为桩承台结构，桩为12根φ2.8m钻孔灌注桩，桩长均为16m，承台尺寸为25×18×5m矩形承台。承台底标高为+159.951m，承台处河床面标高约为+165m，承台处地质条件为上部2m砂卵石覆盖层，下部为泥质砂岩和砂岩。承台处水位情况为每年2-5月为枯水期，最枯水位可低至+163m左右，6-8月为天然洪水期，水位可涨至标高+183m以上，涨水时间不长，洪水期过后水位一般维持在+170m左右，进入10月为三峡库区蓄水期，直至次年2月，蓄水期水位约+175m。

2 方案拟定

根据工程情况，一般在枯水期制作安装钢围堰，在钢围堰上搭设冲孔平台，进行桩基冲孔施工，如采取这样的施工安排，桩基冲孔施工时间较长，需在洪水期施工桩基础，增大了桩基础施工的安全风险，同时对施工进度不利。结合类似工程施工经验及该工程实际情况，决定采取在枯水期（2-5月）基坑开挖后先采用旋挖钻机进行桩基旋挖钻孔施工，在一个月内施工完桩基础，桩基施工完成后进行钢围堰安装，并同时进行承台钢筋绑扎，在5月份同时完成承台施工和钢围堰安装。洪水期间在钢围堰保护下进行墩柱施工，同时在墩身施工时密切注意水位情况，在洪水期可暂停墩身施工，向钢围堰内灌水，以保证洪水期钢围堰安全，在水位下降时再将钢围堰水抽出恢复墩身施工，根据以往洪水情况，洪水期水位一般维持2～3d，洪水期后即下降至+170m以下。

3 基坑开挖及旋挖钻孔施工

高家花园复线桥主桥P9#墩基坑上部为2m覆盖层，下部为岩层，由于靠近老桥，采取凿岩机进行岩石凿除，然后采用自卸汽车运出场外。

桩基在基坑开挖完成后采用旋挖钻机进行旋挖钻孔施工，岩石基础不存在塌孔情况，直接在基础上定位进行钻进[1]。该工程桩基直径较大，采取小钻头钻孔、大钻头扩孔的方式分次钻进，最后形成桩孔。经实际施工证明，采用旋挖钻孔进行桩孔施工，速度非常快，平均24h即可完成一根桩，大大节约了施工工期。

桩孔完成后即可进行桩基钢筋的安装和桩基混凝土的灌注，该工程地处河床，桩基成孔后岩石裂缝的影响会有水进入桩孔，因此工程采用水下混凝土进行灌注。

4 钢围堰设计及施工

4.1 钢围堰设计

考虑到钢围堰需度过洪水期及三峡库区蓄水期，结合水位情况，钢围堰顶标高定为+176m，高于三峡库区蓄水期水位1m，在洪水期如果水位涨至+175m以上，暂停墩柱施工，向钢围堰内灌水以保证钢围堰安全。钢围堰底标高为157.951m，低于承台底标高2m，用作2m封底混凝土，钢围堰总高度为176-157.951=18.049m。采用双壁钢围堰形式，围堰长33.05m，宽21.6m，高18.049m，壁厚1.5m，靠近原老桥一侧设计为矩形，远离老桥的上游侧设计为圆端型，作为迎水面，钢围堰内空设计比承台宽5cm。

钢围堰主要结构设计组成如下：

内外面板厚6mm，除在封底混凝土范围内可不设置外，其余均设置；

水平环板厚12mm，宽度200mm，竖向最大间距1.5m，最小间距0.5m；

水平杆件用75x75x8mm角钢，水平最大间距1.0m，为每一平环板上布置；

竖向杆件用10号槽钢，水平间距0.5m，为全高度布置；

隔仓板用10mm钢板，用于双壁围堰内外面板的连接，位置与内支撑对应；

竖向支撑梁用2肢45号工钢组合梁，与水平内支撑杆对应；

图1 钢围堰平面布置图

图2 钢围堰立面布置图

水平支撑杆用Φ630x10mm钢管，分三层形成井字架支撑在竖向组合梁上。

封底垫层混凝土采用C35混凝土，厚度为2m，基坑面积内全部进行浇筑。

钢围堰壁间填充混凝土采用C30混凝土，填筑高度4.5m。

见图1、图2。

4.2 钢围堰计算

4.2.1 计算模型

采用有限元软件进行整体结构建模，以便对结果进行整体分析、优化，隔舱混凝土采用实体单元，面板及水平环板采用面单元，其余采用梁单元[2]，有限元模型如图3。

图3 钢围堰模型图

4.2.2 计算工况

承台施工完成，钢围堰安装完成，钢围堰外水位+175m，钢围堰内无水，钢围堰内外水位差10m。

4.2.3 计算荷载

水压力荷载：围堰外水位+175m，围堰内承台顶面标高为+164.951m，则围堰内外水位差约10m，在模型上采取压力荷载加载在围堰外面板上。

自重荷载：在模型中，按1.05的自重系数加载自重荷载。

水流荷载：水流速度取ν=5m/s，围堰外水位标高+175m，冲刷线水位标高+165m，按照《公路桥涵设计通用规范》公式进行计算[3]，则流水压力为：

流水压力作用于水面至河床底面高度1/3处，流向与围堰长边平行。计算结果见表1

表1 钢围堰各结构计算结果表

4.3 钢围堰安装

钢围堰为异性结构，总重量约400t，为方便安装及围堰的整体性，围堰高度上分四节段进行，第一节、第二节高为3.6m，第三节高为5.4m，第四节高为5.487m，总高18.087m，考虑到吊装和加工的实际情况，每节段分17块，节块最大重量约9.576t。

由于钢围堰安装时间位于枯水期，大型起重设备可到达P9#墩基础部位，采用大吨位汽车吊或履带吊进行吊运安装，安装顺序从下游至上游方向分两个作业面进行。竖向上按第一至四节段依次进行。每节段逐块安装并作适当的焊接以形成围堰环状，然后全面焊接形成整体稳定结构，每节段围堰环状符合要求后再进行上节段的安装完成。

钢围堰焊接十分重要，需对各个环节加强控制，在制作和安装过程严格把关，保证钢围堰焊接质量和使用安全。

对于第一节钢围堰的安装，应严格控制好钢围堰的平整度和垂直度，否则将影响下一节段的安装。需采取临时支撑、支垫和作业平台等措施，确保钢围堰结构、尺寸、平整度和垂直度等安装质量符合要求。

安装完成第一、二节段后，围堰高度将大于承台顶面高度，经检查符合要求后，即可进行承台施工，同时对钢围堰第三、四节段进行安装，采用同时作业的方式以节约工期。

5 现场进度情况

高家花园复线桥主桥P9#主墩基础施工实际进度如下：

2014年2月5日进场；

2014年2月5-2014年2月8日便道施工；

2014年2月8日-2014年2月18日基坑开挖；

2014年2月18日-2014年3月18日桩基旋挖钻孔施工；

2014年3月18日-2014年3月28日钢围堰第一、二节安装；

2014年3月28日-2014年4月2日封底混凝土浇筑；

2014年4月2日-2014年5月5日承台施工，同时进行钢围堰安装；

2014年5月5日高家花园P9#主墩下部基础及钢围堰施工完成。

6 结语

根据实际施工进度可看出，项目部采取上述施工方法，于2014年5月5日完成了钢围堰及桩基承台施工，避免了在洪水期搭设桩孔平台施工桩基础的问题，保证了工程进度和施工安全。

本文通过对高家花园嘉陵江大桥复线桥P9#墩基础及钢围堰设计施工方面的阐述，为以后类似工程提供一定的参考价值。

[1]交通部第一公路工程总公司.公路施工手册·桥涵（下册）[M].北京：人民交通出版社，2007.

[2]周水兴.路桥施工计算手册[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3]中交公路规划设计院.公路桥涵设计通用规范[S].北京：人民交通出版社，2004.