倾斜硬岩条件下深水墩异形双壁钢围堰施工技术研究

陆卫平

摘要： 针对河床冲刷严重，岩体倾斜，裸露无覆盖层，不能进行水下爆破等特殊情况，创造性地提出了异形钢围堰的新技术，并对异形双壁钢围的混凝土封底技术及施工工艺进行了研究，对施工中出现的一些问题提出了解决方案。成功地在不进行水下爆破的情况下完成水中承台的浇筑施工，以期能够为相似工程的建设提供借鉴。

Abstract： Aiming at the serious erosion of the riverbed， rock slope， bare and non covered， no underwater blasting and other special circumstances， creatively put forward the new technology of special-shaped steel cofferdam， study the concrete sealing techniques of the special-shaped double wall steel cofferdam and the construction technologies， and propose the solution to solve some problems in the construction. In order to provide references for the construction of similar projects， the pouring construction of pile caps in water is successfully completed without the underwater blasting.

关键词： 无覆盖层河床；深水基础；异形双壁钢围堰；封底；施工技术

Key words： intectate riverbed；deep foundation；deformed double wall steel cofferdam；sealing；construction technology

中图分类号：TU753.62 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）03-0122-03

0 引言

双壁钢围堰不仅是承台施工挡水结构，常常也作为钻孔平台的支撑结构，因其整体稳定性好，结构承受水头压力、水流冲击力及施工机具、支架所产生竖向力的能力较强，具有其它围堰结构无法比拟优点，目前广泛应用于大型桥梁深水基础的施工中。

在通常的地质及施工条件下，双壁钢围堰制作、下沉着床及封底等技术已是非常成熟。但对于河床无覆盖层，基岩坚硬，且因周边条件限制无法进行水下爆破清基的情况下，无法按常规施工方法进行双壁钢围堰的制作、下沉着床及封底等施工。本项目通过*****大桥工程深水承台的施工实践，探索与研究了在水深11m，基岩裸露且不能进行水下爆破的施工条件下，采用异形双壁钢围堰进行承台施工的新技术。文中详细描述了异形双壁钢围堰的施工技术和方法，以及在施工中所遇到的技术难题的解决及处理技术措施，希望给在类似桥梁工程的建设者提供一些思路与启示。

1 工程概况

******铁路大桥桥型布置为3×32m预应力混凝土简支T梁+（55+100+55m）预应力混凝土连续刚构（主桥）+2×32m预应力混凝土连续梁桥。其5号主墩位于深水中，采用钻孔桩基础，墩身为双薄壁柔性墩，下段为矩形实心截面，上段为矩形空心截面。

5号墩采用矩形低桩承台的形式，承台尺寸为12.2m×10.3m×4m，承台嵌入基岩内，基础为8根桩径2.0m的钻孔灌注桩，桩长为12m。

桥位区属于河流侵蚀河谷地貌，河谷呈V字形，两岸阶地多被第四系地层覆盖。为弱-中风花岗岩，中厚-巨厚层状构造，岩石坚硬，裂隙稍发育，多闭合。5号主墩为深水墩，墩位处河床无覆盖层，基岩裸露，河床面倾斜，起伏较大，承台范围内河床沿桥纵向高差3.8m，沿桥横向高差5.5m。

2 深水裸露斜岩双壁钢围堰施工技术创新

5号墩位于河流深水中，施工期间常水位深约为11m。河床无覆盖，基岩裸露，岩性坚硬。桥墩承台嵌入基岩达4m左右，如果承台施工采用常规形式的双壁钢围堰，则需对基坑进行大面积水下爆破及基底清碴。但基岩为花岗石硬岩，且构造复杂，承台基坑的爆破及清渣施工难度高，工程量大，工期长。

此外，距本桥15m的上游处为既有铁路桥梁。铁路运营繁忙，进行水下爆破施工时对既有桥梁基础及铁路的安全运营造成影响，在不能采取确保既有桥梁基础及铁路安全运营有效措施的情况下，铁路部门不允许进行水下爆破施工。

因此本项目在不能进行水下爆破的前提下，开展了桥梁深水基础双壁钢围堰施工的技术及工艺创新，以减少基底整平清碴量。在钢围堰的结构设计方面突破了常规堰壁等高的结构形式，采用堰壁不等高，顺应地形变化的异形双壁钢围堰的新结构。突破了常规的双壁钢围堰结构设计理念，进行了技术创新。

3 深水斜岩基础异形双壁钢围堰设计及施工

3.1 异形双壁钢围堰设计

3.1.1 总体设计方案

因5号墩的承台结构尺寸较大，桥墩处施工水深为11m左右，根据地质情况及不同类型围堰的适用情况，决定5号墩承台施工采用矩形双壁钢围堰。双壁钢围堰顶面设计标高为268.50m，比施工期最高洪水位高267.37m高1.13m，围堰壁厚为1.0m，平面外缘尺寸为18.2×16.3m。钢围堰底部设高120cm的开口刃角，底部用L160×100×12角钢包脚。异形双壁钢围堰平面布置如图1所示。

河床不仅倾斜，且各处参差不齐，异形钢围堰也难以齿合如此复杂的地形。为此在设计钢围堰各侧面结构的尺寸前，采用冲击锤沿钢围堰着床处冲凿一条宽1.5m的石槽，使原本参差不齐的岩面形成相对平顺、规则的基面，然后对凿出的石槽标高进行测量，作为底节钢围堰刃角形状及标高的设计依据，双壁钢围堰顺桥向横断面布置如图2所示。

3.1.2 钢围堰壁体

双壁钢围堰的内外壁均为δ6mm钢板制成，竖向加劲肋采用[10号槽钢，按间距80cm布设。内外壁之间水平支撑采用L75×6mm角钢钢性联结，按间距1m布设，围堰底部设高120cm开口刃脚，底部用L160×100×12角钢包脚。

3.1.3 内支撑结构

围堰内设置2层水平内支撑，支撑顺桥纵向设置。每层对撑为2根，采用？准630×10mm圆管。四角设水平角撑，采用[10号槽钢。

3.1.4 连接法兰

分块的钢围堰采用螺栓连接，其法兰使用180×10mm钢板制成，螺栓孔为30×25mm椭圆形，配置？准20×70普通螺栓，法兰间设置厚10mm的止水橡胶条。

3.1.5 吊挂系统

本标项目的吊挂系统以水上施工平台为承重主体，在施工平台上设置2条承重梁，钢围堰悬挂在承重梁上，吊挂系统需承受异形钢围堰的全部重量。吊挂系统的承重梁为2片贝雷桁架拼接而成，吊杆采用Ф32精轧螺纹钢，吊挂系统如图3所示。

3.1.6 导向定位系统

钢围堰为桥梁水中墩基础施工时挡水及施工平台的构筑物，其着床定位的准确性对桥墩承台的位置是否准确存在直接影响，因本项目钢围堰不能切入河床基低，其稳定性较差。为此，在钻孔桩护筒上设置定位器及在钢围堰上设置导轨，定位器与钢护筒焊接牢固，导轨与钢围堰内壁焊接牢固。当围堰下沉时，水平位置受到定位器及导轨的引导及限制，不会产生太大偏差，围堰下沉到位后仅经简单调整即可，使得下沉着床对钢围堰的监控量测及调整工作量大幅减少，加快了施工进度。经最终着床后测量，钢围堰沿桥纵向偏位7.5cm，沿桥横向偏位6.0cm，中心扭曲角度0.125°。满足规范及设计要求。

3.2 异形双壁钢围堰施工关键技术

3.2.1 双壁钢围堰的加工

钢围堰在项目部的钢结构加工厂内进行加工，按在平面内分块（每个侧面分4块，每块长度控制在6m内）、立面内分段（分2段，上段长度为4.5m，余下部分为另一段）的办法进行加工。分块单重控制在8t内，钢围堰整个结构采用电焊连接，要求密不透水。

钢围堰的加工精度、焊接质量要满足规范及设计要求，对内外侧壁的对焊接缝进行煤油渗透试验，对渗漏处进行补焊。

钢围堰各单元在钢结构加工厂制作完成后，用船运至主墩旁，由50t吊船逐块吊放在钢围堰组拼平台上。

3.2.2 双壁钢围堰的拼装下沉

①底节钢围堰拼装。

在5号墩旁的施工平台进行双壁钢围堰底节拼装，根据施工需要对平台进行了加宽及加固。在平台上测放出各单元块的轮廓位置，搭设临时支腿，每个单位块设置两处支腿，共设置32处。支腿顶部高度标高与异形钢围堰尺寸相对应，采用25T汽吊居中进行吊拼，在吊拼最后一块之前，汽吊移至围堰外侧再进行作业。因底节围堰各处高度不同，在吊装时极易发生变形扭曲，采用[10槽钢设置了多道临时内撑及角撑进行加固。

②底节钢围堰吊移至墩位。

采用2台50t汽吊及一台25t浮吊同时进行吊装入水。3台吊车同时吊起底节钢围堰后，将32个临时支腿切割清除，然后3台吊机同步向墩位方向移动5m后，用枕木设立临时支墩，浮吊持续用力，两台汽吊脱钩，钢围堰下放至临时支墩上，两台汽吊前移5m，重新吊起底节钢围堰向桥位处移动，往复几次，直至底节钢围堰吊移至墩位处。

③钢围堰接高与下沉。

在钢护筒及平台支承桩上焊接牛腿，在牛腿上横穿I36b工字钢横梁作为支撑底节钢围堰的平台，在平台上进行上节钢围堰的吊装与焊接施工。

围堰下沉着床施工安排在水流较缓时期进行，并在施工前对河床冲槽进行一次全面清理与测量，采取凿除及加垫片石等措施处理与预计不符之处。钢围堰接高完工后，利用吊挂系统将钢围堰吊起少许，使围堰底部与横梁脱离后，将横梁、牛腿及其它影响钢围堰下水的结构全部切除。再对钢围堰、吊挂系统、定位系统及机械设备情况进行全面检查且合格后，各吊点的吊杆同时均匀缓慢放松，使围堰下沉，在下沉过程中对钢围堰空间位置进行监测，偏位值超过要求则及时进行调整。

当钢围堰下沉至距基岩面约30cm时停止下沉，对钢围堰的空间位置参数进行精确测量，调整及纠正不符合设计要求之处。确定钢围堰位置准确后，用高压水枪冲洗干净冲槽，并在冲槽内放置宽50cm的橡胶止水带，再将钢围堰缓慢下沉，当钢围堰的刃角触碰到岩面后，立即停止下沉，再进行位置确认无误后，完全松开吊杆，使钢围堰稳固在支承在岩面上。

④钢围堰悬空部分的处理措施。

因靠河流中心侧岩面标高突降，使得基岩各处高差过大，难以进行处理，钢围堰难以完全顺应地形，在钢围堰着床后，在靠河流中心侧部分刃脚为悬空状态。其处理措施如图2所示。

3.2.3 封底设计及施工

因5号墩钢围堰内为倾斜岩面，围堰中间和岩体需凿除以便修筑承台，故不能照搬常规钢围堰的全基坑等厚度混凝土封底。本项目创造性地采用了条状封底，即沿承台外缘至钢围堰间浇筑一条状混凝土封底。即在处理完毕钢围堰悬空部分后，用袋装砂砾沿承台边缘线堆码形成矩形围堰（袋装砂砾围堰外缘与承台外缘平齐，其顶面高度不能低于标高262.20m，以确保浇筑的封底最小厚度满足设计要求），然后在袋装砂砾围堰与钢围堰内壁间浇筑水下混凝土，形成条状封底，条状封底的宽度为2.0m，最少厚度不得小于2.0m。

钢围堰的混凝土封底不仅要起到止水作用，还要在钢围堰抽水后承受巨大的水头压力，因此封底的安全可靠性对承台施工时的人员安全起到关键性的作用。经对条状封底进行结构安全验算，在理想计算条件下承载能够满足要求，但考虑到为水下施工，存在诸多影响施工质量的因素，很难达到验算所假设的质量状态。为了确保安全，本项目在条状封底中部按间距为2m设置钻孔灌注抗拔桩与封底共同抗浮。桩身直径为60cm，嵌岩深度为3m，在抗拔桩钢护筒内外侧焊接一定数量放射状钢筋，以使抗拔桩与封底混凝土联结成牢固的抗浮整体。

3.2.4 承台施工

封底完成，且混凝土达到设计强度后，进行堰内抽水，钢围堰内支撑随着水位的下降，及时施工。等围堰内水排干后，采用风镐进行承台基坑岩石凿除。基坑经检查合格后浇筑承台混凝土。

4 结束语

本项目针对深水基础中岩面倾斜、基岩坚硬、岩体裸露、不能进行水下爆破清基的特殊受限施工条件下，创新出使用异形钢围堰的施工方案。并对其封底进行研究与分析，对封底抗浮能力较差的问题，提出了设置抗拔桩共同抗浮的解决方案。上述方案的实施非常成功，安全顺利地完成承台的浇筑施工，达到了预期的效果。

参考文献：

[1]王贵春，王勋文.桥梁深水基础双璧钢围堰的设计方法[J].科学技术与工程，2007（1）.

[2]罗鹏.大型双壁钢围堰混凝土封底施工工艺[J].北京：广东建材，20008（9）.

[3]张鸿，刘先鹏.特大型桥梁深水高桩承台基础施工技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

[4]王海良，董鹏.桥梁工程施工技术[M].北京：人民交通出版社，2013.