近海桥梁水中承台施工实例分析

■何 锋

（福建省交通建设工程监理咨询有限公司，福州 350001）

1 引言

近海水中桥梁都会碰到水中承台施工的难题，必须采取各种围堰辅助施工措施，主要是为承台施工提供无水的干燥（水位可控的）施工环境，并有足够的刚度。

2 近海水中承台施工工法

经过多年的发展，近海水中承台围堰施工已经总结出较多的工法，其中目前广泛采用的工法有三种，分析总结如下：

（1）钢板桩围堰

钢板桩围堰是最常用的一种板桩围堰。钢板桩是带有锁口的一种型钢，其截面有直板形、槽形及Z形等，有各种大小尺寸及联锁形式。

优点：强度高，容易打入坚硬土层，可在深水中施工，必要时加斜支撑成为一个围笼。防水性能好，整体刚度较强，能按需要组成各种外形的围堰，并可多次重复使用。

适用：砂类土、黏性土、碎石土及风化岩等坚硬海（河）床，承台落在海（河）底。

不适用：软弱土层较厚、有大漂石及坚硬岩石的海（河）床不宜使用钢板桩围堰，承台底标高在水面以下且距河床较高的情况。

（2）钢吊箱围堰

钢吊箱围堰是为承台施工而设计的临时阻水结构，其作用是通过吊箱围堰侧板和底板上的封底混凝土围水，为（水中）承台施工提供无水的干燥（水位可控的）施工环境。钢吊箱的结构构造由底板、侧板、内支撑、悬吊及定位系统组成。

优点：同钢围堰相比，钢吊箱围堰具有施工工期短，水流阻力小、利于通航，不需要沉入河床、施工难度小、砼用量小等特点，同时套箱悬挂于支撑系统上，不接触河床，避免了河床高低不平的影响。

适用：吊箱围堰一般用在海（河）床比较深，承台底标高在水面以下且距河床较高的情况，特别是那种水流很急且河床不适于钢套箱下沉的地质情况。

不适用：承台处于海（河）床底。

（3）钢套箱围堰

钢套箱围堰和钢吊箱围堰区别在于后者无底板，需要下到海床底进行封底施工，其他设计计算基本相同。

优点：现场拼装减少了安装困难，避免适用大型机械设备打桩，具备埋深大、整体性及稳定性高于钢板桩，能承受较大荷载。

适用：钢套箱则适用于浅滩地带，水流速较小，埋置不深、覆盖层较薄、平坦岩石海（河）床等地质情况比较适于钢套箱下沉的情况。

不适用：承台底标高在水面以下且距河床较高的情况。软弱土层较厚、水流很急、无底钢套箱底部与土或岩层接触面不均匀不密合易产生渗漏等河床不适于钢套箱下沉的地质情况。

3 近海桥梁水中承台施工实例

平潭高速代建工程金井湾大桥桩号范围为K0+075.307～K2+098.580，全长 2.023km，其中 3～14# 墩水中墩，承台均为矩形布置钢筋混凝土结构，采用海工C40混凝土。属于海上施工，受风浪和潮汐影响较大，施工难度较大，承台作为下部结构主要受力构件，其顶标高多位于海平面以下，其中3#承台落在海床底，4#～14#属高桩承台。

（1）方案比选

根据各工法的特点，结合现场地理地质水文条件，依据《公路钢筋混凝土及预应力溷（混）凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）；《公路环境保护设计规范》（JTG B04-2010）；《公路桥涵施工技术规范》（JTT/T F50-2011） 中相关规定进行了方案比选。

1）由于该桥址处平均潮位差4.24m，海洋潮汐影响较大，水位较高，平均风速达到11.1m/s以上，流速较大，海床内淤泥深度较深为13.9～34.6m不等，对围堰的刚度和稳定性要求较高，经过对拉森钢板桩四型 （SP-Ⅳ）验算，钢板桩围堰抗倾覆能力不足且阻水效果不能保证，故排除钢板桩围堰工法。

2）金井湾大桥4～14#承台均属于高桩承台，经现场勘测，承台底至海床底5～30m不等，具体水深受海洋潮汐影响较大，海床内淤泥深度较深为13.9～34.6m不等，平均风速达到11.1m/s以上，流速较大，不利于钢套箱下放且难以与海床面密贴，密封施工较为困难，排除无底钢套箱围堰施工工法，钢吊箱自带底板，悬挂于支撑系统上，不接触河床，能较好解决封底及下放的困难，故4～14#承台选用钢吊箱围堰施工工法。

3）金井湾大桥3#承台底标高为-2.5m，该处海床底标高为-1.45m，承台落在海床底，埋置不深、覆盖层较薄，该处海床经现场勘测，地势较为平坦，海床底主要以岩石为主，硬度较高，钢套箱可以比较方便下到底、封底工作实施方便，从施工的难易程度考虑，3#承台选用钢套箱围堰工法。

最终比选结果：通过复核设计图纸和现场勘测，根据海床、潮汐及水文情况、施工难易程度等因素，综合考量决定，金井湾大桥3#承台选用钢套箱围堰工法、4～14#承台选用钢吊箱围堰施工工法。

（2）钢吊箱围堰方案设计

按照比选结果，选用3#承台选用双臂（壁）钢套箱围堰、4～14#承台选用双壁钢吊箱围堰。其中3#承台无底双壁钢套箱相对4～14#承台有底双壁钢吊箱而言，去掉了底板系统，钢套箱侧面壁板直接插入河床，并通过吸泥下沉至设计标高，浇筑封底混凝土后，使嵌入河床的钢套箱与河床、封底混凝土共同组成封闭的临时隔水结构。这里着重介绍一下4～14#承台双壁钢吊箱围堰方案设计如下图1：

双壁钢吊箱围堰由底板、侧板、吊挂系统，水平支撑系统组成。钢吊箱围堰侧板采用双壁结构，侧板同时兼作承台模板。

吊箱底板由钢板与底板龙骨焊接而成。底龙骨采用2［40a焊接，延长边纵梁（横桥向）为主梁，通常布置4跟，横梁（顺桥向）为次梁。纵横梁交叉位置横梁断开与纵梁焊接，纵梁作为主梁不断开。纵、横梁之间在护筒周围位置设置斜撑，同样采用2[40a槽钢。底面板在纵、横龙骨间设置∠100×63×6角钢加劲肋。吊杆底座设焊在纵梁（端吊杆梁除外）上为2[32a槽钢。底面板为δ＝10mm钢板，底面板与钢护筒相交平面位置各留有圆孔洞，以利于下沉吊箱。

图1 钢吊箱围堰分块编号图

侧板采用双壁结构，由内、外侧面板、隔舱板、水平隔板、壁间斜撑杆组成，侧板厚1.2m。分块的原则主要是便于加工及运输，避免产生超标变形。吊箱侧板与侧板之间的竖缝均采用螺栓连接，缝间设置6mm（压缩后为2mm）泡沫橡胶垫以防漏水。侧板的竖楞（接缝角钢除外）均为工12.6工字钢，间距350mm布置，侧板的水平环板为（接缝角钢除外）∠300×150×14角钢，间跨1000mm布置，水平斜撑采用工12.6，内、外壁板通过工字钢钢支斜撑杆连成一体。隔仓板采用14mm钢板，面板为10mm钢板。侧板的作用是与封底混凝土共同组成阻水结构，另一用途是兼作承台施工的外模板。

吊箱内支撑设在吊箱侧板内侧，分为上下两层，均为水平支撑，。主线13、14#墩辅道0、1#墩因围堰尺寸较小，不设置内支撑。每一层水平支撑布置为中间横向（顺桥向）即垂直长边方向设置两道钢管支撑柱。支撑柱为Φ630×8钢管。

吊挂系统由纵、横梁、吊杆及钢护筒组成。吊挂系统的作用是承担吊箱自重及围堰下放。

横（顺水方向）梁，共计两排，分别设在钢护筒顶上，每排横梁由两片贝雷组成。贝雷横梁支点设专用支座（牛腿）焊接于护筒内侧，采用U型螺栓将贝雷固定在钢护筒内侧的专用支座（牛腿）上。贝雷横梁的作用是支承纵梁，并将纵梁传递的荷载（通过护筒）传给基桩。

纵梁：纵（顺桥向）梁设置在贝雷横梁上，共四排，每排由2[40a槽钢组成。纵梁的作用是支承吊杆，并将吊杆荷载传给贝雷横梁。

吊杆由Φ32mm精轧螺纹粗钢筋及与之配套的连接器、螺帽等组成，每个吊箱4根吊杆，重量6.5t。吊杆下端固定到底板的吊杆底座上，上端固定到支架的纵梁上。吊杆的作用是将吊箱自重及封底混凝土的重量传给支架纵梁。

吊箱定位系统的导向装置由导向钢板及定位孔组成。导向板为厚度δ=16mm钢板，端部制成圆弧，分别焊于吊箱4个角部位，导向板端部至钢护筒外壁之间留一定的空隙；定位孔是利用吊箱底板6个护筒孔洞作为定位孔，配合导向钢板控制下沉吊箱的平面位置，限制围堰下沉时移动方向。

（3）钢吊箱围堰方案实施情况

金井湾大桥4～14#承台双壁钢吊箱围堰施工工艺流程如图2：

图2 钢吊箱围堰施工工艺流程

施工过程中主要控制的要点如下：

1）钢吊箱拼装下放：在钢吊箱的拼装过程中应严格控制其每个构件的制造精度，确保每个连接面结构的准确性，以保证在现场安装能顺利进行。所有对接焊缝均要求三级熔透焊缝，焊缝要求质量良好，密封不漏水，焊缝要求做煤油渗透试验。吊挂系统安装完成后，使用千斤顶配合吊挂系统将钢吊箱下放，下放时保持水平，以防止围堰底板与钢护筒相碰，每下放5cm即调平一次直至围堰自浮，拆除吊挂系统，向围堰侧壁仓内注水，每下放5cm即调平一次，直至下放到指定标高，在低水位时，将撑杆顶部焊接到护筒上，固定钢吊箱。

2）钢吊箱封底：封底是吊箱施工成败的关键，钢吊箱封底前应进行基底处理，先由潜水员下去检查底板是否与侧板脱开，底板在下沉过程中是否有脱焊，如果发生以上此种情况，应马上处理。对于钢护筒与底板之间的喇叭口缝隙，潜水员水下用环形封堵板封堵。封堵板与吊箱底板间加装一层橡胶垫片以利止水。在浇灌封底混凝土之前必须检查所有内拉杆是否全部完好，打开侧板连通孔，主要是在封底时减少钢吊箱内水位与外侧水位的压力差防止发生爆模事故，最后浇灌封底混凝土。根据施工经验，封底水下混凝土砼的塌落度控制在18～22cm之间，最好分两次进行，第一次浇灌至距封底顶面50cm处，待混凝土达到80%强度后抽水，再浇筑剩余50cm混凝土封底，这样可以使封底顶面平整，防止由于封底混凝土超高带来的返工损失。

3）钢吊箱内抽水：封底混凝土达到设计强度后，封堵侧板连通孔，围堰内抽水。在抽水过程中要注意观察围堰变形情况，确保围堰抽水安全，同时如果水位下降速度偏慢，与理论数据相差较大，则说明渗水较大，则派潜水员下水寻找渗漏点，并采取措施进行堵漏。

4）渗水处理：由于封底混凝土和围堰及护筒之间存在铁锈，易发生漏水情况，对渗水较大的地方根据现场实际情况开挖相应的汇水沟和蓄水槽，采用潜水泵抽水。承台施工过程中沟槽上铺一块钢板，防止混凝土渗漏到蓄水槽中。

自2016年6月底至2016年12月底，6个月的施工期，3#-14#墩 24个承台在经历了6个台风、6天文大潮后顺利施工完成，水中墩全部顺利出水，未出现爆模、倾覆、扭曲等异常现象，水中承台结构尺寸、强度均满足设计要求，施工过程未出现质量安全事故，高效地达到了预期的效果。

4 结束语

近海水中承台的施工主要是对围堰工法的选择，目前采用的几种工法均有不同的适应工况，在进行方案比选时，必须要认真地开展地勘工作，要摸清楚承台所处的海床底的地形情况和地质结构，同时，要精确掌握季节性的水文潮汐情况，针对性的选用合适工法，方能达到高效、安全的生产目的。编制具体结构设计方案时，我们着重要做好钢围堰的刚度设计及验算，确保结构稳定可靠；在具体实施阶段，我们要坚持以监控量测为指导，严控钢吊箱拼装、下放及封底施工质量安全，这是钢围堰施工的关键。

[1]黄志峰.钢吊箱围堰的结构设计与施工.山西建筑，2007，33（20）.

[2]赵顺涛，潘 军.南京大胜关长江大桥6号主墩超大型钢套箱围堰下沉控制技术[J].世界桥梁，2008（3）：22-24.

[3]JTT/T F50-2011，公路桥涵施工技术规范[S].

[4]SL 645-2013，水利水电工程围堰设计规范[S].

[5]福建省高速公路施工标准化管理指南.