双壁方形钢围堰施工技术研究

余丕东

摘要：文章以左江大桥主墩承台安全专项施工工程为例，介绍了承台围堰的设计方案，并分析了围堰施工的主要内容，为同类型双壁方形钢围堰施工提供参考。

关键词：钢套箱围堰;拼装;下沉

0 引言

与单壁围堰相比，双壁围堰抗压能力更强，适合于深水、高流速水环境的基础施工。双壁围堰由于吨位重、体积大，在拼装、吊运过程中往往会遭遇施工难题，因此，应认真总结此类工程施工中的经验，以为同类施工提供借鉴。

1 案例工程概况

本案为桥梁承台施工工程，项目在广西崇左市宁明县，为新建崇左西左江大桥工程的主要组成部分。左江大桥是崇水高速公路的组成部分。大桥起止桩号为RK1+265.46～RK1+654.5，长度为389.04m。主桥为（77+145+77）m预应力混凝土连续刚构，主墩为钢筋混凝土薄壁墩，基础采用钻孔灌注桩，桥台采用肋板式及U型桥台。主桥4#、5#主墩承台采用左右幅结构，单个承台为正方形，外形轮廓尺寸为12m×12m（横×顺），厚度为4.0m。承台采用C30高性能混凝土，顶面标高分别为+94m、+95m。

2 钢套箱围堰设计

案例工程左江段水位受下游左江水电站调节，左江电站正常蓄水位为108.0m，20年一遇水位为111.0m。工程主桥墩处河床标高落差较大，低处标高为86.1m，高点为88.4m。以108.0m的正常蓄水位计算，水深在20m左右。丰水期该河段水流的最高流速达2.5m/s。按照《钢围堰工程技术标准》（GB/T51295-2018），围堰类型不宜采用单壁围堰。结合成本等因素考虑，工程选择采用无底双壁钢套箱方案。

无底钢套箱抗压能力强，可以适应水流流速较高的施工现场。围堰套箱的尺寸根据承台的外形尺寸来设定。本案中，两个主墩4#墩和5#墩均采用同样尺寸的钻孔灌注桩基础，每个主墩设两个承台，单个承台的外形尺寸为（12×12×4）m，分左右两幅，两幅间的间距为2.93m。因此，每个墩台设计一个钢套箱围堰，囊括两个承台。单个钢套箱围堰外壁轮廓尺寸为30.13m×15.2m，壁厚为1.5m。根据水深和河床标高，设计围堰侧板最大高度为23.5m。

无底钢套箱围堰需要采用水下混凝土封堵底部，以营造无水环境。封底水泥太厚增加工程成本，太薄则会导致围堰上浮，基础不稳定。因此，应通过围堰自重等参数来计算封底水泥的厚度。

根据国家标准，抗浮安全系数Kf宜>1.15。代入各参数，可以计算出水泥自重，然后根据钢套箱底面积等参数，可以求出封底水泥高度。本案根据公式计算结果，封底水泥宜采用4m厚值。

结合桥位处水位布置情况，选择+109.5m作为围堰顶标高，在108.5m处设连通管，如果出现高于该水位的情况，约20年一遇水位的111m，可以在围堰顶增设1.5m单壁围堰（视具体情况确定），可满足围堰施工要求。如果水位进一步增加，可以选择围堰临时被淹，避开洪水高峰期后再进行施工。围堰内设置三层横向内支撑，以及两道竖向内支撑。

围堰的立面图见图1。

3 套箱围堰施工主要内容

钢套箱围堰主要施工内容包括：单元件场外制作、运输，单元件场内拼装、护筒接高、吊挂系统制造安装、套箱下放、套箱定位、封底混凝土浇筑、围堰抽水等内容[1]。

3.1 拼装

钢套箱的制作在场外进行，整体上共分三节，第一节为8.5m，第二节为7.7m，第三节为7.3m。按规格制作好所有的单元件，验收后通过汽车运输至围堰拼装平台。拼装前，可利用钻孔桩的钢护筒导向，接高4个边角的钢护筒，利用钢护筒来初步定位和导向钢围堰。测量安装导向架的护筒垂直度，根据护筒垂直度加工导向架。导向架主要由45a工字钢及10mm钢板加工而成，与钢围堰接触面设置硬橡胶，导向架与钢围堰内壁板之间间隙按50mm控制安装。

第一节钢围堰共16个单元，单个单元重约20t，利用50t吊车起吊，下部垫支撑，初步固定。各单元间采用埋弧焊和手工电弧焊焊接，务必仔细焊接，防止漏水。16个单元拼装完毕后，利用千斤顶系统控制围堰入水。千斤顶系统以接高钢护筒作为承载支撑。下水前，首先利用千斤顶同时提升钢围堰至刃脚离开拼装平台5cm，临时固定钢围堰，尽快拆除钢围堰的拼装临时工作平台。平台拆除后，开始第一节钢围堰的入水自浮。钢围堰的下放要有专人统一指挥，下放前在护筒上做好刻度标记，保持钢围堰的平衡，直到钢围堰不再下沉达到自浮平衡，停止下放。第一节钢围堰入水自浮后，检查钢围堰是否有漏水现象，若有，必须进行补焊处理，同时检查整个钢围堰的平面尺寸和垂直度，以便在拼装下一节钢围堰时能及时进行调整。首节钢围堰在自重悬浮状态下堰顶露出水面高度为5.6m，围堰顶面高出平台1.1m，可方便接高安装下节围堰。

第一节围堰稳定后，接高第二节围堰。节间连接采用螺栓栓接，接口位置垫设5mm密封橡胶条。在接高时，利用导向装置固定围堰，同时提升系统起吊受力，防止双壁钢围堰在接高过程中转动。为方便安装节段对接头及围焊壁板，在双壁钢围堰内外圈用环形爬梯作为内外壁工作平台。第二节围堰拼装完毕后，安装底层和中层内支撑。第三节围堰的接高在第二节围堰下沉到合适位置后开始。在钢围堰内灌水，使钢围堰下沉，待下沉到合适位置后，停止灌水，并采取同样步骤接高顶节。接高时应对称接高，不允許从一侧转圈焊接以防止围堰倾斜。拼装完毕后，完成顶层内支撑和竖向内支撑。

3.2 下沉

钢围堰的下沉是逐步加深的过程，第一、二节下沉时，要注意河床上无障碍物。围堰整体安装完毕后，开始着床定位下沉。下沉前需要调平河床，本案中，4#墩处河床标高在88.4m左右，河床覆盖物为卵石层，强行下沉容易损坏刃脚。而根据设计，围堰的刃脚底部标高为86m，河床距承台底平均为1.6m，不能满足4m厚封底的要求。因此，采用抓斗和潜水员配合清理并平整河床，清理河床至封底混凝土底标高。5#墩承台处的河床为中风化白云岩，大桩号处河床距承台2.6m，小桩号处河床距承台3.9m，河床不平整，容易造成钢围堰倾斜，为避免形成高低刃脚，降低施工风险，提前进行河床水下爆破，然后采用抓斗和潜水员配合清理并平整河床，利用抓斗将爆破坑洞填充平整，将河床清理至封底混凝土标高，填充后用细碎石将空隙填充至无大孤石外露，尽量避免围堰底封底混凝土泄露。

河床找平后，在钢套箱内注水，利用钢套箱自重使其下沉，下沉进度的控制由千斤顶系统完成。下放过程中通过计算机控制柜和远程控制柜控制油泵和千斤顶，通常用1台油泵控制2台千斤顶，尽可能保证下放同步，确保各顶受力均匀。发现个别顶受力过大时，油表读数相差较大，需停止并排查出故障后继续下沉，切忌盲目快速下沉。下放速度由千斤顶行程决定，单个顶行程按30cm控制，单个行程平均按3min控制，则整个围堰下沉入水到位，可轻松控制在一个白天内完成。

保证钢围堰四周平稳、均衡着床后，拆除悬吊系统，检查平面位置符合要求后，进行双壁钢围堰内壁仓混凝土施工，该施工主要是为了加强围堰底部的抗压能力[2]。施工时，对称浇筑18个隔仓混凝土，施工时采用全站仪进行全过程监控。若存在围堰偏位时可通过调整混凝土灌注进度进行适当的平衡性调整，直至混凝土灌注全部完成。混凝土强度采用C20，坍落度为16～18cm，缓凝时间为12h，一次性对称浇筑至标高94.0m处。浇筑完成后，复核其中心位置及顶标高，并随时检查其变化情况。经72h观测，无变化时，即可进行围堰封底工作。

3.3 封底

封底后，围堰内即可实现无水环境。封底前检查定位、漏水等情况，基底应达到设计封底基面标高，誤差≤150mm，且不得有淤泥。由于淤泥、散落混凝土及灰浆对钢护筒和钢围堰内壁板的污染，在外表形成了泥膜、油膜的薄套层，影响混凝土与围堰、护筒的粘结和与钢护筒的握裹。为保证封底的质量，要对表面结构进行清理和毛糙处理。

本案中，由于江水清澈，且5#墩位置无覆盖层，无需对5#墩围堰内壁进行清洗。针对4#墩，由于淤泥、散落混凝土及灰浆对钢护筒和钢围堰内壁板的污染，需潜水员下水使用高压水枪或钢刷对钢护筒外壁和钢围堰内壁板进行清理。

围堰清理和毛糙处理后，开始封底。封底采用C30水下混凝土，封底混凝土厚度为4.0m，采用导管推进法施工。混凝土初凝时间为20h，流动半径为4～6m。导管采用300mm、壁厚10mm的无缝钢管，导管底口距离基底20cm左右。根据围堰的截面积，初步计算封底混凝土的总吨重，并实时观测表层混凝土的标高，根据测量的标高数据，提升导管，调整灌注的位置，直到封底厚度超过标高10cm左右即停止灌注水泥。

封底完成后，待混凝土硬度符合施工标准，即可开展承台施工。承台施工前，可抽干围堰，割除钢护筒。由于封底混凝土表面硬度不达标，且存在凹凸不平现象，因此，应找平封底。按照设计标高值，对超出设计标高的部分，用风镐凿除;低于设计标高的凹陷区，用混凝土找平，以作为承台施工的底模。承台施工完毕后，可部分回收钢围堰。

4 结语

双壁方形钢围堰的设计与施工应严格按照国家新出台的《钢围堰工程技术标准》（GB/T51295-2018）来执行，围堰的尺寸、形状应结合安全性和成本等来考虑。本案中，钻孔桩基础截面呈长方形，因此采用了方形围堰，另外利用了钻孔桩的钢护筒作为悬吊千斤顶系统的支撑和导向基础，方便施工且节约了成本，值得类似项目参考借鉴。

参考文献：

[1]严德平.西江特大桥双壁钢围堰散拼下沉技术分析[J].工程建设与设计，2019（23）：101-102，105.

[2]胡 浩，贺 鹏，杨学祥.武穴长江公路大桥钢套箱围堰施工关键技术[J].世界桥梁，2019，47（5）：39-43.