钢板桩围堰下放内套箱处理冲刷技术研究

摘要：文章结合扶典口西江特大桥工程实例，介绍了该桥下放单壁钢围堰内套，浇筑夹仓混凝土，并结合水下压浆封堵的方式处理围堰封底混凝土悬空、钢板桩与封底混凝土脱离、围堰封底混凝土局部破损等系列问题的施工工艺，其经验具有一定的可借鉴性。

关键词：钢板桩围堰;单壁钢内套;夹仓混凝土;水下压浆;封底混凝土

0 引言

随着我国经济快速发展，城市扩张，许多跨江跨河的特大型桥梁不断兴建。桥梁水下基础施工具有不确定性、復杂性、突发性等特点，是施工单位在桥梁建设过程中必须攻克的一道难关，而洪水冲刷的不可控性也让水下基础施工难上加难。本项目采取回填后下放单壁钢内套的技术措施，对冲刷淘蚀严重的4#、5#墩钢板桩围堰进行加固处理，该技术为4#、5#墩水中承台施工提供了优质、安全、高效的施工环境，对后续桥梁水下施工具有一定的可借鉴性。

1 项目概况

扶典口西江特大桥全长1 474 m，主要由1#主桥（145 m+270 m+145 m矮塔斜拉桥）和2#主桥（131 m+198 m+131 m连续刚构桥）及引桥（11×40 m先简支后连续T梁桥）组成。主桥的1#～5#墩为水中墩，结合主桥承台特点及现场水文、地质情况，2#主桥的4#、5#墩采用钢板桩围堰施工，其中4#、5#墩承台为分离式承台，承台尺寸为13 m×14 m×5 m，两分离式承台间距为1.75 m，考虑承台模板安装空间等，钢板桩围堰尺寸向外延伸1 m，尺寸为31.75 m×15 m。

2 围堰冲刷情况

2.1 河床冲刷情况

经现场测量，4#、5#主墩钢板桩围堰受冲刷影响较严重，4#墩封底混凝土底标高为-3.5 m，冲刷后迎水面河床标高为-11.5 m，迎水面河床冲刷最为严重（如图1所示），已冲刷至围堰封底混凝土以下8 m。围堰的水平方向均有不同程度的冲刷，最大冲刷深度为6.8 m。5#墩覆盖层底面标高为-4.1～-2.8 m，覆盖层较浅，砾砂层厚度约2.0～3.5 m，钢板桩底部入岩约20 cm，河床冲刷至岩面便无法继续，冲刷仅造成局部钢板桩与封底混凝土脱离，处理相对简单。因此对被冲刷最严重的4#墩围堰进行重点分析。

分析图1可知：迎水面围堰底部河床已被掏空，最大掏空高度达8 m，冲刷面积约占总面积的40%。由于钢板桩底部覆盖层被掏空，同时造成了上游面钢板桩下沉1.5～4.2 m。此外，上游钢板桩与封底混凝土侧面脱空于水中，在水流冲击作用下，封底混凝土有局部破损。

2.2 冲刷后主要问题

2.2.1 封底混凝土底部掏空

根据现场测量，迎水面及围堰横桥向两侧面均有不同程度冲刷，其中迎水面最大冲刷深度为8 m，上游横桥水平向最大冲刷宽度为8 m，冲刷范围达封底总面积的40%。由于封底混凝土被大面积掏空，上游封底混凝土处于悬空状态（如图2所示），并有局部封底混凝土破损，从而导致封底混凝土漏水，施工平台安全可靠性无法保障，存在施工质量和安全隐患。

2.2.2 钢板桩与封底混凝土脱离

钢板桩在长期受水流冲击作用下，与封底混凝土脱离，并伴随河床冲刷加深，存在不同程度下沉，钢板桩迎水面最大沉降高度为4.2 m，钢板桩与承台封底混凝土间隙漏水严重，导致开展后续施工工序困难等问题。

2.2.3 承台封底混凝土局部破损

悬空于水中的封底混凝土底板，在水流冲击作用和围堰内淤泥沉积等荷载的综合作用下，其悬空部分存在应力集中问题。应力大于容许应力时，部分薄弱的围堰封底混凝土破坏，出现不同程度的漏水现象，封底混凝土上的施工平台的安全可靠性也无法保障，存在安全隐患。

3 冲刷处理技术

3.1 冲刷处理工艺

在钢板桩围堰上游插打钢管桩，减小水流冲刷作用。在完成上游插打钢管桩的工序后，采用风化石对围堰掏空部分进行回填包边压脚，同时在钢板桩围堰内侧下放高度为3 m的单壁钢围堰，并在单壁钢围堰与钢板桩围堰间浇筑夹仓混凝土，达到强度后抽水进行围堰排水处理。施工工艺流程如图3所示。单壁钢围堰二次封底如图4所示。

3.2 具体施工方法

3.2.1 围堰迎水面阻水处理

在4#墩钢板桩围堰迎水面栈桥上游位置插打一排V型钢管桩，与栈桥夹角为30°，插打顺序从围堰迎水面中间开始，超出围堰边缘两侧5 m位置结束。阻水桩施工完成后，在围堰封底混凝土掏空部位回填风化石至3.0 m标高，进行包边压脚处理。回填前在围堰顶安装挡泥板，防止回填土掉入围堰内，增加后期抽砂清淤工程量（如图5所示）。

3.2.2 单壁钢围堰现场拼装及下放工艺

（1）搭设单壁钢围堰拼装平台

在钢板桩8.5 m标高位置上焊接[XC西部I.TIF;%90%90]32a型钢作为牛腿，并使用工字钢连接，作为单壁钢围堰拼装平台。需严格控制牛腿在同一标高，保证单壁钢围堰拼接精度。

（2）单壁钢围堰拼装

单壁钢围堰在场外分节块加工，采用运输船转运至现场，吊运至牛腿平台上进行现场拼装焊接。拼接从一端开始，先点焊固定，逐步拼接至对角处合拢再进行满焊，拼装完成后安装单壁钢围堰围檩及内支撑。

（3）单壁钢围堰下放

单壁钢围堰下放前采用4台25 t汽车吊，并结合精轧螺纹钢吊点控制，进行同步下放。

3.2.3 围堰间夹仓混凝土灌注工艺

夹仓灌注采用剪球法[2]，顺序遵循先低处后高处的原则（先将低处混凝土灌高，避免高处灌注的混凝土往低处流，使导管底口脱空而进水或导管埋深过浅），从下游向上游面进行灌注。

4 围堰内降水及渗水处理工艺

4.1 围堰内降水工艺

夹仓混凝土达到设计强度后，利用高功率水泵进行围堰内降水，直至围堰内水位满足施工要求。

4.2 围堰封底混凝土漏水处理工艺

抽水至围堰底后，进行桩头破除、淤泥清理等工序。此时，围堰内仍有细部渗水，为进一步优化围堰施工环境，保证承台施工质量，利用承台垫层浇筑排水暗沟。施工方法为采用两块C10槽钢在渗水部位两侧搭设导流线路，在导流线路两侧浇筑C30混凝土垫层，达到强度后在槽钢上部覆盖δ=2 cm厚度钢板，形成导流盲沟。

5 结语

本文研究了防冲刷施工技术工艺：在围堰上游插打钢管桩，阻断水流对钢板桩和钢板桩覆盖层的直接冲刷作用;回填风化石，保障封底混凝土悬空部位重新填充;下放单壁钢围堰内套及后浇筑围堰间夹仓混凝土的工艺，进一步加固了钢板桩围堰的效果，解决了钢板桩与封底混凝土脱离、封底混凝土局部破损冒水等问题。该技术保障了施工平台安全可靠，为确保后续施工质量和施工安全创造了良好的施工环境。

该防冲刷施工技术具有可操作性强及工序安排科学、简便、高效等特点，对受冲刷较大的围堰施工具有一定的借鉴意义。

[1]李迎九.钢板桩围堰施工技术[J].桥梁建设，2011（2）：76-79，84.

[2]邻连会.混凝土水中灌筑新工艺[J].铁道建筑，1988（7）：39.

[3]周水兴，何兆益，邹毅松.路桥施工计算手册[M].北京：人民交通出版社，2001.

[4]G D 63-2007，公路桥涵地基与基础设计规范[S].

[5]GB 50666-2011，混凝土结构工程施工规范[S].

[6]G/T F50-20011，公路桥涵施工技术规范[S].

[7]GB 50017-2016，钢结构设计规范[S].

作者简介：凌飞鹏（1980—），高级工程师，主要从事公路与桥梁施工技术研究工作。