裸露基岩桥梁深水承台围堰施工技术研究

廖福勇 邓辉 陈琳

摘要：水下承台是不少大型桥梁主体结构的重要组成部分，而對于深水中的承台施工，目前大多是采用双壁钢套箱围堰工艺，围堰的设计、加工及安装和封底混凝土的浇筑是重要环节，裸露基岩更加大了施工的难度。文章结合裸露基岩深水承台项目施工案例，介绍了无底钢套箱施工工艺，分析了方案比选、设计及施工安装控制措施，取得了较好的效果，实现了深水承台在无水环境下的顺利施工。

关键词：桥梁;裸露基岩;深水承台;围堰施工

0 引言

当前，我国高速公路建设蓬勃发展，跨越大江、大河、水库的情况愈发常见，水中承台施工也面临更多的挑战，而裸露基岩则使围堰的就位、固定、封堵更加复杂。高质量、高效、安全地完成水中承台施工是桥梁施工的关键环节，对工程整体质量、进度及成本控制有着重大影响。本文结合崇左至水口高速公路崇左西左江大桥施工工程，系统地阐述裸露基岩深水承台围堰施工技术。

1 工程概况

崇左西左江大桥全长389 m，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，基础为9根钻孔灌注桩群桩，4 m高承台位于深水江底河床上，下游1.25 km为左江电站水坝，水库正常蓄水位为108.0 m，平均水深约20 m。主墩墩位处河床主要为裸露基岩，岩质为石灰岩，无覆盖层。

2 方案分析及比选

在通常情况下，水下承台施工一般可采取钢板桩围堰、无底钢套箱围堰、有底钢套箱围堰三种方案。

钢板桩围堰：适用于陆地承台或浅水域施工。优点是材料采用成品，周转次数多，运输方便快捷，施工成本低;缺点是工艺较复杂，整体稳定性较差，不宜用于深水区作业。

有底钢套箱围堰：适用于承台底与河床底高差较大的情况。优点是整体拼装、安装及拆除方便，材料用量少;缺点是施工周期长，结构安全风险大。

无底钢套箱围堰：适用于承台底与河床底高差不大、河床覆盖层地质较好的情况。优点是加工制作工艺简单，对安装设备要求不高;缺点是河床覆盖层不足会导致封底不密实，钢套箱下放易偏位。

本桥4#、5#主墩承台位于深水中，水深最深达21 m，承台底与河床底高差不大，决定采用无底双壁钢套箱围堰，利用桩基钢护筒作为下放支撑及导向体系，减少使用大型机械设备，降低成本和安全风险。

3 围堰结构设计

结合桥位处水位布置情况，选择+109 m作为围堰顶标高，钢套箱长宽尺寸为30.13 m×15.2 m，壁厚为1.504 m，侧板最大高度为23 m。钢套箱由侧壁板、侧板竖向加劲肋、水平环、水平斜杆、隔仓板、内支撑、导向架等组成。围堰下放系统由钢护筒接高、下放系统与围堰吊点结构等组成。钢套箱侧壁板通过竖向钢主梁与内支撑焊接形成整体以抵抗围堰抽水后的水头侧压力。围堰侧板从高度上分为三节，沿周长分块，每节12块，共计36块，最大块尺寸为高8.5 m、宽7.2 m。侧板各单元块之间采用焊缝连接，分节安装到位（见图1）。

围堰内共设置有三层水平内支撑，顶层水平内支撑标高为+106.78 m，中层水平内支撑标高为+100.78 m，底层水平内支撑标高为+95.68 m，施工过程中需进行内支撑转换（见图2、图3）。

4 围堰结构受力计算

4.1 计算参数

[JP5]为与施工阶段结合使用，采用允许应力法进行计算。

（1）Q235B钢参数：容许弯曲应力Symbol[A@SymbolsA@Symbol]A@=145 MPa，容许剪应力Symbol[A@SymboltA@Symbol]A@=85 MPa。

（2）钢弹性模量：Es=2.1×105 MPa。

（3）封底混凝土：采用C30水下混凝土，SymbolgA@c=24 kN/m3，Symbol[A@fkSymbol]A@=150 kPa，Symbol[A@ftSymbol]A@=1 MPa。

4.2 计算工况

围堰需根据不同的施工步骤对各构件进行计算，结合各工序的施工时间安排情况，计算内容及水位控制如下页表1所示。

用Midas Civil 2016软件建立模型，按照以上施工阶段进行结构受力计算（计算过程略），计算对象包括侧板、隔仓板、水平环板、水平斜杆、折角加劲板、围堰整体变形、内支撑、钢护筒粘结力、围堰抗浮能力等。经计算，各阶段各受力构件变形均满足规范要求。

5 围堰施工工艺

5.1 围堰堰体制作

围堰堰体分块在后场制作完毕后，再运输到墩位处现场拼装成型。由于桥位处无浮吊，且不具备通航条件，只能借助支栈桥进行围堰拼装。现场计划配有75 t履带吊2台，考虑了履带吊的作业半径和起重能力，将单块重量控制在≤22 t，对钢围堰壁体进行了分块，底、中、顶三节各分为12块。

5.2 围堰堰体拼装

第一节围堰节段安装从转角处开始，以提高安装过程中的抗倾覆能力，节段吊装就位要严格控制就位的精度、垂直度。先将围堰1#块段吊装至指定位置，然后再起吊相邻块段，要确保两块之间的拼接处缝隙满足设计要求，然后焊接临时支撑固定钢围堰2#块段，使其形成较为稳定的结构，再将吊车缓慢松钩，进行下一块段施工。

5.3 裸露基岩河床处理

裸露基岩河床高低不平，无覆盖层通过堰体重量来实现保证水平，因此在围堰落床前，需进行河床测量。根据测量结果绘制河床地形图，先采用抓斗和潜水员配合清理并平整河床，然后采用水下爆破，清理至封底混凝土底标高，确保围堰基底位置大致平整，无大孤石及其他障碍物。

5.4 围堰堰体着床控制要点

（1）安装吊挂装置。利用钢护筒作为承载支撑，通过4台100 t千斤顶作为悬吊系统，利用左右侧各两个钢护筒作为一组，采用双拼HN500工字钢作为下放梁，共安装4个悬吊点，围堰滑车吊点安装在钢围堰内壁板位置上。

（2）安装下放导向架。导向架由45a工字钢及10 mm钢板加工而成，接触面设置硬橡胶。本桥施工设置8个导向架（长、宽方向各4个），迎水面导向架的控制是重点。

（3）下沉与着床。在钢围堰拼装前可用抓斗大致调平河床的标高，安装完毕后缓慢注水，匀速下放钢围堰，下放过程中要注意调整钢围堰的垂直度。

5.5 钢围堰就位精确措施

本桥钢围堰下放用1台油泵控制2台千斤顶，保证同步下放，如出现个别千斤顶油表读数相差较大的情况，必须停止下放，查找原因排查故障。千斤顶单个顶行程按30 cm控制，单个行程平均按3 min控制。在下沉过程中要全程观察围堰三层导向架与钢护筒之间的间隙大小，如间隙偏差较大，要马上调整钢套箱垂直度和平面位置。

6 封底混凝土浇筑

主墩钢套箱封底采用C30水下混凝土，厚为4.0 m，采用满布导管推进法施工，一次性浇筑完成。封底混凝土的顶面控制在距承台底面以下0～10 cm处，浇筑完成前，测量混凝土顶面高程，重点监测导管作业半径相交处、桩基四周、钢套箱内侧周边，根据所测结果有针对性地进行补灌，确保混凝土顶面均匀平整。当封底混凝土强度达到设计强度的90%以上时开始在钢围堰内抽水，随时观察鋼围堰结构的变形情况。抽水后，如无渗水或渗水不大，则可在无水环境下进行承台施工，如渗水较大，则采取措施进行封堵。

7 结语

崇左西左江大桥4个主墩承台双壁钢围堰抽水后均未出现较大渗水现象，满足承台在干环境下的施工要求，且围堰下沉、封底混凝土施工等均一次性完成施工。经研究得出以下结论：

（1）在进行深水承台施工时，应将无底钢套箱作为最佳选择。施工时应结合河床地质、水深等条件，设计合理的堰体结构尺寸，并严格控制加工质量，精确下放就位，确保堰体各构件受力在各种受力状态下均满足要求。

（2）裸露基岩要采取水下爆破方式将河床大致找平，下放后还要派潜水员查看钢套箱与河床是否存在较大间隙，如遇突出较高的孤石则要精确爆破，一般的间隙用碎石袋填塞。

（3）泥浆会在钢护筒和钢围堰内壁板的表面形成泥膜，会显著降低封底混凝土与其的握裹力。为防止大量渗水及封底失效，要在混凝土浇筑前对其进行清理。

实践证明本设计方案可行，施工过程控制措施到位，可供同类工程施工提供借鉴。

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作者简介：廖福勇（1976—），高级工程师，从事高速公路建设管理工作;

邓 辉（1972—），高级工程师，从事高速公路建设管理工作;

陈 琳（1986—），工程师，主要从事公路桥梁建设管理工作。