山区河流汛期厚卵石层桥梁深水基础围堰施工技术

摘要：在合川至安岳（重庆段）高速公路涪江特大桥施工时，创造性地采用钢-混结构围堰，达到了围堰在短期低水位条件下快速建成出水的目的，也解决了大粒径厚卵石层水中围堰止水难的问题。本项目还成功解决了双壁钢围堰在洪水过境前临时下沉及洪水过境后快速上浮的技术难题，保证了不能避开汛期的基础施工的连续性。

Abstract： During the construction of the Hechuan-Anyue （Chongqing Section） Expressway Fujiang Bridge， a steel-concrete cofferdam was creatively used to achieve the goal of rapid construction of the cofferdam under short-term low water level conditions and solve the problem of difficulty in stopping water from the cofferdam in the water with large-diameter thick pebble layers. The project also successfully solved the technical problems of temporary sinking of the double-walled steel cofferdam before the flood and rapid floating after the flood， ensuring the continuity of the foundation construction during the flood season.

关键词：山区河流;水中基础;钢-混结构围堰;快速出水;快速下沉及上浮

Key words： mountain river;water foundation;steel-concrete cofferdam;rapid water discharge;rapid sinking and floating

中图分类号：U445.556                                  文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）30-0153-03

0  引言

目前深水低桩承台采用的围堰主要有砼围堰、钢板桩围堰、钢套箱围堰等多种形式，但均不能很好地适用于本项目特殊的水文地质情况，因此需进行相关的技术研究与创新，制定科学合理的围堰结构设计方案及施工方案。虽然安排在非汛期施做围堰，但涪江常有非汛期出现异常洪水等特殊情况出现。如大临围堰恰好处于就位过程中，时间不允许临时拆除后再搭设或者把其移运撤回至安全处，故需研究出现上述情况时减少经济损失及快速复工的应急方案。

1  工程简介

合川至安岳（重庆段）高速公路位于重庆市潼南区跨越涪江，主桥为（100+190+100）m连续刚构;设置于涪江中的41#、42#主墩采用双薄壁柔性墩形式，基础为纵向3排横向6排布置的群桩，桩径为？准2.2m，桩顶设低桩整体桩承台（28m×14m×5m）。涪江江面水域宽约350m。桥位处常水位水深2～5m。主墩承台埋置深度3.5m，位于厚约6.3m卵石层中。经过长年砂石料采集，卵石层极少含砂土粒，卵石料径大（一般粒径20～60mm，最大粒径120mm），透水性强，围堰止水施工难度大。涪江属于典型山区河流，季节性强，汛期洪水迅速高涨，且不可预测，短时最大涨幅高差达15m，复杂水文地质条件对水中主桥基础施工影响大。

2  厚卵石层短时低水位条件下围堰方案

2.1 围堰主要有钢板桩围堰、砼围堰、钢套箱围堰等

钢板桩围堰整体刚度较小，抗水流及冲刷能力差，不宜于在流速较大涪江使用;且止水能力较差，不宜在透水性强地层条件下使用，故不适合本项目。

砼围堰虽止水效果好，但需岸上制作后下沉，施工工期长，难度大，不能满足本项目的施工要求。

钢套箱围堰抗水流冲击能力和整体性较差，不宜在流速较大的涪江中使用。

当年3月进场，距汛期有3个月的枯水期低水位（最大水深2.5m）。为充分利用短短的枯水期完成围堰施工，加快工期，进而大幅降低施工成本。本项目研究快速围堰方法，进行围堰方案的创新，最终确定了主墩围堰施工方案如下：

主墩水中基础采用“先堰后桩法”，围堰采用钢-混围堰组合结构形式，围堰外形为矩形，堰顶标高237.5m。围堰封底厚度2.5m。围堰下部采用钢壁砼围堰，结构总高度8m，高度超出承台顶面50cm。因钢壁砼圍堰的钢双壁可在加工厂内分段高精度制作，现场快速拼装，确保围堰快速出水，从而有效地达到止水效果的目的;钢壁间满灌砼以确保围堰能承受高流速洪水冲击的能力。

围堰上部采用钢筋砼围堰，结构高度3m，考虑基础施工时围堰整体能作为承台砼浇筑的模板，完成施工后可作为桥梁永久防撞设施的一部分。

下部钢壁砼围堰外径尺寸30.1m×16.1m，内部尺寸28.1m×14.1m，高度8.0m，从下往上分3.5m+4.5m两节。双壁间厚度为1.0m。采用钢板+角钢焊接而成，壁内填充C25砼。

上部钢筋砼围堰采用C30砼，内外尺寸与下部钢壁砼围堰相同，高3.0m，壁厚1.0m。

围堰结构布置如图1、图2、图3所示。

2.2 下部钢壁砼围堰结构设计

1）面板与主龙骨。共分2个节段，底节高3.5m，上节高4.5m。面板厚度为4mm，刃脚部分面板厚度为8mm。沿内外壁内侧布置∠63×63×6mm竖向角钢作为竖向主龙骨，间距30cm，环向肋采用20cm宽8mm厚钢板，内外壁之间水平斜杆撑为∠70×70×7mm角钢。竖向、环向主龙骨与斜撑组成立体桁架，均采用焊接方式，使内外壁形成整体。2）隔仓。围堰环向分为10个隔仓，竖向设置壁厚4mm隔仓板，两侧设置角钢做肋。每个隔仓上下贯通，左右封闭。3）刃脚。围堰底部设置100cm高刃脚，底部用∠500×500×8mm钢板作加强肋支撑，间距90cm一道布置。4）其它设施。吊点：在每块围堰上部设置两个吊点，用于拼装时起吊。

内外连通管：为保证封底砼浇注过程中内外水头平衡，在围堰上下游分别设置2个？准300mm的内外连通管，钢管与井壁间密焊。钢管伸入围堰端设有法兰并配有钢板堵头，可根据工序需要由潜水员开闭堵头板。

2.3 上部钢筋砼围堰结构设计

上部钢筋砼围堰外缘尺寸为30.1m×16.1m，内边长宽尺寸28.1m×14.1m，高度为3.0m，壁厚为1.0m，内设隔墙一道，厚0.6m。采用C30砼浇筑，并进行结构配筋。

3  厚卵石层短时低水位条件下钢-混结构围堰施工

3.1 钢壁围堰加工制作

围堰的双壁钢结构在岸上加工场内进行工厂化加工，形成规模化流水线生产，以确保加工精度和质量。加工厂内布置4个胎膜。胎模设计成水平，由工字钢加工焊接而成。

严格控制每个钢构件的制造精度，并进行试拼装。确保各块间精密对接以及拼装后整体几何形状的准确性，以保证现场安装能快速、顺利进行。

钢围堰钢板间接缝均采用满焊焊透，严格验收所有结构焊缝，内、外壁板对接焊缝须通过煤油渗透试验，即在焊缝外涂白垩粉浆，晾干后内刷煤油，经过0.5h后检查，反面无煤油渗漏斑点为合格，渗漏处必须补焊。

3.2 围堰作业平台填筑及基坑开挖

从涪江两岸分别沿线路方向向墩位处填筑临时施工便道，填筑标高按超目前水位50cm控制。

由于承台埋置在卵石层中，需提前清理承台钢围堰着床范围内卵石层。清底采用挖机以及长臂挖机放坡进行，放坡坡比按1：1考虑，清理之前需对承台钢围堰范围位置及标高进行精确控制，确保清底后河床表面平整。

3.3 定位，底节钢壁围堰下放、拼装

钢围堰拼装前全面测量基坑，若与设计不符则再次清理，以满足围堰落河床的刃脚高程、垂直度、平面位置、平面扭转角度等各项要求。基坑尺寸须大于围堰外径尺寸。

每节围堰计分为10段，钢围堰底节在基坑内现场拼装。钢围堰定位利用基坑四角的锚固点进行。拼装前采用调整？准25mm钢丝绳+手拉葫芦的办法使围堰粗略定位，并用全站仪不间断进行定位测量，待底节3.5m钢围堰全部拼装完成后再次用全站儀进行精确定位测量，确保围堰各项指标满足要求。

3.4 底节3.5m钢壁围堰壁内砼浇筑

围堰定位后，围堰内采用天泵泵送砼的方式对称满灌C25砼，以增加围堰刃脚刚度，提高围堰稳定性。砼初凝前在围堰砼内插入上节段钢壁围堰接茬钢筋。浇筑完成后在围堰外侧先回填原状卵石土至底节堰顶下1m处。

3.5 上节钢壁围堰分块接高

上节钢壁围堰也是分块在岸上加工场内加工后运到现场安装，采用50t履带吊吊装，采取从小里程先做后右逆时针环向逐片接高的方式。双壁钢围堰接高时，利用基坑四周锚固点用？准25mm钢丝绳+手拉葫芦将围堰固定，以增加钢围堰稳定性，减少晃动，有利于拼装。

3.6 上节钢壁围堰壁内砼浇筑

上节4.5m钢壁围堰拼装完成后，围堰内用天泵泵送砼的方式对称满灌C25砼。砼初凝前在围堰砼内插入上部钢筋砼围堰接茬钢筋，并在顶口中线位置预埋橡胶止水带，确保止水效果。浇筑完成后在围堰外侧回填原状卵石土至原河床标高处。

3.7 顶节钢筋砼围堰施工

凿毛钢壁围堰砼表面，清除面层浮碴，接长绑扎上节砼围堰钢筋。采用定型钢模，分2次进行浇筑，翻模施工，每次浇筑高度1.5m，每节段一次浇筑成型。砼需振捣密实，分层对称进行浇筑。在钢壁围堰内预埋牛腿，设置贝雷片+工字钢垫梁方式安装底模板进行隔墙砼浇筑。

3.8 钢围堰内基坑封底前清理

围堰封底前，采用气举反循环设备对围堰内基坑底泥砂再次进行清理。

3.9 灌注封底砼

封底砼厚度2.5m，封底砼质量是封底成功的关键，通过采用双掺技术来保证砼的和易性、流动性及稳定性。准备3kg的测量锤6个，25m长的测绳8根，施工前用河水浸泡2天，并校核其长度，再用铅丝做长度标记作为高度测量工具。每个浇筑点及测点处平台标高应提前测出，做为测量砼面的依据，并用油漆标示。

在围堰内布置不少于20个灌注点，首批砼采用拔塞法施工，以保证第一次浇筑时能够将导管底口埋住。封底砼灌注顺序为先环向闭合，再补中间。为保证封底砼质量，砼封底施工要连续不间断进行，并且在24h内完成。当灌注点砼顶面标高基本与设计标高相等时，开始移动导管，移动时尽量不将导管底移出已灌砼顶面，如确须提出砼面，则在下次灌注砼重新剪球。

封底砼灌注顶面平均标高一般比设计标高低约5cm左右，以减少后续清凿量，不足之处可以在抽水后用砼补平。

砼浇筑时专人使用测绳每隔一定时间测一次标高，以指导布料，使砼均匀上升。砼面标高测量点按2m布置1个，并兼顾每根导管附近、围堰边角及相邻导管流动半径的交汇处。

砼浇筑临近结束时，全面测出砼面标高，砼面偏低的测点增加灌注量。

封底时打开钢围堰侧模上的连通器，使钢围堰内外无水位差，确保封底砼不受水头压力作用而破坏。

4  双壁钢围堰临时下沉及快速上浮施工技术

4.1 双壁钢围堰遇洪水临时下沉

围堰施工有时不能完全避开汛期，41#墩围堰只完成了底节段3.5m的拼装工作时，接到潼南区防汛办通知，由于涪江上游降大雨，桥位处会有洪水过境，为防止围堰被洪水冲走，危及下游结构物，项目采取了围堰临时下沉措施，即用10台22kW水泵往围堰拼装平台底部钢护筒内同步对称注水，钢护筒带着围堰同步下沉，随着持续注水，钢护筒自重增加沉入水底，钢围堰与钢护筒拼装平台脱离后呈自浮状态。然后再用水泵往围堰隔仓内同步对称注水，围堰在自重不断增加的作用下，慢慢下沉，最终着床在基坑底。

4.2 双壁钢围堰打捞上浮施工

当桥位处水位恢复常水位，选择未来几天无降水的有利天气条件下开展双壁钢围堰打捞作业。

双壁钢围堰打捞采用气囊打捞法，首先由潜水员对双壁钢围堰水下姿态、完好性、埋置情况等进行摸排，在双壁钢围堰四角拴浮标标明围堰位置。洪水使围堰壁内及周边淤积了大量泥砂，采用空压机气举抽砂方法清除围堰壁内泥砂，围堰内外侧泥砂采用长臂挖机配合气举抽砂法清除。

清淤后，采用4个直径1.2m、长18m的气囊分别平行对称安放在双壁钢围堰长边的内外侧（如图4、图5所示），单个气囊体积20m3，总计可产生浮力约72t，第一节钢围堰总重量51t。气囊用尼龙繩包裹，由潜水员在水下安装，内外侧气囊间采用钢丝绳兜围堰底连接，并加设防滑缆。气囊安装完成后，由空气压缩机同时向四个气囊冲气，严格控制围堰纵横向倾角，上升速度不得大于1m/s。

双壁钢围堰顶面出水后，对围堰壁内对称同步抽水，使钢壁围堰在浮力作用下上浮。然后全面检测完全露出水面的围堰结构，检测合格后将围堰内部污水及沉沙清理干净，最后将气囊放气，使钢壁围堰与气囊脱离，将气囊拆除，完成钢围堰的上浮。

5  结束语

以上技术成果已成功应用于涪江特大桥施工实践。水中围堰施工和使用过程中未发生安全质量事故，已安全度过汛期考验，受到建设单位、港航、水务管理单位的高度称赞。该技术方案可操作性强，实用性强，可为今后类似水文地质条件下水中基础施工提供更加成熟可靠的借鉴，推广应用前景良好。

参考文献：

[1]余绍宾.怀邵衡沅江特大桥12#主墩深水基础施工技术[J].铁道建筑技术，2016（3）.

[2]赵天喜.桥梁深水基础双壁钢围堰设计与施工[J].中国水运，2014（2）.

[3]粟学平.深水中主墩围堰施工方案比选研究[J].铁道建筑，2011（10）.

作者简介：商南南（1976-），女，山东济宁人，毕业于重庆大学土木工程（道路与桥梁方向）专业。