双壁钢围堰穿越不同覆盖层 下沉施工技术

唐华

双壁钢围堰着床后，吸泥、下沉是桥梁基础施工的重难点之一。以跨淮河特大桥主桥钢围堰穿越覆盖层施工为背景，结合其他实际施工案例，通过施工前消除堰区偏载，清理堰底杂物，施工过程中采取扰动刃脚土层，堰区挖、吸结合除土等技术措施，较好地保证了钢围堰顺利下沉至设计位置，可为类似施工提供参考。

一、工程概况

淮河特大桥主桥为1-（112+228+112）m预应力混凝土连续钢构箱梁-柔性拱组合结构，全长452m。基础为钻孔灌注桩基础，双肢薄臂墩，梁体为混凝土预应力连续箱梁结构，采用单箱双室变高度箱形截面，拱肋为钢管混凝土结构，采用等高度哑铃形截面。

主桥墩号为293#～296#墩，其中293#、296#墩为边墩，位于河岸滩地上，294#、295#墩为主墩，位于河中；主墩桩基础均采用钻孔柱桩。围堰内覆盖层主要为淤泥、细沙、硬塑性粉质粘土等。294#墩处原为码头位置，建渣、片石等弃置杂物较多，河岸坡度较大。设计承台厚6m，矩形承台，平面尺寸24m×30.6m。基础采用先桩后堰，其中承台采用双壁钢围堰施工方案。钢围堰设计为分离式隔舱，外轮廓尺寸：34.8m（长）×28.2m（宽）；内轮廓尺寸：30.8（长）×24.2m（宽）。

二、方案概述

钢围堰采用工厂加工后运至现场拼装，通过搭设钢围堰拼装平台，在加高的钢护筒顶部分别设置型钢及贝雷梁纵、横梁，利用千斤顶形成钢围堰同步精度可达2mm的提升、下放系统。钢围堰下放过程中，通过焊接在钢围堰内壁上的弧形滑板导向系统以及千斤顶、葫芦等手段，不断地修正围堰高程或平面位置，确保围堰精准下沉至河床面后，开始进入覆盖层除土、吸泥下沉作业。除土、吸泥下沉需要根据刃脚及围堰内不同地质情况采用不同技术措施。

三、主要施工技术

1.河床处理

294#墩钢围堰岸侧河床与河心侧高程最大高差达16m，且岸侧紧邻施工栈桥。为满足施工安全并利于围堰下沉施工控制，在围堰岸侧采用双排钻孔桩对栈桥、河岸加强支护后，对围堰岸侧土方进行清理，尽量将围堰区域内河床底部高差降至一致，消除河床土体对围堰偏压的不良影响，同时便于围堰刃脚能同步着床，减少围堰下沉控制难度。

2.围堰区清理

根据现场调查，在孔桩开始施工前，先对基坑围堰区内存在的片石、煤矸石、建渣等杂填物进行清理，探明并基本清除影响后续施工的已有地下障碍物。钢围堰开始下放前，清理掉落入基坑范围的型钢、钢筋、方木等杂物。

对于含有大量建渣、片石等杂物的河床，可先采用长臂挖掘机进行清理，配合空气吸泥机可将大部分建渣等杂物清除；河床内存在的大块石可采用绳锯或冲击钻头解小后清除，型钢可采用水下切割后清除；对于大粒径或情况不明的物件，需要由潜水员水下探明后再制定针对性措施给予清除，避免为后续围堰下沉埋下隐患。

3.除土、吸泥下沉作业

采用伸缩臂挖掘机（吊装臂长30m贝壳斗）、旋挖钻机（180型）、泵吸反循环钻机（3台）、高压射水设备（2台）、空气吸泥机（带高压射水325mm直径）、搅吸泵（2台250KW、2台125KW）等设备配合，开展挖土、松土、吸泥、除泥作业。除土、吸泥下沉过程受围堰范围土层性质及回填物不同影响，需采取不同的措施。

（1）淤泥层、沙层

淤泥层、沙层多为围堰下沉前期遇到的覆盖层，此时采用大功率搅吸泵为主，小功率搅吸泵为辅的吸泥设备配置吸泥效果明显，围堰下沉速度较为理想。对大型围堰吸泥下沉前期，需要事先做好各吸泥、除土设备的位置布置，确保吸泥点位布置合理，使围堰能实现整体同步、均匀下沉。搅吸泵布置时要确保距离刃脚一定距离，避免导致该侧刃脚下沉过快，形成围堰不均匀下沉。围堰下沉过程要控制好下沉速度，便于围堰姿态控制。

（2）粘土及硬塑性粘土层

围堰下沉过程中，刃脚部位土层会受土层性质不均匀或局部板结、粘性变化等影响难以下沉。采用潜水员水下高压射水配合清理刃脚部位土层，启用空气吸泥机对搅吸泵吸泥盲区进行清理，可有效提高下沉效率。

刃脚穿越粘土层时，采用配备螺旋钻头的搅吸泵松动粘土层，再更换花刀钻头搅碎粘土吸泥出渣。刃脚部位泥、土采用改装的带转角的搅吸泵吸除。

当刃脚处为硬塑性粘性土层时，围堰下沉速速度明显降低，仅仅依靠围堰自重或压重入土难度大。在围堰平台拼装前，利用钻孔平台，通过配备螺旋钻头的旋挖钻机对刃脚处土层进行搅动、破坏，使刃脚附近土层松动，便于围堰下沉。

针对围堰内板结严重、强度较高的硬塑性土层，优先考虑采用长臂挖掘机除土；在其除土效率不高的情况下，将旋挖钻机吊入围堰施钻，在硬塑性粘土层中钻孔，形成多个柱状空腔，再采用伸缩臂挖掘机开挖、松动土层，最后再用长臂挖掘机挖除、清除土体。在板结或胶结严重的土层吸泥时，增加射水措施可提高吸泥效率，提升围堰下沉效率。

深茂铁路潭江特大桥主桥施工时，采用增设反循环钻机分区吸泥，对围堰内胶结的粘土层吸泥也取得了较好效果。

（3）砂层、砂卵石层

对于砂层、含砾中粗砂层、胶结不强的砂卵石层，采用空气吸泥机效果较好；当遇到较强胶结的卵石层时，增加高压射水措施后，吸泥除土效果也较为理想。

4.基底清理

在钢围堰距离设计标高大约2m左右时，需要加强对基底地质情况的核查，严格控制好基底吸泥工序。接近设计高程时，开始进行基底清理工序，对堰内基坑高程及虚土进行清理。土层范围钢围堰内吸泥顺序为先中间，后周边，通过对称、均衡取土，使基坑底大致形成锅底状。结合围堰顶部高程变化情况，及时对坑底高程进行测设，为后续除土、吸泥提供参考。

围堰沉降稳定并到达设计标高后，采用型钢将钢围堰与钢护筒焊接固定牢固，开始进行基底清理。围堰内基坑土体清理主要依靠水下搅拌器搅松泥土、吸砂泵进行。基底清理完成后，需对整个基坑面高程进行测量，并绘制测量地形图。确认基底标高满足设计要求后，由潜水员对围堰内壁及护筒外壁进行清理，铺设并整平碎石垫层，为后续封底混凝土施工做准备。

四、注意事项

1.施工前河床情况核查

在围堰施工前，应先对围堰范围内的实际地质、水下填埋物等情况进行现场核查，确保充分掌握围堰范围河床情况。现场核查除查看施工图、勘察资料外，更要注意现场复勘资料，通过雷达扫描或潜水员潜水实地调查获得准确河床情况，这对确保后续围堰施工按计划开展尤为重要。

根据现场实际地质核查情况，在钢栈桥、钻孔平台等临时措施设计时，应充分地考虑为后续可能采取的措施预留施工空间。比如，需对刃脚部位土体进行松动作业时，应在栈桥或作业平台间预留足够空间，满足后续钻机操作需要。

2.做好围堰下沉过程的姿态调整

围堰着床进入覆盖层后，随着沉入深度的加大，围堰高程、垂直度等姿态的调整难度也随之加大。故在围堰下沉过程中，需加强对围堰尤其底口位置的监控。结合现场实际情况，利用定位导向装置，葫芦、千斤顶等外力手段，通过对刃脚处不均匀吸泥，压重等的控制，过程中及时调整、消除围堰位置偏差。当出现超预期的围堰偏差时，需及时分析原因，通过实地水下勘察确认后采取针对性措施将围堰姿态调整到规定位置。

3.围堰区河床面处理

保持围堰四周刃脚部位能同步入土，利于围堰下沉控制。当围堰区高差过大，条件具备时可先将河床面尽量清理平整；对于仅靠围堰自重较难下沉的硬塑性粘土层，可先对刃脚部位对应河床位置进行挖槽或扰动处理。

对于岩层基础地段，可采用钻机在围堰底部位置施作沟槽，便于刃脚能整体同步、均匀下沉。

河床为裸露的倾斜岩面时，视情况可先采用片石找平，也可先采用水下爆破开挖，将岩面大致开挖平整后再开展围堰下沉作业。

4.吸泥作业

对围堰范围内进行吸泥前，先通过电磁铁、潜水员打捞等手段对围堰内的施工散落物等杂物进行清理，避免损毁搅吸设备。

在对围堰内存在建渣地段吸泥时，空气吸泥机能将部分建渣吸出，但受管径影响，部分大粒径建渣无法有效清除。通过加大吸泥管径，增加供风压力，并在吸泥管前端增设过滤隔断，可有效提高大粒径建渣吸除效率。吸泥时，管口距泥面距离与泥渣粒径、管口直径等因素都有关系，距离太小易堵管，过大则吸泥效率较低，需根据不同的地质情况、设备配置等具体情况试验确定。同时，吸泥时利用吊装设备摆动吸泥管，能有效提高吸泥效率。吸泥过程应注意管口与刃脚保持一定距离，并做好围堰是否均匀下沉的过程监测。

五、结语

跨淮河特大桥主墩钢围堰在施工前，通过围堰区现场核查，对存在的基坑偏载、坑底高差、建渣等杂填物进行处置，提前对刃脚部位板结或粘性土层进行松动；钢围堰下沉过程中，根据不同覆盖层地质特性，采取不同技术措施，较好地完成了钢围堰的下沉、定位施工，实现了钢围堰施工的安全、质量、工期目标，为类似施工提供了较好的借鉴。