钢围堰施工技术在桥梁施工中的应用

左肯

（吉安市公路建设和养护中心安福分中心，江西 安福 343200）

0 引言

钢围堰施工技术具备防水性好、操作方便、安全性能高的特点，因涉水桥梁基础工程施工环境比较恶劣，所以施工单位必须要将钢围堰技术应用落实到实践中，提高桥梁工程的整体质量，同时对该技术在桥梁工程项目中的应用过程进行全面分析，了解该技术的应用机理，掌握施工过程要点，从而推动工程项目的开展。

1 工程背景

1.1 工程概况

某桥梁项目跨越水域，为1 联(74 ＋120 ＋74)m 连续箱梁，桥梁1#柱墩承台在水道航道内。基础结构为钻孔桩的形式，设计为20 根直径1.5m 的桩体性能，承台结构底部标高设计为-12.187m。

1.2 水文条件和通航要求

工程建设的地质环境状况分析,该桥梁项目的主桥结构周边分部的河床宽度尺寸为1650m 左右，其中河床最为薄弱的地方处于主桥结构的北侧，厚度尺寸为8m，主桥埋设的位置上在I 级阶地及II 级阶地，第四系覆盖层结构的厚度为24m 左右，按照各个岩石的松软程度进行分析，其中杂色砾岩主要是软、紫色细砂岩的形式，其强度性能较低，其他结构部分的岩石松软度比较高，这种软弱度较高的岩石，受外部作用力后会发生较大的变形，承载性能较差。另外，在桥梁的主桥建设的区域内，其河床岩石结构的变形较小，同时内部还有裂隙、没有关联的断裂层的部分。在整个主桥区域内岩石结构有着较高的完整性，其建设施工中主要存在下述地质问题：桥梁基础结构稳定性受到北侧河流冲刷的影响比较大，上部存在黏土质粉土、疏松砂岩对于桥梁桩基础结构会产生一定影响，在施工中施工单位要做好这一方面因素的控制。此外，在该桥梁的主桥施工范围内为负地形的形式，高程变化范围处于-0.3～6m 之间，其中，最低位置上高程为-23m。主桥施工建设粉细砂岩是墩基桩端的承载结构部分，其占比为85%。经过现场勘察分析，该桥梁跨越河道为V 级航道，季节性的影响比较大，基本水位为1.5m 左右，正常的水深为6～11m，百年一遇洪水的水位为6.02m，设计通航水位为+5.262m。选择应用单孔双向通航的方式设计，通航的跨径尺寸为120m。通航部位的尺寸设定为净宽度为109m，净高度设定为8m[1]。

2 钢围堰设计

钢围堰结构在设计中，主要包含侧板、导向支撑、下放就位等，在具体的设计中应遵循如下标准和要求。

2.1 总体结构设计

双壁钢围堰结构设计为圆形的结构形式，经过计算和分析后，确定其内径22.2m、外径24.6m，内外壁的间隔距离设定为1.2m。钢围堰的顶部标高尺寸为+3.5m，整体的标高尺寸达到20.317m，总结分为四个节段连接形成整体的结构。在环向上，设计为8段，根据45o的形式进行设置，以保证其结构的性能符合要求。

2.1.1 主龙骨和面板

钢围堰的结构总计包含外侧两层钢壁的结构形式，钢材的材质为Q235，内外壁钢材的厚度为8mm。沿着该围堰结构的外表面总计需要布置192 根角钢作为主龙骨结构，其可以达到总体结构性能标准。在钢围堰结构设计中，主龙骨部分应用的是I10 工字钢，在钢围堰结构的高度方向上需要间隔1m 设置一道。在内部的横、竖向的方向上需要使用角钢结构，从而达到结构的总体性能标准要求[2]。

2.1.2 隔仓

隔仓结构设置的目的就是直接给内部进行注水或者注入混凝土材料，以确保钢围堰悬浮部分达到稳定性的标准，因此需要工作人员做好下沉的调节处理工作，根据需要调整高差，以达到设计标准的要求。64#墩钢围堰结构在环向采用8 块制作成为整体的结构，单块围堰需要在端头的部位上设置隔仓板的结构，平面上各个仓不是连通的。每个隔仓结构的壁厚设定为10mm，同时还要保证上下是贯通的，左右方向上做好封闭处理，达到密封性效果。

2.1.3 刃脚

钢围堰在最底部的位置上需要制作高刃角，其尺寸为150cm。

2.2 设计荷载及工况

荷载设计的环节，工作人员要从水平、垂直的方向分析，综合多个方面分析后，确定荷载是满足实际运行的，同时还要做好工况的分析，此次工程比较特殊，总计包含下述几个方面的工况形式。施工过程中共分为三个工况：

2.2.1 工况一，首节5.267m 钢围堰下放，然后需要在内部进行混凝土材料的注入施工，直接制作高度为1.5m 的结构，且设定围堰底部标高为+0.233m，没有着床。

2.2.2 工况二，进行第2 节施工，其长度为5.02m，在内部注入水，达到5m 的高度，围堰标高尺寸为-4.787m，没有着床。

2.2.3 工况三，再进行第3 节施工，长度为8.02m，钢围堰结构内部的隔仓中，需要填充高度为4.5m 的混凝土，且内部应用吸泥抓土施工，直接到河床以下-9.807m 的部位上，进入河床内部5.007m 的深度。

2.3 钢围堰水平桁架

水平桁架结构设计应力最大为66.5MPa，其横向结构部分的长细比为65.4，经过检测和国家标准对比，该设计内容符合工程的运行标准。

3 钢围堰施工关键技术

3.1 清理河床

要想使得钢围堰的下沉尺寸符合工程要求，避免在下沉发生环节因为河床面平整度不足而导致出现偏移情况，钢围堰拼装下沉之前工作人员要进行河床的清理处理。在清理时，将围堰结构的尺寸向外扩2m 的尺寸，深度则直接进入封底位置上。按照河床地质资料分析的结果，64#墩河床到封底位置上分布着砂层、粉质黏土等，此时抓泥量为6650m3。根据河床的地质条件，该工程应用双壁钢围堰下沉进行清理的方法，确保清理施工的速度和效率符合要求。

3.2 钢围堰下沉

3.2.1 底节钢围堰下沉

在水道水流稳定性较高的情况下进行钢围堰的下沉施工，现场需要配置16 个使用良好的10t 手拉葫芦，拼装结束后将底节钢围堰吊装到门架上，现场统一进行指挥，同时拉动手拉葫芦，让围堰在导向系统的控制下直接进入水下空间中。钢围堰的下沉方式应用的是为隔仓内注水的方法，此时需要做好水量的调节和控制，确保其围堰达到平稳性的要求。在围堰下沉到规定高度之后，停止注水操作，并且临时进行钢围堰的锚固施工，避免受到水的冲击力、风力的作用发生偏移问题，保证施工的精度合格。

3.2.2 第2、3、4 节钢围堰下沉

底节围堰下沉作业之后，吊装第2 节钢围堰结构到底节钢围堰上进行安装施工，吊装结束后采取对称下水的方式施工，保证钢围堰逐步下沉到底部，同时在下沉时工作人员要做好各个环节荷载参数的平衡设置，确保其达到竖直状态。第3、4 节钢围堰下沉到该位置后，直接进入河床底部，该环节需要通过吸泥以及注水的方法联合灌注混凝土施工方式同时施工。下沉阶段，因为河床没有及时进行清理处理，或者由于河流的持续性作用，会导致内部重新发生涌砂的问题，进而使河床受到影响，中心和蹲位中心发生偏差，超出钢围堰高度1/50 就确定为不合格。

钢围堰的刃脚部分设计为楔形的结构形式，为了防止刃脚进入河床内部产生土层的摩阻力以及刃脚抗力过大而产生损坏问题、钢围堰漏水问题，工作人员需要对刃脚部分应用厚度为10mm 的钢板进行加固施工。在钢围堰着床之后，刃脚部位直接灌入C30 混凝土，保证刚度、水密性符合要求。下沉阶段，如果阻力超出标准，则会导致下沉受到影响，因此需要在内部注入混凝土，提高下沉的效果[3]。

3.3 钢围堰终沉

在该施工阶段，特别是在刃脚的位置下沉到设计标高1m 之后，需要做好吸泥的数量和速度的控制，随时监测下沉的趋势，保证高程被有效控制。在钢围堰的4 个控制点设定的高差不足20mm 的情况下，应该及时做好各个隔仓的吸泥速度控制，保证其下沉正常且没有发生偏移问题。钢围堰刃脚踏面标高符合设计要求后，需要及时停止吸泥，并且持续性观测8h，下沉超过10mm 的情况下，终沉符合要求。

3.4 灌注水下混凝土封底

要想使得封底混凝土和钢围堰内侧、钢护筒周边的握裹力符合要求，在进行水下混凝土的灌注作业前，应该做好清淤、找平等处理，然后利用吸泥的方式把围堰覆盖层拆除。对于河床的部位进行清淤、找平处理，然后进行封底混凝土灌注施工，其厚度为2.5m，同时还要设置0.5 的找平层结构。导管作业半径根据3m 进行设置，其使用范围要根据混凝土灌注施工范围进行控制。封底混凝土浇筑结束后，强度超过90%后就可以进行钢围堰抽水施工，不能选择一次抽完的方式，要在抽水的同时观测围堰壁结构的变形状况，如果超出一定范围，应该及时停止作业并且加强防护，以免产生严重的质量问题[4]。

3.5 拆除钢板

正式拆除钢板工作之前，应该从上到下逐步进行钢围堰的拆除施工且要灌入水，在围堰结构内水位超出规定水位1～1.5m 的情况下，达到内外水压平衡性的要求，此时就会消除压力的作用，保证混凝土与钢板的局部位置完成脱离。

与此同时，可以使下游的位置上应用比较容易的拔出的钢板桩结构，轻微敲击振动，拔高1～2m 的高度，并逐一使用相同的方式将剩余钢板桩拔高处理，保证其得到松动性反应，再根据下游到上游的顺序逐步进行钢板桩的拔出处理。

如果桩体的锁口部位上出现变形或者桩尖的弯卷问题，则应该适当增加拔桩力，也可以直接进行水下割桩处理。拔桩的环节，首先是将钢板桩和导梁的连接部位切割掉，然后将其灌入围岩结构内，并且在围堰超出水位约1～1.5m 左右，达到内外压力相同的效果，实现桩体结构的分离处理。拔出的钢板桩需要搬运到其他位置，此时要做到动作轻柔，不会因为过于剧烈而产生结构损坏问题，保证钢板桩可以后续使用。

4 钢板桩施工质量控制措施

4.1 人员控制

组建高水平的施工团队，管理者具备较高的管理能力，结构符合科学性要求，钢板桩的施工团队的总体效果良好，能够满足钢板桩的施工要求，符合工程的质量标准要求。

4.2 材料控制

在施工开始前，要全面检查好钢板桩、钢管桩等材料，垂直度、弯曲度等符合标准要求，各个桩体结构经过检测合格，如果有不合格的情况，则需要及时采取措施处理，禁止直接投入工程中使用。同时，还要检查桩身有没有裂缝或者损伤的问题，有没有存在油污、锈蚀等质量问题。

4.2.1 锁口检查。使用长度为2m 左右相同型号、相同规格的钢板桩作为标准形式进行锁扣的检查，确保没有发生扭曲或者弯曲问题。

4.2.2 各个钢板桩的结构两侧锁口都是平行设置的。保证钢板桩的宽度设定在相同宽度规格范围内，主要检测措施就是使每一片钢板桩都能够达到运行要求，每一片相邻的结构差值都要限定在1cm 之内，如果超出规定的尺寸要求，则禁止投入工程使用。

4.2.3 对于其他方面进行检查，比如残损、残缺、锈皮、卷曲等问题，选择合适的处理措施，达到正常应用标准。

4.3 钢板桩倾斜度控制

4.3.1 打板机设备的平台达到稳定性标准，平台是平整设置的，施工环节沉降应符合工程要求，机身保持直立打入施工，且没有发生任何倾斜的问题。

4.3.2 钢板桩在淤泥地质条件下，如果挤压土质存在孤石或者障碍物无法完成挤压而发生偏斜的问题，此时应该将钢板桩提升1～2m 的高度，然后再打入施工，如此反复进行处理，可以将大块孤石等障碍物震碎或者进行偏移，实现纠正处理，防止发生偏斜问题。

4.3.3 钢板桩沿着轴线出现过大倾斜的情况，需要使用异形桩进行纠正处理，通常使用的是上宽下窄或者相同宽度的板桩结构，根据倾斜的尺寸焊接形成特殊的形式，以达到补充桩体的效果。

4.3.4 如果沿着钢板桩的轴线存在偏移过于严重的情况，应该通过异形柱进行调整处理。一般情况下，异形桩主要是分为宽度大于或者小于标准宽度的形式，再或者可以使用上宽下窄的形式，这就需要在实际中根据倾斜的尺寸制作特殊的桩体形式。如果桩体倾斜度较小，工作人员可以利用手拉葫芦或者卷扬机的方式进行打入施工，结合具体情况做好处理工作，保证锁口连接性能合格，以减小阻力作用。

5 结语

综上所述，桥梁施工中，应用钢围堰施工方式可以提高桥梁施工的效率和速度，满足桥梁工程的运行标准。基于此，在桥梁深水基础应用双壁钢围堰的施工方式，设计人员需考虑现场的具体情况，做好数据参数的计算，提高结构设计水平，保证各个部分的设计参数合格，达到施工的质量标准要求，从而进一步提高施工的效益和水平，完全满足工程的运行标准，对于工程的应用效果提升起到积极的推动作用，为我国桥梁事业的全面发展奠定基础。