一种新型围堰在旧桥基础加固工程中的应用

陈伟坚，揭典民，王龙辉

（1、广东建科建筑工程技术开发有限公司 广州 510500；2、广东省建科建筑设计院有限公司 广州 510010）

0 引言

对水中环境的桥墩、承台或基础进行维修加固时，施工过程中通常需要考虑围堰降水。目前常用的施工围堰分为土石围堰［1-2］、板桩围堰［3-5］和套箱围堰［6-8］等3类。土石围堰的修建具有操作简单、无需使用大型设备的优点，但适用范围小、工人劳动强度大，经济性低，尤其施工区域水深较大时，例如水深3.0 m以上，土围堰或竹笼片石围堰的施工工期长、工人劳动强度很大，围堰的功效低，对周边水体影响大，安全性和止水效果没有保障。板桩围堰可用于深水环境，但常用的钢板桩围堰施工工艺都很复杂、造价高昂。套箱围堰一般是在加工工厂分块定制，然后运到现场，再分块拼装成一个整体，最后整体下沉定位到施工现场。工作过程中，不但需要大型起吊设备，并且存在难以精确下沉定位的问题，经常受到多种因素的制约。程伊彪等人［9］在广州海珠桥中墩基础改造工程中设计了一种分体式双壁钢围堰。该围堰由2个U形半体拼装而成，虽然解决了没法使用大型起重设备的难题，拼接效率也大大提高，但还是避免不了需要运输浮船托运的问题。

相对于新建桥的水下围堰工程，旧桥下部结构维修加固的围堰工程往往伴随着旧桥下净空不足、桥梁上部结构承载能力不足、缺失原始设计资料和施工工期紧复杂等施工约束条件［9-10］。特别是处于景区区域的围堰工程，往往还会遇到运输浮船吃水深度不够、施工区域水较深（约4.0 m）、对施工区域水体环境要求高以及大型机械设备（如压桩机、钻孔机等）无法进场辅助施工等问题，常用的施工围堰均无法满足施工条件要求。

为了解决上述问题，本文提出了一种由钢管支架和钢板组合而成的新型围堰。该类围堰目前已应用在广东省肇庆市某桥局部维修加固工程当中，取得了良好的经济效益和社会效益。

1 工程应用

下面以肇庆市某桥局部维修加固工程为实例对该新型围堰进行介绍。

1.1 工程概况

某桥位于肇庆市某景区入口处，跨越湖泊。全桥总长160.9 m，桥面全宽11.8 m，桥下水深为1.5～4.0 m左右。桥梁与道路正交，桥面铺装为混凝土，桥梁的结构形式为连续拱桥，桥墩为浆砌石结构。由于1#、2#桥墩的浆砌石突然脱空、塌落（见图1）造成了桥面下沉严重，业主单位随即对该桥进行了全桥交通全封闭处理，并委托有资质的检测单位出具了《肇庆某桥检测项目检测报告》。检测报告显示该桥技术状况等级评定为E 级（危险状态），按照《城市桥梁养护技术标准：CJJ 99—2017》［11］要求，急需进行维修加固处理。

图1 桥墩脱空状况Fig.1 The Void Beneath Bridge Pier

本项目由于砌石桥墩破损程度较大不适合采用“湿法加大截面”对桥墩进行加固，因此采取了对桥墩围堰降水后再进行“干法加大截面”的加固处理方案。但是，此方案对桥墩围堰降水时遇到了以下问题：

⑴由于该桥处于危险状况（桥面交通禁行）、湖水深度不满足大型货船的吃水深度、桥下净空不够等因素，大型设备根本无法从桥面或水域进入施工区域，因此，该项目无法采用钢板桩围堰或双壁钢围堰；

⑵由于该桥位于市中心景区内，该项目如果采用堆砌式围堰，围堰工程量大，工期长，对湖水扰动大，影响景区美观，并且由于大型机械无法进入施工区域，围堰的拆除清理也是一个难题。

由于传统的围堰方式在本项目中都不适用，因此提出了一种由钢管支架和钢板组合而成的新型围堰。

1.2 新型围堰

新型围堰由脚手架式支架体系、围堰壁板和沙袋等部件组成，是由围堰壁板围绕脚手架式支架体系外侧拼接构成的止水结构，其三维示意图如图2 所示。本项目的施工围堰平面示意图如图3所示。易于搭设拆解的脚手架式支架体系作为该围堰的结构主体，由横杆、竖杆和剪刀撑等钢管和扣件组成。围堰壁板由止水钢板和止水塑料布组成。其中，止水钢板的内侧设有加强肋，增强止水钢板整体稳定性（见图4）。同时为加强止水效果，止水钢板的外侧铺设止水塑料布。止水塑料布上端绑扎固定在脚手架式支架体系的竖杆上，下端通过沙袋固定，如图5所示。沙袋堆积于围堰壁板的底部两侧，用于稳固整体的结构体系，避免降水后底部淤泥或泥沙等软质土体发生向围堰内的移动而使围堰发生渗漏、管涌等问题。本项目围堰的搭设效果如图6所示。

图2 新型围堰三维示意图Fig.2 Three-dimensional Schematic Diagram of a Novel Cofferdam

图3 围堰平面示意图Fig.3 Schematic Plan View of Cofferdam

图4 加肋止水钢板Fig.4 Ribbed Water-stop Steel Plate

图5 止水塑料布布置Fig.5 The Layout of Water-stop Plastic Cloth

图6 围堰搭设效果Fig.6 Cofferdam Erection Effect

1.3 理论计算

新型围堰体系中的外侧竖杆和止水钢板为水压力传力构件，横杆为主要受力构件。新型围堰可简化为对称受压力学模型，可按钢管脚手架体系进行设计验算。验算的内容包括围堰体系最外层竖杆的强度和刚度验算、围堰体系最外层横杆的强度和刚度验算、扣件抗滑移验算和围堰体系内部横杆的稳定性验算。本工程理论计算的结果如表1所示。由表1结果可知，所有验算内容的设计值均低于限值，满足《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范：JGJ 130—2011》［12］的要求。

表1 理论计算结果Tab.1 Heoretical Calculation Results

1.4 施工工艺及注意事项

该围堰体系搭设工艺流程为施工准备➝测量放样➝脚手架式支架体系搭设➝止水钢板拼接安装➝止水塑料布和沙袋安装➝降水➝堵漏➝围堰区域施工➝围堰拆除。

该围堰体系应用过程中应注意以下事项：

⑴脚手架式支架体系可根据水深程度，调整竖杆沿围堰横向的间距和横杆沿水深方向的间距。横杆沿水深高度方向布置，布置要求为：最上面一排横杆需高于水面，以防止降水时竖杆和止水板向围堰外倾倒；最下面一排杆件可根据力学平衡计算结果与河床底保持一定间距，但从整体稳定性考虑，最下面两排杆件竖向间距不应太大。

⑵围堰内降水开始前、降水过程中应关注各杆件节点连接情况，如果发现节点松动应及时拧紧。

⑶ 为防止围堰杆件在拆除过程中发生安全事故，拆除的顺序应为“先搭后拆，后搭先拆”。

2 应用效果

新型围堰施工灵活简单，不需大型机械设备辅助，也不受施工区域净空限制，可以根据施工实际情况灵活调整，施工工期短，对周边环境影响较小，社会和环境效益好。脚手架式支架体系搭设用的钢制竖杆、横杆和剪刀支撑可重复利用，节约资源的同时能有效降低工程造价。

由于新型围堰在该桥局部维修加固工程中灵活运用，使得维修加固方案安全顺利完成，为该项目节约投资约40万元，施工工期提前约30 d。施工完成后的荷载试验结果表明，加固后的1#、2#桥跨满足汽-10级的使用要求。另外，该桥由于新型围堰的应用，在维修加固施工过程中仍能供游客和市民开放使用，没有耽误景区的正常运作，赢得业主和市民的一致好评。

3 结论

本文提出一种新型施工围堰结构，可以在水深较深（1.5～4.0 m）、水体环境要求高、大型机械无法进入、净空高度受限制的区域施工，结构稳定性、止水效果良好。对比板桩围堰法，该围堰方法不需大型机械设备辅助，也不受施工区域净空限制，可根据施工实际情况灵活使用，经济性好。与堆砌围堰法对比，该围堰方法适用范围更广，土石方量作业更少，拆除更简单，更环保。通过实际工程证明，钢管支架+钢板围堰是一种有效地围堰降水方法，为围堰降水提供了更有效的方法，具有大力推广应用的实际价值，争取早日形成一套标准工法，以供业界使用。