某高速公路大桥深水双壁钢围堰下沉施工技术要点分析

姜剑峰

（湖南路桥建设集团有限责任公司，湖南长沙 410000）

0 引言

随着高速公路和高速铁路的迅速发展，出现了大量的江河、湖泊和库区等深水区桥型。这些桥型因水文、地质情况的复杂性，大多采取了无底型双壁钢围堰的形式。但在施工过程中，由于地质和环境异常变化、施工工艺控制不当、施工经验不足、施工管理措施缺乏、预案不充分等诸多原因，在下沉过程中产生偏差，从而导致施工速度和后期施工环节受到不同程度的影响。以某湘江特大桥106主墩实际工程作为案例，介绍了在围堰施工过程中经常出现的几个难点和相应的处理措施，并提出了施工注意事项。

1 工程概况

1.1 设计概况

某高速公路大桥106主墩为分离式承台，承台分左右幅布置，双幅之间间距1.65m，单个承台尺寸为13.6m×13.6m×4.5m，采用C30 混凝土。在106主墩承台工程中，以无底型双壁钢围堰为挡水结构，承台模板为钢质围堰，内壁比承台外侧增大20cm，钢围堰壁护壁厚度为1.5m。 其外部钢围堰规格为长32.25m×宽17m×高22.39m，封底厚度3.5m，重量约570t。双壁钢围堰顶部标高为30.0m，钢围堰底部标高为7.61m。表1和图1为106主墩双壁钢围堰设计的结构形式。

表1 106#主墩双壁钢围堰总体设计参数表

图1 106#主墩双壁钢围堰总体设计平面示意图（单位：m）

1.2 地质及河床地貌

通过对该地区的地质勘查和钻井资料分析，发现该地区主要分布第四系全新统人工填土、淤泥质土、粉质黏土、砂层圆砾等，第四系更新统粉质黏土、砂层、碎石类土、胶结砂层等。

106主墩位处细砂层顶面标高为15.6m，厚度为6.18m；砾砂层顶面标高为9.42m，厚度为11.60m；细砂层顶面标高为-2.18m，厚度为1m；砾砂层顶面标高为-3.18m，厚度为10.10m。受河水冲刷影响，在106主墩承台施工区域，纵剖面自东向西呈递减趋势，河床标高范围为12.2～15.6m，高差约3.4m；横剖面自上游至下游呈递减趋势，河床标高范围为13.8～14.4m，高差约1m。 106主墩河床地貌图如图2所示。

图2 106#主墩河床地貌剖面图

2 方案概述

根据大桥现场的实际情况，围堰施工采用在墩位现场进行钢围堰拼装并下沉。在墩位处施工平台上，将刃脚及底节钢板围堰拼装完毕后，进行焊缝质量检测，安装导向桩，准备工作完成后开始下沉。根据围堰下沉情况及时接高和将混凝土注到围堰间，然后在水下进行着床。在墩位处施工平台上，安装2 台空气压缩机、吹砂管道、风管等，吹砂下沉。吹砂机具可采用Φ325 型号无缝钢管或导管。在围堰的内侧设置3个直径为Φ325 的吸泥机，用于排出围堰中的淤泥。在下沉过程中，做好测量观测，并及时进行围堰纠偏，确保施工质量及安全。

3 主要施工过程

3.1 围堰水中下沉

围堰底部安装完成后，着床前在水中漂浮。围堰在这个时期下沉比较容易，但更容易偏位，均匀注水到围堰间隔舱内，然后均衡注水并浇筑刃脚混凝土，围堰就能克服浮力下沉，保证围堰刃脚的精度。观测围堰的沉降情况，对围堰的高度、刃脚的高度、顶面的高度、水位的高度、围堰内外水头差、围堰舱壁内浇筑混凝土的厚度等数据进行详细的统计。在下沉过程中，要注意围堰顶需高出水面1m 以上。

3.2 围堰着床

围堰着床工作应尽量安排在水位低、流速小的时候进行。在河床清理平整后，在围堰的设计部位偏上游区域的一定范围，采用均匀的抛掷方式投入碎石，不仅可以减小河床的局部冲蚀，而且能使河床的底面平整，从而避免了后期的泥砂沉积，对围堰的着床有利；钢围堰着床之前，潜水人员在水中对河道进行细致的测量，采用空气压缩机进行吹拂，以减小水面高度的差异。为保证钢围堰的精确、顺利着床提供有利的环境。

围堰着床时，应首先进行注水下沉，当刃尖距河床高度0.5m 左右时，才能结束。采用吹砂设备进行河道平整，并适时进行均匀的注水下沉，使围堰整体漂浮。当围堰底部的水位变化到1m 左右时，马上开始启动多个水泵，将水流均匀地注入边壁，以便尽可能地让刃脚接触到河床。

钢围堰正式着床后，现场应加强对河床冲刷及围堰偏斜情况的检查，发现问题及时调整。

3.3 围堰吹砂下沉

围堰下沉采用空气压缩机及吹砂管进行吹砂的方式，其原理为：在吹砂管外安插2 根镀锌管，将高压空气分别送入吹砂管底及距管底2～3m 处，与吹砂管内泥浆混合；经充气后在吹砂管内产生低压区，连续充气，使吹砂管内外压差不断增大；当达到一定的压力差后，平衡被打破，泥砂在高压作用下从吹砂管内上返喷出。此种方式和采用泵机进行吸泥相比，操作更简便、效率更高、适用于更多种类型的地质情况。

围堰刃脚进入河床并浇筑刃脚混凝土后，布置空气压缩机、吹砂管道、进气管等，进行吹砂下沉。围堰吹砂下沉施工平面布置如图3所示。

图3 围堰吹砂下沉施工平面布置图

在覆盖层中，由于围堰自身的重力、舱内部的水压、混凝土自身重量等因素，能够使其与外壁及泥砂层之间的摩擦减少，通过吹砂减少刃尖下的阻力从而使其下沉。围堰吹砂下沉应按照先中间后四边、先高后低、及时纠偏的原则进行。围堰吹砂下沉对称布置3 个吹砂点，其中一个吹砂点布置在围堰中心区域，主要设备为3 台吊车、4 套空气压缩机及配套储气罐、3根吹砂管道、6 根进气管等。

吹砂首先在河床高程较高侧进行，待两侧高差为30～50cm，在围堰四周布置2 个吹砂点进行对称吹砂，在围堰中心布置1 个吹砂点。在下沉过程中，安排专人对围堰内外刃脚区进行测量，根据测量数据，适时移动吹砂机位置，吹砂机依靠平台上吊车进行移动。

在钢围堰下沉过程中，如发现下沉较困难，可派潜水员携高压水枪下潜至围堰内四周刃脚处，对刃脚下进行局部射水，刃脚处土体冲刷距刃尖50cm 为最佳，既可使围堰顺利下沉，也可保证围堰外不会涌砂至围堰内。

4 围堰下沉施工的控制要点

其一，围堰着床后，就进入了覆盖层的土体沉降施工。在施工前期，因填埋厚度较低，若在围堰内喷砂不匀，在不均衡的土体边受力情况下，极易发生倾角和变形，必须对围堰进行监测，掌握其沉降状况，及时纠正偏差。

其二，围堰调平后，在坡度不超过1%的情况下，喷砂器可以同时启动均匀地喷砂，使围堰的中央泥面低于刃脚泥面1～2m，形成锅底状，但必须确保刃尖处泥面比刃尖高，以免发生翻砂。每隔2h 对围堰的淤泥表面进行观测。根据实测资料，画出等高线，按照等高线图纸对喷砂位置进行调节，确保整个网箱内部呈均匀的平顶形状，以确保围堰中心的最低点低于刃脚最高处1～2m。

其三，当所有的围堰刃脚都处于河床的稳定水深时，依据围堰的沉陷速度向围堰舱内进行浇筑。为了防止围堰发生倾斜和位移，必须均匀地进行围堰的浇筑。

其四，围堰着床后，由于河床的断面被挤压，水流速度增加，容易造成下游河段的局部冲蚀，造成下游围堰底处的泥砂堆积，甚至造成围堰的倾角。所以，当出现涌砂现象时，必须及时停止工程施工，并在围堰外侧投掷砂包，以减小水流的冲击，并使围堰内外的水位达到均衡。同时对围堰内部的河床进行修整，确保其稳定性。

其五，定期测量堰顶水位，确保围堰内外水位均衡，如有任何不正常现象，应立即进行调节。

其六，对围堰下沉进行引导，做好施工记录，并将相关数据记录在专门的记录簿上，进行实时监测，了解其沉降的变化规律，如坡度、倾斜率、位移等，一旦出现异常，立即进行相应的调整。

5 围堰下沉纠偏纠斜及防涌砂措施

为了确保钢围堰的正常下沉，在下沉期间，应加大对其偏移的监测。通常在每隔0.5m 处观察一次平面的方位和垂直度，一旦出现倾角或偏差，应立即进行纠正。

偏侧取土法：在围堰沉降时，首先用吹砂机把砂粒从中心向周围分散，形成一个锅底的形状，这样可以保证围堰的整体沉降。如果发生偏移或者倾角，可以采用偏侧取土法，也就是在刃脚较高的一边吹砂，以实现纠偏。

偏载压重法：如果使用偏侧取土法仍然无法实现纠正，先了解刃脚所在的河床状况，如果刃脚底部有岩石或底部不平，则必须在水中清理。偏载压重法配合偏侧取土法多次运用，达到围堰纠偏的目的。

因为在围堰下沉过程中，抽水及其他施工极易造成河床扰动，涌砂。因此，在围堰下沉时，尤其是抽砂时，要及时向围堰内补水，保证堰内水位比堰外水位高0.5～1m。另外，在堰内抽砂时，要注意不要在刃脚处一次进尺太多，同时堰内河床均匀下降，否则容易造成翻砂和涌砂，导致围堰偏位。

6 结语

现阶段，我国在大跨度深水大桥的地基工程中，采用了大量的大型双壁钢围堰施工措施。大型双壁钢围堰的跨度结构大、重量大，易受水流的强烈干扰，并且工期较长，因此是工程建设中的一个难题。双壁钢围堰下沉也是围堰工程的一个重要环节。大桥在深水采用双壁钢围堰下沉施工的工程实践对其他工程有一定的借鉴作用。