深淤泥层桥梁承台钢围堰循环抽水法开挖施工技术研究分析

沈有兴

（广东省建筑工程机械施工有限公司 广州 510500）

0 引言

目前承台常用施工方法有套箱围堰施工法、填土围堰放坡开挖法及钢围堰挖掘法等。但在深淤泥层的沿海边地区，每天涨潮退潮的水位高差平均达1.0 m。放坡开挖不适用，套箱施工成本过高，钢围堰挖掘法会造成淤泥翻涌，严重时支撑变形，钢板桩倾斜，存在严重的安全隐患［1］。为解决以上问题，选用钢围堰循环抽水法施工，利用内外水平衡的稳定钢板压力，运用抽水循环把淤泥及碎石块抽离到桩底标高下1 m，而后均匀沉入一层沙袋，再浇筑水下混凝土封底。待封底混凝土强度达到85%后可以抽干钢围堰的水，对影响到承台施工的部位局部清理整平，即可进行破除桩头及承台的钢筋绑扎、支模、浇筑等工序。由于封底混凝土达到要求强度，钢围堰内外受力稳定，不会出现底泥翻涌现象，大大提高了施工安全系数［2］。

1 工程概况

某市政项目工程造价3.14亿元，工期800日历天，约2.4 km。施工内容主要为两条路及一座大桥，其中主桥采用跨径布置为5 m×25 m 的预应力混凝土连续箱梁桥，桥梁全长125 m，下部结构采用柱式墩和薄壁式桥台。其中1#、2#、3#为水中承台，承台顶标高为−1.5 m，淤泥层厚度为22.00～29.10 m 之间，常水位标高为1.0 m，大潮期水位标高为2.0 m。

2 深淤泥层桥梁承台钢围堰关键施工技术分析

2.1 钢围堰施工

采用18 m 拉森Ⅳ钢板桩支护，常态水位是0.5 m，涨退潮高差为1.0 m，所以钢板桩顶标高为2.0 m，承台底标高为−3.5 m。首先利用钢护筒作为固定连接支撑点，做第一道支撑后打入钢板桩［3］。为保障钢板桩围堰内外水平衡，需要在涨潮方向对面一侧钢板桩开窗，具体为在标高0.5 m 及0.2 m 位置各开一个窗口。保证水能流进钢围堰内部。待封底混凝土达到强度后封闭窗口，抽干围堰内水后进行第二道支撑施工。

2.2 循环抽水法施工

本项目采用132 kW 空压机、25 t汽车式起重机吊及直径为20 cm的七字型钢管配合施工。利用起重机不断移动钢管反插淤泥层。通过管底气管反向把淤泥碎石吹出钢围堰外面［4］。把整个围堰内的淤泥碎石抽离到标高为−0.45 m 处停止，利用做好标记的长竹竿测量标高。

2.3 承台封底施工

根据承台面积大小准备好沙袋，按8个/m2沙袋均匀沉入承台底。水下混凝土采用竖管法浇筑，汽车式起重机配合移动。封底混凝土约60 cm 厚［5］。待混凝土强度达到85%后，封闭钢板桩进水窗口。抽干钢围堰内水，对局部封底混凝土整平达到设计标高后进行桩头的凿除工作。

3 循环抽水法施工技术分析

3.1 第一道钢支撑施工

冲孔灌注桩钢护筒作为临时支撑点，钢支撑围檩为双拼H型钢，单榀尺寸为HW 400 mm×400 mm×13 mm×21 mm 做第一道支护及角撑。25 t汽车式起重机配合施工。

钢支撑的材料为Q 235−B，钢管采用DN 600 mm，壁厚12 mm 的钢管；钢围檩、临时立柱的钢板和型钢材质应符合《普通碳素钢结构技术条件：GB 799—2006》的规定，并符合国家标准的出厂证明书。同层钢支撑中心标高偏差不得大于30 mm，支撑水平轴线偏差不得大于10 mm，支撑构件两端的标高差不得大于20 mm。施工过程中钢支撑不得作用施工荷载。焊条用电弧焊接Q 235−B钢板和HPB 300钢筋时采用E 43焊条，焊接HRB 400钢筋时采用E 50焊条。焊接熔敷金属的化学成分和力学性能应符合现行国家标准《碳钢焊条：GB/T 5117—1995》和《低合金钢焊条：GB/T 5118—1995》的规定。

3.2 钢板桩打设

3.2.1 为保证钢板桩打设精度采用屏风式打入法

轻轻锤击桩帽，可用卡板设置减轻位移。同时应用卡尺随时测量打卡进度，避免施工过程精度不准［6］。

3.2.2 钢板桩的转角和封闭合拢

由于板桩墙的长度不是钢板桩标准宽度的整数倍，会给板桩墙的最终封闭合拢带来困难，本次施工采用轴线修整法解决。轴线修整法通过对板桩墙闭合轴线设计长度和位置的调整，实现封闭合拢，封闭合拢处最好选在短边的角部。

3.3 钢板桩开窗及进水

为保障钢板桩围堰内外水平衡，在涨潮方向对面一侧钢板桩开窗，具体为在标高0.5 m 及0.2 m 位置各开一个窗口［7］，保证水能流进钢围堰内部，窗口尺寸为25 cm×25 cm。

在施工当天退潮至最低水位时，用潜水泵把钢围堰内水位抽到标高为0.0 m，即可进行开窗。

3.4 循环抽水施工

3.4.1 主要设备

空压机采用132 kW 空压机，如图1 所示。使用25 t汽车式起重机起吊，直径φ219×8七字型钢管配合施工，根据施工现场设备情况，也可以用50 t汽车式履带吊。七字型钢管横向为4 m，竖向为10 m［8］。

图1 132 kW空压机Fig.1 132 kW Air Compressor

3.4.2 施工顺序

空压机气管沿着竖向钢管，从上而下固定在钢管上，气管出气口在弯曲向上固定在钢管下端口。竖向钢管自下而上6.5 m处做标记，作为参考标高。

3.4.3 施工过程

发动空压机后，利用自下而上的空气压力，把水中的淤泥及碎石通过钢管带到钢围堰外。起重机配合移动钢管，不断上下反插，上下移动约50 cm。自上而下，分级把围堰内淤泥及碎石抽到围堰外。每级高度为1.0 m，直到设计标高。

3.4.4 注意事项

⑴空压机功率较大，施工现场箱变一般为400～600 kW，需要规划好用电需求，以免相互影响施工。

⑵当出现突然喷浆量持续变小后，多为比钢管内径更大的石块卡口，需要停机，起重机上下移动，把大块碎石打进更深的淤泥层，或者移动位置继续施工，施工过程如图2所示。

图2 循环抽水施工Fig.2 Circular Pumping Construction

⑶施工离设计标高还有1.0 m 时，需要准备好经过计算的沙袋数量，以及联系商品混凝土站准备供应水下混凝土。

3.5 沉入沙袋

3.5.1 沙袋制作

沙袋制作采用装重25 kg，尺寸为45 cm×75 cm 的塑料编织袋，装满沙子或者黏土，开口用铁丝绑扎结实，不漏口。沙袋制作如图3所示。

图3 沙袋制作Fig.3 Sandbag Making

3.5.2 沙袋的沉入

你知道铅笔杆上的H、B记号是什么意思吗？原来，铅笔芯的硬度是由黏土和石墨的混合比例决定的。黏土的比例较大时，铅笔芯就会比较硬，写出的字迹也比较淡。标在铅笔杆上的H、B记号就表示铅笔芯的硬度和笔迹的浓度：H是Hard（硬），B是Black（黑）。H前面的数字越大，表示这支铅笔的笔芯越硬，写出的字迹就越淡；B前面的数字越大，表示铅笔芯越软，写出的字迹就越黑。

在第一道钢支撑内搭设临时通道，按8个/m2沙袋的数量人工放入围堰内。均匀性检查采用带标记长线，低端配重锤，人工放入水下触碰，刻度标记在从低端竖向向上6.1 m 处。参照钢板桩上预留标高点，控制标高。如触碰到面积较大的淤泥处，重新沉入沙袋，直到没有触碰到淤泥层为止。

3.6 水下混凝土浇筑

3.6.1 混凝土选择

水下浇筑采用C30 商品混凝土，混凝土采用泵车泵送，25 t汽车式起重机配合施工。

3.6.2 混凝土浇筑

水下混凝土采用竖管法浇筑，导管直径为25 cm，每节长2.0 m，安装4 导管。25 t 汽车式起重机起吊漏斗，“Z”字型来回行走，混凝土输送泵车导管跟随泵送［9］。人工跟随检查，拿带标记的长竹竿插入水下复核浇筑标高，直到整个围堰内水下混凝土浇筑完成，如图4所示。

图4 水下混凝土浇筑Fig.4 Underwater Concrete Pouring

3.6.3 浇筑过程注意事项

在浇筑过程中注意钢导管移动不能过快，拔高不能过大，以免钢导管拔离混凝土内部，造成导管进水现象。浇筑过程中制作标养试块，以验证封底混凝土强度。

3.7 钢板桩封窗及抽水

3.8 施工要点

⑴先用高压水枪清理两道钢支撑残留的淤泥，碎石等杂物，以免在后续施工中坠落伤人，清除安全隐患［10］。

⑵用高压水枪冲洗承台底淤泥碎石，利用循环抽水施工法将承台底淤泥碎石抽到围堰外部。

⑶测量承台底标高，在钢板桩上划出红漆标识标高。放出承台坐标，对承台范围内封底测量，凿除过高位置的封底层，对过低的位置浇筑混凝土提升标高。对承台坐标范围内进行整平修整。施工完毕后进行下一个桩头破除的工序。

4 质量控制

4.1 钢板桩及围檩质量要求

当钢板桩与围檩两者之间间隙较小时，直接用钢板将两者之间间隙焊接填满，当两者之间间隙较大时，用长度适中的H 型钢两端焊接在钢板桩和围檩上作为支撑传力件，围檩不能弯弯曲曲，并且钢板桩也不能由于没和围檩接触受力而倾斜。焊接坡口及焊缝两侧20 mm 区域内的氧化皮、脏物、油污等全部清理干净，直至见到金属光泽方能施焊，施焊过程中严禁使用潮湿的焊条，焊工根据施工工艺选择正确的焊条、焊流，焊接过程中应注意起弧和收弧质量，控制焊接速度不要太快，以保证焊接质量［11］。

4.2 水下混凝土强度质量要求

为保证安全，混凝土浇筑时，标准养护试块制作，要满足《水电水利工程水下混凝土施工规范：DL/T 5309——2013》要求，混凝土取样时应随机从同一运输车卸料量的1/4～3/4 之间抽取，同条件养护试件，应由各方在混凝土浇筑入模处监督取样。试件的制作取样或拌制好的混凝土拌合物，应至少用铁锹再来回拌合3次。

5 国内外同类技术相比较

国内外现阶段浅淤泥层桥梁承台施工，主要采用钢围堰长臂挖掘机开挖法，采用两台长臂挖掘机双向同时施工，以缩短开挖工作时间。土质稍好一些的，直接全断面开挖到设计标高。对流塑状淤泥采取全断面开挖到设计标高后，马上进行混凝土封底，养护7 d 后，再进行下个断面开挖，并浇筑封底混凝土，施工工期较长。

以上方法对于深淤泥层的桥梁承台施工不适用，由于流塑淤泥翻涌的速度过快，无法开挖到设计标高，就无法进行混凝土浇筑施工。若采取先注浆改善土质或者搅拌桩硬化，无疑大大增加成本，使业主变更增加投资或者是施工单位自行增加成本双方都很难接受。套箱围堰施工，除了套箱成本高之外，还要增加许多起重设备台班费用，也是一个高成本的做法。填土围堰放坡开挖法的前提条件也需硬化基底土质，才有足够的强度保障基坑不坍塌，且在水中的部分承台根本无法放坡开挖，近岸边的承台可以填土围堰放坡开挖，也需要大量的土石方，施工完成后还要清理所填土石方，所造成的费用同样巨大，对深淤泥层的桥梁承台不适用［12］。综上所述，采用以上工法造成了前期的深淤泥层桥梁承台施工，从设计层面就要增加改善土质的费用，或者套箱围堰所用的措施费，都不利于于合理降低项目的总投资，不利于项目的效益最大化。

6 结语

深淤泥层桥梁承台施工，采用钢围堰循环抽水法，能有效地保障作业环境，确保安全生产。由于大桥项目在使用钢围堰循环抽水法施工中，使用了新的施工技术和工艺，不但大大缩短了施工工期，还有效节约了施工的成本。每个承台节约钢板桩租赁费5万元，5 个承台合计节约25 万元。节约挖掘机台班费约23 万元。减少窝工损失、节约管理费等约10 万元。综合节约成本58万元。