關于廣雅大橋雙壁鋼圍堰方案與鋼吊箱圍堰方案比選論證

熊戈原

（柳州市城市投資建設發展有限公司，廣西 柳州 545001）

近年來，隨著我國公路建設的迅速發展，橋梁建設也取得了巨大成就。深水基礎是大跨度橋梁施工的關鍵，施工技術復雜，投入的船舶機具設備很多，對整個橋梁工程造價影響甚大。目前大跨度橋梁深水基礎多采用鉆孔灌注群樁基礎，由于基礎施工是在水下進行，受水位影響較大，且制約著承臺及上部結構的施工，因此選擇合適的施工方案非常重要。

因為每座橋梁所處的水文、地質、氣象、航道等條件的不同，不可能有一種適合于所有橋梁基礎修建的圍堰結構形式和施工方法。文章對鋼吊箱圍堰和雙壁鋼圍堰予以簡單介紹，并闡述了廣雅大橋采用雙壁鋼圍堰施工的依據。

1 鋼吊箱圍堰

吊箱圍堰就是懸吊在水中的有底套箱，目前廣泛應用于深水高樁承臺施工，當承臺底面距河床面較高，或承臺以下較厚的軟弱土層、且水深流急，修建橋梁深水樁基及其承臺時可采用吊箱圍堰。

其結構主要由側板、底板、內支撐和支吊系統4部分組成，支吊系統又可分為上承系統、下承系統和吊桿。其工作原理是：在深水樁基完成后，用吊裝設備將鋼吊箱整體或逐步拼裝成整體后，安裝下放，然后通過力的轉換，將整個套箱重量（及以后封底混凝土重量）懸吊在樁基主護筒頂部，然后灌注水下混凝土封底；待水下混凝土形成強度后，鋼吊箱即和封底混凝土結合在一起，并通過封底混凝土錨固在樁基主護筒上，抽干水后，撤去原來的鋼吊箱支吊系統，然后進行一系列承臺施工。

2 雙壁鋼圍堰

雙壁鋼圍堰施工工藝原理，在加工場進行單元塊加工，制作完成后，將單元塊運至拼裝場地進行拼裝；拼好、水密性檢查合格后，下水，用拖輪將圍堰拖至橋位處，經測量精確定位后，注水下沉至設計標高。

3 廣雅大橋雙壁鋼圍堰與鋼吊箱圍堰比選

3.1 廣雅大橋工程概況

廣雅大橋及兩端道路東接廣雅路與市中心相連，西接河西路、磨灘路與西環路相連，全長約1 410.487 m（含引道），橋型布置為兩部分，即主橋與引橋。其中，主橋采用海鷗式雙孔中承鋼箱拱橋，孔跨布置為63＋2×210＋63 m，全長546 m。引橋部分長512 m，道路部分長352.487 m。

根據廣雅大橋的特點、柳江該區段內地質情況、柳州當地氣候條件，水中主墩13#、14#、15#墩基礎結構方案采用了雙壁鋼圍堰施工，鋼圍堰形式為尖端矩形雙壁鋼圍堰，圍堰外徑47.3 m，內徑44.2 m，分28塊組拼。

3.2 廣雅大橋選擇雙壁鋼圍堰依據

對于廣雅大橋，鋼吊箱圍堰和雙壁鋼圍堰優缺點比較見表1：

表1 雙壁鋼圍堰與鋼吊箱圍堰優缺點比較

3.2.1 地質情況

柳江在廣雅大橋橋址處覆蓋層很薄，13#和 15#墩河床底最淺的覆蓋層厚度80 cm，14#墩只有30 cm，搭設平臺時插打的鋼管樁埋深很淺，不滿足施工平臺的穩定性要求，因此平臺需要與鋼圍堰連成一體。雙壁鋼圍堰和吊箱圍堰相比，由于雙壁鋼圍堰落在河床底，澆筑完封底混凝土后，其穩定性遠遠優于懸浮在水中的鋼吊箱圍堰，大大增強了平臺的穩定性，保證了施工的安全。

3.2.2 水文情況

根據對柳江近幾年水文情況的分析，在5～8月份的汛期，洪水來勢迅猛，水位變化很大，尤其在2009年7月4日水位上升至89.64 m，為20年一遇特大洪水，江面上很多漂浮物，如遇平臺阻擋，沖擊力會很大，如果采用鋼吊箱圍堰，整個吊箱圍堰浮在水中，阻水面積很大，整個平臺、圍堰、懸掛吊箱的定位樁都易遭破壞。

3.2.3 施工組織情況

雙壁鋼圍堰頂部的施工平臺，能承受較大的施工荷載，在圍堰范圍內平臺下設有支撐，適宜于使用大型鉆機。為加快施工進度，完成明年汛期來臨之前水下基礎施工計劃，每個平臺計劃上8臺鉆機施工，對平臺的沖擊力很大，雙壁鋼圍堰恰好能滿足這個要求。

因基礎工程大，柳江一到汛期水位便猛漲，流速較大，一個枯水期如不能完成，一般只能在洪水期停工，待水位下降后繼續施工。在此期間還必須保證已經施工的工程的安全，考慮到2010年汛期來臨時平臺和圍堰的穩定性，保證非洪水時期能正常施工，決定選用雙壁鋼圍堰方案。和鋼吊箱圍堰相比，雙壁鋼圍堰結構剛性大，可接高，汛期時高度可由15 m加高至18 m。另外，雙壁鋼圍堰能承受向內或向外的壓力，能承受較大水壓，能盡可能的提高抽水水位。所以，不怕洪水淹沒圍堰，也不怕下沉時翻砂，施工十分安全可靠，只要及時在圍堰內封底，就能安全渡洪。

3.2.4 圍堰制作情況

雙壁鋼圍堰工序單一，制造方便，施工簡便，圍堰在水中是以灌水下沉，主要工作就是拼裝圍堰鋼殼。同時，圍堰內支撐很少，吸泥下沉和清基都比較方便。這樣，能及時封底，使圍堰盡早達到穩定狀態。按照事先劃分好的板單元制造，運到施工現場進行組拼，合理的塊段劃分要使塊段重量在工廠及組拼場起重機的起重能力范圍內，并盡量減少拼接的焊接工作量。圍堰的制造要滿足《鋼結構工程施工質量驗收規范》的要求，著重控制結構的尺寸和焊縫質量，并保證圍堰側板有良好的水密性。

鋼圍堰在水平方向分為14塊進行制造，上下節共28個單元，各節塊圍堰組拼時應按編號順序進行。各節圍堰先點焊組拼成整體然后對圍堰直徑、傾斜度及圍堰結構等進行測量檢查合格后方能全面施焊。

圍堰焊接完畢，應對焊縫認真檢查，對壁板和隔艙板焊縫進行煤油滲透檢查，不合格的應予以補焊。

鋼圍堰主要工藝流程見圖1。

圖1 鋼圍堰主要工藝流程

鋼圍堰制作拼裝完成后，對圍堰滑移范圍內的場地進行清理，保證無雜物尤其是可能戳破氣囊的尖銳物，掛好地錨鋼絲繩后，開始圍堰下水，由于柳江水位較低，需與下游紅花電站聯系進行柳江蓄水。

3.2.5 雙壁鋼圍堰定位流程

（1）用拖船把雙壁鋼圍堰拖運至墩位處，在圍堰上設有4個2 T卷揚機。由于柳江水流速為0.3 m/s，故不設牽引錨。在圍堰上下游分別拋2個錨，每個錨對應圍堰一個2 T的卷揚機和5 T的滑輪組，為圍堰的定位起調節作用，具體見圖2。

圖2

定位錨的尺寸（1.5 m×1.5 m×1.6 m）具體見圖3。

圖3 圍堰定位錨

（2）用測量儀器進行測量，定出圍堰的大體位置；

（3）圍堰注水開始于上游端，在圍堰兩側對稱注水；注水用2臺流量在100 m3/h以上的抽水泵。

（4）精確定位：①按事先標好的圍堰高度線，在圍堰刃角離河床底1～2 m處，下潛水員摸清河床底的具體情況；②離河床底1～2 m處開始精確定位時，注水使圍堰下降20～30 cm后用全站儀測出圍堰四個角點的位置是否在正確位置，同時再次注水；定位以后誤差要保證在5 cm內。

（5）刃腳支墊及封堵。采用多導管分期分批開灌，整體一次澆筑完成的方法。封底原則為先低處后高處，先周圍后中部的辦法。待圍堰刃腳接觸河床時，對河床進行處理，使圍堰刃腳沒入河床覆蓋層。由于河床高低不平，在刃腳未接觸河床的部分，由麻袋填筑，內裝事先拌好的水泥和沙（配比1∶3－1∶4）。填筑方法：由10人一組工作，兩個潛水員在水下堵刃腳，使其成錐形，一人負責潛水員的換氣工作，7人負責轉運麻袋。由于圍堰頂到河床底高差有12 m，麻袋下水時會由于浮力而浮到離刃腳2 m開外的地方（當麻袋入水時會使水變的渾濁），使潛水員難以找到麻袋進行填筑，故在圍堰做一個擋麻袋的裝置，用鋼管相連，上口為3～4 m。見圖4。

圖4

麻袋數量約為30 000只，水泥和沙多備。

3.2.6 設計方面

根據柳州市廣雅大橋兩階段初步設計文件：圖號 39《海鷗式拱橋方案 主墩鋼圍堰一般構造圖》，見圖5，雙壁鋼圍堰為圓形圍堰，外徑45.5 m，內徑42.5 m，堰壁厚1.5 m，單個封底混凝土量達到6 537.3方。

圖5 原設計雙壁鋼圍堰半平面圖

初步設計中鋼材用量和砼量都很大，為此，召開了專家組會議，經設計單位、監理和業主溝通后，決定改為矩形（設尖端）雙壁鋼圍堰，見圖6，圍堰尺寸根據承臺尺寸設計，后期兼做承臺模板，長度為47.3 m，寬16.9 m，優化后的圍堰單個封底混凝土方量為3 600方，大大節省了封底混凝土用量，鋼材用量也大幅減少。

圖6 優化后雙壁鋼圍堰平面圖

4 結束語

深水基礎施工封水方案主要取決于當地地質條件、水文情況、工程概況等，廣雅大橋橋址處河床底覆蓋層很薄，平臺鋼管樁的埋深很淺，在洪水期不能滿足穩定性要求，因此采用雙壁鋼圍堰增強整個施工平臺的穩定性；水位方面，柳江在汛期水位暴漲暴落，洪水和漂浮物的沖擊力很大，鋼吊箱圍堰不能滿足渡洪要求；施組方面，雙壁鋼圍堰只要封完底，汛期仍可進行承臺和孔樁的施工，對工程進度影響不大，更能保證工期目標；從加工制作工藝方面，雙壁鋼圍堰利用水中鉆孔樁施工時間，可在岸上加工制作拼裝單元塊，減少了水上作業時間，縮短工期的同時，降低了水上機械使用成本和水上作業的風險性。

綜上所述，廣雅大橋基礎施工的封水方案采用雙壁鋼圍堰是科學的、正確的。