深埋低樁承臺雙壁鋼圍堰設計與施工

摘 要：雙壁鋼圍堰是深水基坑施工常用的支護方式，由于其隔水性能良好，受力簡單明確，方便施工，得到了廣泛的應用。本文以梨川大橋中堂水道主橋的雙壁鋼圍堰為例，簡要說明低樁承臺雙壁鋼圍堰的設計和施工。

關鍵詞：低樁承臺雙壁鋼圍堰；方案比選與設計；電控整體下放

中圖分類號：U445.5 文獻標識碼：A

1 工程概況

東莞市東江梨川大橋工程起點為高埗鎮莞潢路，終點順接東江大道與紅川路，是聯接東莞市區與東江北部地區高埗鎮和石碣鎮的重要通道。本項目全線主要包含三個大型互通立交，兩座跨江大橋，主要有中堂大橋引橋段、高埗立交、中堂水道主橋95m+168m+95m低塔斜拉橋）、慶新路立交、東莞水道主橋（單跨138m獨塔無背索鋼砼混合梁斜拉橋）和東江大道立交。道路全長為2.294公里。

梨川大橋中堂水道大橋為95m+168m

+95m跨塔梁墩固結體系預應力砼矮塔斜拉橋。14#、15#墩是中堂水道主橋的兩個主墩，主墩基礎由12根D250cm嵌巖樁組成，樁長31～39m。承臺規格為20.1m×14.9m×4.8m（橫×順×厚），承臺底設有2m的C25砼封底（底標高-10.8m），考慮到增加主墩的高度和減小阻力影響，將承臺沉入河床以下穿過強風化層且嵌入中風化砂巖層，承臺底標高-8.8m。

2 方案比選

承臺施工的方案和方法很多，綜合考慮方案的安全性、經濟性、施工工期和施工可操作性，可以選擇不同的施工方案和施工方法。目前的施工方案主要有：鋼板樁圍堰施工、先樁基后基坑再雙壁鋼圍堰施工、先基坑后雙壁鋼圍堰再樁基施工、先基坑后樁基再雙壁鋼圍堰施工等。

本橋原設計圖紙主墩基礎施工程序：施工臨時便橋，搭設水中施工平臺→插打主墩鋼護筒，施工主墩樁基→套箱或圍堰施工→主墩承臺施工。

上述方案存在主要問題是由于本橋主墩承臺埋置太深，需要穿過整個強風化巖層，地質又是泥質砂巖，主墩樁基完成以后，再進行基底的清挖是相當困難的，且要將強風化巖以下3～4m清挖干凈，必須進行微爆破清挖作業，其施工進度是相當緩慢，無法保證工期需要。

經方案比選，確定主橋14#、15#主墩基礎采用先進行水下開挖和炸礁施工，再搭設施工平臺進行水上樁基施工，最后采用雙壁鋼圍堰法施工承臺。

具體的施工程序如下：

施工前期準備→河床表層水下挖掘→強風化層水下爆破開挖→水下深基坑清底→搭設樁基施工鉆孔平臺→主墩樁基施工→部分拆除鉆孔平臺→拼裝雙壁鋼圍堰→接長樁護筒并安裝吊架→安裝沉降系統→利用電控系統整體下沉圍堰至設計標高→水下砼封底→拆除吊架及沉降系統→抽水、切割樁護筒、破樁頭→承臺鋼筋安裝→澆筑承臺砼。

3 雙壁鋼圍堰設計

3.1 雙壁鋼圍堰結構設計

中堂水道大橋14#、15#墩雙壁鋼圍堰內壁尺寸為20.1m×14.9m，壁厚0.8m。鋼板厚度8mm，橫向加勁肋用∠50×50×5角鋼，間距0.35m，豎向主龍骨采用∠70×70×6角鋼加勁框，間距0.8m。

考慮到加工、運輸和施工方便，鋼圍堰采用分節段方式制作。在高度方向分為3個節段，自下而上分為3m+5m+5m；平面分14塊（縱向3塊、橫向4塊），單塊最大重量為6.3t，單位用鋼量為240kg/m2。塊與塊之間采用高強螺栓連接，塊間連接法蘭豎向用20mm厚鋼板、水平方向用10mm鋼板，法蘭之間墊10mm的橡膠，并雙面涂刷膠水，以加強止水效果。

圍堰內砼封底厚度2m，砼頂面高程即為承臺底面高程，艙壁砼填充高度為5m。

3.2 雙壁鋼圍堰結構計算

3.2.1 設計荷載取值

靜水壓力（三角形分布）最大值為：103kpa。

計算斷面流速為2.7m/s，流水壓力為：3.72kpa。

年平均風速為2m/s，風壓力為：1.76kpa。

計算中，同時考慮靜水壓力、流水壓力、風壓力及其他施工荷載。

3.2.2 設計荷載組合

水平荷載：靜水壓力+流水壓力+風壓力+其他。

垂直荷載：圍堰自重+艙壁砼+封底砼+浮力+其他。

3.2.3 設計工況

最不利的工況為封底砼完成后，圍堰內抽干水至封底砼頂面時，圍堰內外形成水位差的狀態。本設計以此狀態來驗算鋼圍堰結構是否安全。

3.2.4 結構檢算

經鋼圍堰抗浮檢算，抗浮安全系數為3.22；在圍堰內部從封底砼頂面開始，每隔2.5米設置內撐一道，每道內撐設置為橫橋向2道、順橋向3道φ325鋼管。

4 雙壁鋼圍堰施工

4.1 水下基坑開挖與炸礁

水下基坑開挖選用反鏟船一艘和開底自航運泥駁兩艘，反鏟船長18m，寬8m，型深2m，配備加長臂400鉤機一臺；每艘運泥駁倉容70m3/150×2匹馬力。

水下炸礁為300t漂浮式炸礁船，滿載排水量300t，配6臺地質鉆機。

水下鉆孔孔位成梅花狀布置，孔距2.5m，排距2m，孔徑125mm，采用非電毫秒塑料導爆管微差起爆網路。

4.2 鋼圍堰的制作與拼裝

單個鋼圍堰塊件在現場進行加工制作。鋼圍堰制作平臺用鋼管和型鋼制作，尺寸為20×8m。

在制作過程中，須進行以下檢驗：焊前檢驗、焊接過程中的檢驗、焊縫外觀檢查、水密性試驗。

雙壁鋼圍堰的制作著重控制尺寸和焊縫質量，保證圍堰的拼接側板有良好的水密性。

4.3 吊架與吊放系統

吊架采用樁護筒接長作為支撐，護筒頂架設縱橫向雙層貝雷片桁架作為承重構件，貝雷片上部安裝14臺電動卷揚機及滑輪組組成吊放系統，電動卷揚機通過電動控制開關柜進行控制。

鋼圍堰的升降系統由14臺5T電動卷揚機及32T滑輪組組成（1臺JK-5電動卷揚機配備一個定滑輪、動滑輪組成一個起吊單元）。

一個雙壁鋼圍堰的最大重量為280t，每個滑輪組承受的重量為280/14=20t，卷揚機承受的牽引力為2.2t。卷揚機的安全系數為5/2.2=2.27。

4.4 整體下水

在正式吊裝前一周，觀察東江水位的漲退潮情況，確認東江水流速最低時的時間點。在拆除全部底部支撐型鋼后，鋼圍堰通過總控制柜控制依靠自重進行整體下放，時間約20min，實際整個過程順利，有效地保證了下放過程的安全，達到了預定目的和效果。

經定位測量，整體鋼圍堰的偏差為3cm。

4.5 水下砼封底

4.5.1 鋼圍堰堵漏和清底：鋼圍堰就位后，通過潛水員在水下對圍堰底部的外側進行砂包堵漏，檢查基坑底的平整度和泥漿堆積等情況，保證封底的完整性。

4.5.2 填充內艙：在鋼圍堰內艙里填充5米高的C25砼，將底節鋼圍堰及接縫填充密實，增加鋼圍堰的剛度和減少接縫滲水。

4.5.3 優化水下封底砼配合比：C25水下砼配合比水泥用量增至500kg/m3，粉煤灰單方增至70kg/m3，砼初凝時間控制在10小時。由于水下砼的流動性較好，水下流動半徑達到8m左右。

4.5.4 導管布置：整個水下砼封底共設置導管14根，其中由于頂部吊裝平臺的阻礙，靠棧橋平臺較遠的7根導管頂部接口設置在吊裝平臺頂面，其余7根導管口設置在鋼圍堰頂部平臺位置。

4.5.5 水下砼灌注：整個水下砼灌注時間約16小時，總砼方量為420m3，采用一臺臂長60m的砼泵車進行連續供料。在灌注過程中，技術人員及時測量砼面的高度，保證砼封底厚度及高程滿足設計要求。

4.6 鋼圍堰的抽水及支撐

在鋼圍堰抽水時，要隨時觀察變形情況，確保鋼圍堰的整體完好性，不變形、不大量滲水，同時根據設計圖對鋼圍堰逐節進行加固支撐，加固支撐高度為2.5m。

圍堰抽水完成后，檢查封底砼效果（包括平整度、滲水情況）和鋼圍堰的接縫抗滲效果。經現場檢查，封底砼無裂縫和滲水，平整度符合設計要求。鋼圍堰接縫抗滲效果良好。

結語

通過計算與實際施工過程的對比，雙壁鋼圍堰的設計與施工是完全相符，滿足了承臺與墩身施工的需求。在吊放過程中，節省了大量的人工和施工成本，保證了施工安全。

參考文獻

[1]深水基礎雙壁鋼圍堰嵌巖施工技術[J].科技資訊，2010（03）.

[2]梁忠科.大型雙壁鋼圍堰施工技術[J]. 山西建筑，2011（13）.