雙壁鋼圍堰穿越膠結(jié)密實(shí)圓礫土層施工技術(shù)淺析

熊偉岸

摘 要：近幾十年來我國(guó)公路和鐵路橋梁深水基礎(chǔ)施工均大規(guī)模的采用雙壁鋼圍堰作為臨時(shí)擋水結(jié)構(gòu)，但雙壁鋼圍堰需穿過膠結(jié)密實(shí)圓礫土層的并不多見，而且在較短時(shí)間內(nèi)雙壁鋼圍堰下沉到設(shè)計(jì)位置也是需要研究的課題。本文以南京樞紐跨秦淮新河特大橋橋群水中基礎(chǔ)施工為例，闡述了雙壁鋼圍堰穿越膠結(jié)密實(shí)圓礫土層的快速施工方法。

關(guān)鍵詞：雙壁鋼圍堰；膠結(jié)密實(shí)圓礫土；圍堰下沉；圍堰封底；圍堰拆除

中圖分類號(hào)：U445.55 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）24-0082-03

1 工程概況

南京鐵路樞紐NJ-3標(biāo)二經(jīng)理部所施工的橋群起點(diǎn)位于秦淮新河南岸，終點(diǎn)位于將軍大道的東側(cè)。共涉及到7條線，分別為京滬高鐵、滬漢蓉、寧安城際、動(dòng)車走行線（1、3、5、6）號(hào)。其中動(dòng)車1號(hào)走行線、京滬高鐵、滬漢蓉、寧安城際在跨越秦淮新河位置形成橫向?qū)挾?20m的龐大橋群，橋群水中基礎(chǔ)8個(gè)，承臺(tái)直徑17.4m，承臺(tái)位于河床下5m，承臺(tái)底大多處于承載力為400kPa膠結(jié)密實(shí)的粗圓礫土中。

2 施工技術(shù)基本原理及適用范圍

2.1 施工技術(shù)基本原理

為減少圍堰壁與粘性土和圓礫土體的摩阻力，使圍堰能依靠自重（或所加配重）下沉到達(dá)設(shè)計(jì)位置，在雙壁鋼圍堰下沉中采用以長(zhǎng)臂挖掘機(jī)開挖和油壓伸縮臂挖機(jī)取土為主，吸泥、射水、艙內(nèi)配重等多種方式并用為輔的綜合施工方法。封底混凝土采用水下自密實(shí)混凝土，滿足不擴(kuò)散混凝土的性能要求[1]。

2.2 適用范圍

適用于鐵路、公路、港口、碼頭等水深流急覆蓋層厚，尤其是工期緊張的膠結(jié)密實(shí)的圓礫土等復(fù)雜地質(zhì)條件下的深水基礎(chǔ)圍堰施工。

3 施工工藝及操作要點(diǎn)

3.1 圍堰制作與拼裝

3.1.1 鋼圍堰制作

鋼圍堰采用胎具分塊制作，分節(jié)原位拼裝下沉。加工時(shí)鋼模板應(yīng)光面朝外，以減少下沉?xí)r的摩擦力，鋼料數(shù)量應(yīng)視地質(zhì)、水紋情況靈活增減，圍堰底部加設(shè)刃腳。制作工藝必須保證其設(shè)計(jì)尺寸及焊縫質(zhì)量，滿足擋水結(jié)構(gòu)的要求。

3.1.2 鋼圍堰拼裝

鋼圍堰拼裝平臺(tái)利用現(xiàn)有的鉆孔樁與平臺(tái)棧橋、平臺(tái)的鋼管樁基礎(chǔ)，在鋼管樁與鋼護(hù)筒上焊接傳力三角牛腿，三角牛腿上采用工字鋼作為受力縱梁，工字鋼與牛腿之間焊接相連。

在搭設(shè)的臨時(shí)平臺(tái)上（見圖1所示），精確定出圍堰刃腳圓周線，用來控制圍堰拼裝時(shí)的圓順度和垂直度。利用履帶吊把每塊鋼圍堰吊裝至指定位置，鋼圍堰拼裝按對(duì)稱原則進(jìn)行，采用手拉葫蘆牽引校正，使壁板塊件之間的誤差累計(jì)降至最低。拼裝施工過程中，采用全站儀進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，最后逐塊對(duì)稱合龍，完成首節(jié)圍堰的拼裝。首節(jié)雙壁鋼圍堰全部拼裝完成后，再進(jìn)行鋼圍堰塊與塊之間的焊接，焊接時(shí)先焊面板間的豎向焊縫，再焊環(huán)向焊縫。

3.2 圍堰下沉

鉆孔樁施工平臺(tái)拆除后，先采用液壓式長(zhǎng)臂挖掘機(jī)先對(duì)對(duì)圍堰范圍內(nèi)的河床進(jìn)行清淤和找平。首節(jié)鋼圍堰在下放前應(yīng)先進(jìn)行試吊，檢查吊點(diǎn)、鋼圍堰壁板、吊繩及滑輪組有無故障。確保無故障的情況下將圍堰落于臨時(shí)平臺(tái)之上，然后用砼灌注刃腳，以增大刃腳下沉過程中的剛度和強(qiáng)度[2]。

3.2.1 雙壁鋼圍堰吊放系統(tǒng)安裝

首節(jié)鋼圍堰拼裝完成后，設(shè)置雙壁鋼圍堰吊放系統(tǒng)（見圖2，圖3所示）。

鋼圍堰吊放系統(tǒng)利用鉆孔灌注樁護(hù)筒作受力支柱，利用貝雷片作傳力梁和找平高差的主要構(gòu)件。首先將鋼護(hù)筒找平，確保貝雷片經(jīng)過的鋼護(hù)筒頂面處于同一水平面上，然后在找平的鋼護(hù)筒上用安裝工字鋼縱梁，在工字鋼縱梁上安裝縱、橫向貝雷片，貝雷片與工字鋼之間、貝雷片與貝雷片之間均采用自制的U型螺栓和型鋼固定，再在貝雷片頂安裝卷?yè)P(yáng)機(jī)傳力縱梁，最后安裝卷?yè)P(yáng)機(jī)及相應(yīng)滑輪組。雙壁鋼圍堰吊點(diǎn)沿內(nèi)壁板布置，吊點(diǎn)數(shù)量及位置在施工中需吊裝的施工荷載確定，利用卷?yè)P(yáng)機(jī)和滑輪組形成吊放系統(tǒng)對(duì)底節(jié)鋼圍堰進(jìn)行提升和下放。

3.2.2 導(dǎo)向裝置安裝

在雙壁鋼圍堰下沉前，先將對(duì)角線上四個(gè)定位圍堰下沉的導(dǎo)向裝置安裝好（見圖4所示），導(dǎo)向裝置主要受力構(gòu)件采用呈三角形的三根鋼管樁，鋼管樁間采用剪刀撐連接，在靠雙壁鋼圍堰外側(cè)的鋼管樁與雙壁鋼圍堰外壁之間設(shè)置工字鋼，工字鋼離雙壁鋼圍堰外壁為5cm，工字鋼與鋼管樁之間采用型鋼作傳力桿件。

3.2.3 首節(jié)雙壁鋼圍堰下沉

首節(jié)雙壁鋼圍堰試吊成功后，并采用煤油對(duì)焊縫做滲透試驗(yàn)檢查合格后，再進(jìn)行鋼圍堰的下沉。下沉?xí)r先用卷?yè)P(yáng)機(jī)將圍堰提起，與圍堰刃腳底部支撐工字鋼脫離后，撤去鋼圍堰拼裝平臺(tái)上的工字鋼，然后進(jìn)行鋼圍堰的下沉入水。在下放過程中，應(yīng)統(tǒng)一部署、統(tǒng)一指揮，保持各吊點(diǎn)下放同步性。下放過程應(yīng)緩慢進(jìn)行，并根據(jù)下沉深度進(jìn)行吊點(diǎn)的轉(zhuǎn)換，各吊點(diǎn)處均應(yīng)設(shè)專人進(jìn)行監(jiān)控，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決。首節(jié)雙壁鋼圍堰下沉進(jìn)入河床后，進(jìn)行鋼圍堰的接高。

3.2.4 雙壁鋼圍堰接高、下沉

雙壁鋼圍堰接高前，先在已下沉的鋼圍堰上用型鋼焊接作業(yè)用的平臺(tái)支撐三角牛腿，在三角牛腿上鋪設(shè)工字鋼和木板搭設(shè)作業(yè)平臺(tái)。鋼圍堰接高采用履帶吊作為吊裝設(shè)備，用錘球作為鋼圍堰壁是否豎直的控制手段，最后用全占儀作為鋼圍堰位置及傾斜度的復(fù)核儀器。第二節(jié)鋼圍堰接高完成后，進(jìn)行雙壁鋼圍堰的下沉。下沉困難時(shí)先向倉(cāng)內(nèi)注水，加大圍堰的自重，注水時(shí)需注意依據(jù)圍堰的進(jìn)尺情況進(jìn)行調(diào)整，嚴(yán)禁單個(gè)半封閉的隔倉(cāng)內(nèi)一次將水注滿。待雙壁鋼圍堰無法下沉?xí)r，拆除圍堰內(nèi)的吊放系統(tǒng)。然后采用液壓式長(zhǎng)臂挖掘機(jī)將圍堰內(nèi)土取走，減少圍堰內(nèi)壁與土體的摩擦力，并沿圍堰內(nèi)、外壁采用吸泥設(shè)備和高壓水槍射水進(jìn)行輔助下沉[3]。

3.2.5 雙壁鋼圍堰刃腳及倉(cāng)內(nèi)配重灌注

圍堰內(nèi)取土下沉效果不明顯時(shí)，向倉(cāng)內(nèi)分兩次對(duì)稱灌注混凝土，每次灌注2m，且灌注時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鋼圍堰的傾斜情況進(jìn)行調(diào)整。防止鋼圍堰出現(xiàn)傾斜過大現(xiàn)象。混凝土灌注前先將16個(gè)倉(cāng)編號(hào)，并將編號(hào)用油漆標(biāo)識(shí)在圍堰頂部，防止施工時(shí)出現(xiàn)倉(cāng)內(nèi)混凝土灌注混亂現(xiàn)象。倉(cāng)內(nèi)混凝土澆筑（以不高出河床標(biāo)高為控制基準(zhǔn)線），根據(jù)施工進(jìn)展情況，適時(shí)向倉(cāng)內(nèi)灌砂，增大圍堰自重，保證在可下沉范圍內(nèi)的圍堰順利下沉。endprint

3.2.6 雙壁鋼圍堰繼續(xù)下沉及末節(jié)接高

結(jié)合地質(zhì)狀況，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，長(zhǎng)臂挖機(jī)在深度大于13米后，取土效果已經(jīng)不明顯，此時(shí)，采用液壓式長(zhǎng)臂挖掘機(jī)將圍堰內(nèi)土挖松，油壓伸縮臂挖機(jī)取土，并采用自制吸泥設(shè)備和高壓水槍沿圍堰內(nèi)、外壁輔助下沉，當(dāng)雙壁鋼圍堰下沉困難或下沉進(jìn)展極為緩慢時(shí)，向雙壁鋼圍堰倉(cāng)內(nèi)灌砂增大圍堰自重，當(dāng)倉(cāng)內(nèi)灌砂裝滿后，在圍堰頂部安裝提前制作的砼配重塊作為增大圍堰自重、利于圍堰下沉的措施。

3.2.7 圍堰下沉糾偏

在圍堰外壁四周畫上刻度線，水平面作為參考線，掌握下沉量和偏位情況。不斷測(cè)量圍堰內(nèi)土的高差，采用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)、吸泥和配重作為鋼圍堰一邊下沉一邊調(diào)整的措施，確保其始終在準(zhǔn)確位置下沉。直到下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高，測(cè)量鋼圍堰頂?shù)闹行钠缓蛢A斜度是否在《規(guī)范》要求之內(nèi)。

3.3 圍堰封底

3.3.1 清理基底

（1）基底殘存物（淤泥、淤泥質(zhì)粘土、圓礫土等），應(yīng)基本上清除干凈。潛水工詳細(xì)檢查并作好記錄，是否某些地點(diǎn)存有極少量殘存物。（2）清基后的有效面積，不得小于設(shè)計(jì)要求。自鋼護(hù)筒邊算起至圍堰壁間約1m左右的基面清理作業(yè)，應(yīng)特別注意，將殘存物清理干凈。（3）測(cè)量雙壁鋼圍堰刃腳周圈16個(gè)測(cè)點(diǎn)處的刃腳埋入深度，并摸清刃尖與基面相貼或埋入土體的情況。（4）清基完畢后，測(cè)量基底標(biāo)高，繪制基底斷面圖以查明基底面實(shí)際傾斜與走向。

3.3.2 封底混凝土導(dǎo)管布置

采用無縫鋼管作為水下砼灌注導(dǎo)管，各管節(jié)之間采用采用快速螺紋接頭，以便導(dǎo)管長(zhǎng)度的調(diào)整、拆卸方便。導(dǎo)管使用前進(jìn)行水密試驗(yàn)，導(dǎo)管安裝中，每個(gè)接頭需預(yù)緊檢查。按照每個(gè)布料點(diǎn)作用半徑布置混凝土導(dǎo)管，如圖5所示根據(jù)混凝土攤鋪情況及混凝土上升高度置換導(dǎo)管位置，導(dǎo)管間距3m左右。

3.3.3 封底混凝土澆筑

清基經(jīng)檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行封底混凝土施工，封底混凝土采用C25水下混凝土，混凝土采用中心集料斗布料，首批混凝土灌注時(shí)，先由中心集料斗貯料，然后依次打開通向灌注導(dǎo)管的分料槽的出料門、中心集料斗的出料口，讓混凝土經(jīng)溜槽進(jìn)入澆注小料斗，當(dāng)小料斗內(nèi)充滿混凝土?xí)r，拔塞，同時(shí)集料斗連續(xù)不斷放料，完成導(dǎo)管的首批混凝土澆注。首批封口混凝土澆注完成后，導(dǎo)管埋深在0.6～0.8m。為了使每批混凝土澆筑后，水下混凝土面形成一定的坡率，埋住導(dǎo)管底口，保證混凝土質(zhì)量，首批混凝土采用較小的坍落度（14～16cm）。

封底混凝土澆筑的順序?yàn)椋合鹊吞幒蟾咛帲ㄏ葘⒌吞幓炷凉喔撸苊飧咛帉?dǎo)管灌注的混凝土往低處流，使導(dǎo)管底口脫空或埋在混凝土內(nèi)的深度過小，造成導(dǎo)管進(jìn)水），先周圍后中部，確保混凝土面保持在大致相同的標(biāo)高。混凝土灌注過程中導(dǎo)管隨混凝土面升高而豎向徐徐提升，為保證導(dǎo)管有一定埋深，一般不隨便提升導(dǎo)管，即使需要提管，每次提升的高度都嚴(yán)格控制在20cm之內(nèi)，且采用手拉葫蘆進(jìn)行提升。在混凝土灌注過程中，由技術(shù)人員專門負(fù)責(zé)測(cè)量混凝土堆高和擴(kuò)展情況，正確指揮施工人員調(diào)整導(dǎo)管埋深并及時(shí)與實(shí)驗(yàn)室取得聯(lián)系進(jìn)行坍落度的調(diào)整，使每批混凝土灌注后形成適宜的堆高和不陡于1：5的流動(dòng)坡度。混凝土灌注連續(xù)快速進(jìn)行，技術(shù)人員準(zhǔn)確指揮操作工人迅速拆除導(dǎo)管，拆除時(shí)間不超過10分鐘。混凝土灌注將近結(jié)束時(shí)，加大混凝土的坍落度至20cm左右，并加大導(dǎo)管埋深，使混凝土均勻地?cái)U(kuò)展，形成較平坦的表面。混凝土澆注臨近結(jié)束時(shí)，全面測(cè)出混凝土面標(biāo)高，重點(diǎn)檢測(cè)導(dǎo)管作用半徑相交處、護(hù)筒周邊，鋼圍堰內(nèi)側(cè)周邊轉(zhuǎn)角等部位，根據(jù)結(jié)果對(duì)標(biāo)高偏低的測(cè)點(diǎn)附近導(dǎo)管增加澆注量，力求封底混凝土頂面平整，并保證封底厚度達(dá)要求，當(dāng)所有測(cè)點(diǎn)均符合要求后，終止混凝土澆注，上拔導(dǎo)管，沖洗堆放[4]。

3.4 圍堰拆除

根據(jù)施工進(jìn)展情況，待水中主墩0#段施工結(jié)束后，即可組織拆除雙壁鋼圍堰。雙壁鋼圍堰拆除僅對(duì)對(duì)河床以上部分，拆除前先用泥漿泵將雙壁鋼圍堰壁板間砂子吸走，圍堰倉(cāng)內(nèi)排出的砂子不得直接排到河中，須排放到泥漿船中，然后人工切割內(nèi)側(cè)壁板，待內(nèi)側(cè)壁板切割完成后，向圍堰及圍堰倉(cāng)內(nèi)注水，采用水下切割外側(cè)壁板及內(nèi)、外壁板間的連接構(gòu)件，分割好的構(gòu)件采用履帶吊吊裝至船上運(yùn)走。

4 結(jié)語(yǔ)

跨秦淮新河橋群深水基礎(chǔ)采用雙壁鋼圍堰作為8個(gè)水中墩施工的臨時(shí)擋水結(jié)構(gòu)，在實(shí)施過程中，成功解決了雙壁鋼圍堰在400kPa的膠結(jié)密實(shí)粗圓礫土順利下沉及圍堰空間被群樁分隔的不利情況下封底一次成功的施工技術(shù)難題，為類似復(fù)雜地質(zhì)條件下的深水基礎(chǔ)圍堰施工提供了經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

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