雙壁鋼圍堰穿越膠結密實圓礫土層施工技術淺析

熊偉岸

摘 要：近幾十年來我國公路和鐵路橋梁深水基礎施工均大規模的采用雙壁鋼圍堰作為臨時擋水結構，但雙壁鋼圍堰需穿過膠結密實圓礫土層的并不多見，而且在較短時間內雙壁鋼圍堰下沉到設計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施工為例，闡述了雙壁鋼圍堰穿越膠結密實圓礫土層的快速施工方法。

關鍵詞：雙壁鋼圍堰；膠結密實圓礫土；圍堰下沉；圍堰封底；圍堰拆除

中圖分類號：U445.55 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）24-0082-03

1 工程概況

南京鐵路樞紐NJ-3標二經理部所施工的橋群起點位于秦淮新河南岸，終點位于將軍大道的東側。共涉及到7條線，分別為京滬高鐵、滬漢蓉、寧安城際、動車走行線（1、3、5、6）號。其中動車1號走行線、京滬高鐵、滬漢蓉、寧安城際在跨越秦淮新河位置形成橫向寬度120m的龐大橋群，橋群水中基礎8個，承臺直徑17.4m，承臺位于河床下5m，承臺底大多處于承載力為400kPa膠結密實的粗圓礫土中。

2 施工技術基本原理及適用范圍

2.1 施工技術基本原理

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）下沉到達設計位置，在雙壁鋼圍堰下沉中采用以長臂挖掘機開挖和油壓伸縮臂挖機取土為主，吸泥、射水、艙內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混凝土，滿足不擴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密實的圓礫土等復雜地質條件下的深水基礎圍堰施工。

3 施工工藝及操作要點

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，分節原位拼裝下沉。加工時鋼模板應光面朝外，以減少下沉時的摩擦力，鋼料數量應視地質、水紋情況靈活增減，圍堰底部加設刃腳。制作工藝必須保證其設計尺寸及焊縫質量，滿足擋水結構的要求。

3.1.2 鋼圍堰拼裝

鋼圍堰拼裝平臺利用現有的鉆孔樁與平臺棧橋、平臺的鋼管樁基礎，在鋼管樁與鋼護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。

在搭設的臨時平臺上（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，鋼圍堰拼裝按對稱原則進行，采用手拉葫蘆牽引校正，使壁板塊件之間的誤差累計降至最低。拼裝施工過程中，采用全站儀進行實時監測，最后逐塊對稱合龍，完成首節圍堰的拼裝。首節雙壁鋼圍堰全部拼裝完成后，再進行鋼圍堰塊與塊之間的焊接，焊接時先焊面板間的豎向焊縫，再焊環向焊縫。

3.2 圍堰下沉

鉆孔樁施工平臺拆除后，先采用液壓式長臂挖掘機先對對圍堰范圍內的河床進行清淤和找平。首節鋼圍堰在下放前應先進行試吊，檢查吊點、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平臺之上，然后用砼灌注刃腳，以增大刃腳下沉過程中的剛度和強度[2]。

3.2.1 雙壁鋼圍堰吊放系統安裝

首節鋼圍堰拼裝完成后，設置雙壁鋼圍堰吊放系統（見圖2，圖3所示）。

鋼圍堰吊放系統利用鉆孔灌注樁護筒作受力支柱，利用貝雷片作傳力梁和找平高差的主要構件。首先將鋼護筒找平，確保貝雷片經過的鋼護筒頂面處于同一水平面上，然后在找平的鋼護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揚機傳力縱梁，最后安裝卷揚機及相應滑輪組。雙壁鋼圍堰吊點沿內壁板布置，吊點數量及位置在施工中需吊裝的施工荷載確定，利用卷揚機和滑輪組形成吊放系統對底節鋼圍堰進行提升和下放。

3.2.2 導向裝置安裝

在雙壁鋼圍堰下沉前，先將對角線上四個定位圍堰下沉的導向裝置安裝好（見圖4所示），導向裝置主要受力構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的鋼管樁與雙壁鋼圍堰外壁之間設置工字鋼，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 首節雙壁鋼圍堰下沉

首節雙壁鋼圍堰試吊成功后，并采用煤油對焊縫做滲透試驗檢查合格后，再進行鋼圍堰的下沉。下沉時先用卷揚機將圍堰提起，與圍堰刃腳底部支撐工字鋼脫離后，撤去鋼圍堰拼裝平臺上的工字鋼，然后進行鋼圍堰的下沉入水。在下放過程中，應統一部署、統一指揮，保持各吊點下放同步性。下放過程應緩慢進行，并根據下沉深度進行吊點的轉換，各吊點處均應設專人進行監控，以便及時發現問題及時解決。首節雙壁鋼圍堰下沉進入河床后，進行鋼圍堰的接高。

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用的平臺支撐三角牛腿，在三角牛腿上鋪設工字鋼和木板搭設作業平臺。鋼圍堰接高采用履帶吊作為吊裝設備，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核儀器。第二節鋼圍堰接高完成后，進行雙壁鋼圍堰的下沉。下沉困難時先向倉內注水，加大圍堰的自重，注水時需注意依據圍堰的進尺情況進行調整，嚴禁單個半封閉的隔倉內一次將水注滿。待雙壁鋼圍堰無法下沉時，拆除圍堰內的吊放系統。然后采用液壓式長臂挖掘機將圍堰內土取走，減少圍堰內壁與土體的摩擦力，并沿圍堰內、外壁采用吸泥設備和高壓水槍射水進行輔助下沉[3]。

3.2.5 雙壁鋼圍堰刃腳及倉內配重灌注

圍堰內取土下沉效果不明顯時，向倉內分兩次對稱灌注混凝土，每次灌注2m，且灌注時根據現場鋼圍堰的傾斜情況進行調整。防止鋼圍堰出現傾斜過大現象。混凝土灌注前先將16個倉編號，并將編號用油漆標識在圍堰頂部，防止施工時出現倉內混凝土灌注混亂現象。倉內混凝土澆筑（以不高出河床標高為控制基準線），根據施工進展情況，適時向倉內灌砂，增大圍堰自重，保證在可下沉范圍內的圍堰順利下沉。endprint

3.2.6 雙壁鋼圍堰繼續下沉及末節接高

結合地質狀況，根據現場經驗，長臂挖機在深度大于13米后，取土效果已經不明顯，此時，采用液壓式長臂挖掘機將圍堰內土挖松，油壓伸縮臂挖機取土，并采用自制吸泥設備和高壓水槍沿圍堰內、外壁輔助下沉，當雙壁鋼圍堰下沉困難或下沉進展極為緩慢時，向雙壁鋼圍堰倉內灌砂增大圍堰自重，當倉內灌砂裝滿后，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。不斷測量圍堰內土的高差，采用長臂挖掘機、吸泥和配重作為鋼圍堰一邊下沉一邊調整的措施，確保其始終在準確位置下沉。直到下沉到設計標高，測量鋼圍堰頂的中心偏位和傾斜度是否在《規范》要求之內。

3.3 圍堰封底

3.3.1 清理基底

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

3.3.2 封底混凝土導管布置

采用無縫鋼管作為水下砼灌注導管，各管節之間采用采用快速螺紋接頭，以便導管長度的調整、拆卸方便。導管使用前進行水密試驗，導管安裝中，每個接頭需預緊檢查。按照每個布料點作用半徑布置混凝土導管，如圖5所示根據混凝土攤鋪情況及混凝土上升高度置換導管位置，導管間距3m左右。

3.3.3 封底混凝土澆筑

清基經檢驗合格后方可進行封底混凝土施工，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，先由中心集料斗貯料，然后依次打開通向灌注導管的分料槽的出料門、中心集料斗的出料口，讓混凝土經溜槽進入澆注小料斗，當小料斗內充滿混凝土時，拔塞，同時集料斗連續不斷放料，完成導管的首批混凝土澆注。首批封口混凝土澆注完成后，導管埋深在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，埋住導管底口，保證混凝土質量，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為：先低處后高處（先將低處混凝土灌高，避免高處導管灌注的混凝土往低處流，使導管底口脫空或埋在混凝土內的深度過小，造成導管進水），先周圍后中部，確保混凝土面保持在大致相同的標高。混凝土灌注過程中導管隨混凝土面升高而豎向徐徐提升，為保證導管有一定埋深，一般不隨便提升導管，即使需要提管，每次提升的高度都嚴格控制在20cm之內，且采用手拉葫蘆進行提升。在混凝土灌注過程中，由技術人員專門負責測量混凝土堆高和擴展情況，正確指揮施工人員調整導管埋深并及時與實驗室取得聯系進行坍落度的調整，使每批混凝土灌注后形成適宜的堆高和不陡于1：5的流動坡度。混凝土灌注連續快速進行，技術人員準確指揮操作工人迅速拆除導管，拆除時間不超過10分鐘。混凝土灌注將近結束時，加大混凝土的坍落度至20cm左右，并加大導管埋深，使混凝土均勻地擴展，形成較平坦的表面。混凝土澆注臨近結束時，全面測出混凝土面標高，重點檢測導管作用半徑相交處、護筒周邊，鋼圍堰內側周邊轉角等部位，根據結果對標高偏低的測點附近導管增加澆注量，力求封底混凝土頂面平整，并保證封底厚度達要求，當所有測點均符合要求后，終止混凝土澆注，上拔導管，沖洗堆放[4]。

3.4 圍堰拆除

根據施工進展情況，待水中主墩0#段施工結束后，即可組織拆除雙壁鋼圍堰。雙壁鋼圍堰拆除僅對對河床以上部分，拆除前先用泥漿泵將雙壁鋼圍堰壁板間砂子吸走，圍堰倉內排出的砂子不得直接排到河中，須排放到泥漿船中，然后人工切割內側壁板，待內側壁板切割完成后，向圍堰及圍堰倉內注水，采用水下切割外側壁板及內、外壁板間的連接構件，分割好的構件采用履帶吊吊裝至船上運走。

4 結語

跨秦淮新河橋群深水基礎采用雙壁鋼圍堰作為8個水中墩施工的臨時擋水結構，在實施過程中，成功解決了雙壁鋼圍堰在400kPa的膠結密實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難題，為類似復雜地質條件下的深水基礎圍堰施工提供了經驗。

參考文獻

[1]賀德龍.復雜水文地質條件下鋼圍堰施工技術研究[D].重慶交通大學，2016.

[2]高勇強.淺談復雜地質中雙壁鋼圍堰下沉控制技術形控制[J].價值工程，2016，（36）：82-84.

[3]涂緒茂.深水、大流速、裸巖等復雜地質條件下水中基礎施工技術研究[J].低碳世界，2016，（5）：196-198.

[4]周桂梅.洞庭湖大橋3#主墩雙壁鋼圍堰施工技術研究[J].鐵路建筑技術，2016，（4）：20-24.endprint