潮汐條件下雙壁鋼套箱圍堰吸泥下沉精度控制

張學(xué)鑫

（浙江交工集團股份有限公司大橋分公司 316052）

圍堰是一種擋水結(jié)構(gòu)，其作用是為橋梁的承臺和墩身（塔身）施工提供無水條件。鋼套箱圍堰無底，通常適用于標(biāo)高較低、埋置較深的承臺，即深水低樁承臺。鋼套箱圍堰具有埋置深度大、整體性強、穩(wěn)定性好、能承受較大的豎向荷載和水平荷載等特點，通常采用吸泥下沉的施工方法使其整體下沉到位。

鋼套箱圍堰在吸泥下沉過程中，受水位變化、河床沖刷、埋置深度等因素影響，容易發(fā)生傾斜、突沉等情況，尤其是受潮汐影響的大潮差、大沖刷條件下更難控制。圍堰一旦發(fā)生大的傾斜突沉，將很難糾偏，同時對人身安全是極大的威脅，進而對安全、質(zhì)量、工期等造成較大的影響。

1 工程概況

溫州甌江某特大橋，采用主跨300m雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，主塔采用鉆石型索塔。

主墩處地質(zhì)情況如下：江底浮砂層厚0.52m；淤泥層層厚16.2m，灰色，流塑，基本承載力40kPa。圍堰下沉到位后，入土深度11.4m，刃腳位于淤泥層內(nèi)。

主墩處設(shè)計水流速度2.07m/s，最高通航水位+5.63m，十年一遇最高水位+5.13m，一般漲潮最高水位為+4.5m，落潮最低水位為-1.5m。該處潮汐性質(zhì)為規(guī)則半日潮，每天兩次漲潮兩次落潮，平均潮差6m。

主墩圍堰采用圓形雙壁鋼套箱圍堰，圍堰內(nèi)徑31.5m，外徑33.9m，壁厚1.2m，總高度25.3m，圍堰壁倉注水、灌注混凝土后總重量4015.6t。圍堰上設(shè)置了兩層導(dǎo)向裝置，用于限制圍堰平面偏位。

2 保證圍堰下沉精度的意義

主墩雙壁鋼套箱圍堰作為主墩承臺和索塔施工的擋水結(jié)構(gòu)，必須一次下沉成功，否則將對工期和成本造成極大的損失。17#主墩雙壁鋼套箱圍堰下沉后入水24.8m，進入河床以下11.4m。下沉過程中若發(fā)生圍堰突沉、嚴重傾斜等，對人員、設(shè)備存在較大安全威脅。甌江特大橋是樂清灣鐵路全線的重點控制性工程，主墩鋼套箱圍堰平穩(wěn)、順利下沉，對確保工期意義重大。

3 圍堰下沉施工初期情況

圍堰于2016年9月6日夜間開始吸泥施工。通過對圍堰姿態(tài)的測量觀測，發(fā)現(xiàn)前4d，圍堰的最大高差達到79cm。根據(jù)《鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》（TB10415-2003）規(guī)定，雙壁鋼圍堰允許傾斜度偏差為1/50，則對應(yīng)的允許高差為68cm，而目前圍堰實際高差為79cm大于允許值，不滿足要求。

為了使圍堰在下沉過程中平穩(wěn)均勻，從而保證安全、工期，同時考慮圍堰姿態(tài)對后期承臺施工的影響，確定圍堰精度的控制目標(biāo)為：在吸泥下沉過程中及終沉就位時，將圍堰頂高差控制在35cm。

4 影響圍堰下沉精度的原因分析及確認要因

從人員、機械、方法、環(huán)境、測量五個方面分析影響圍堰不均勻下沉的主要因素。通過分析，得出影響圍堰下沉精度的末端因素主要有10個，分別為：培訓(xùn)不到位；吸泥設(shè)備配置不當(dāng)；吸泥指令不明確；制造誤差大；土層分布不均勻；潮汐對河床沖刷大；潮汐條件下水位變化大；河床不平整；測點數(shù)量偏少，測量頻率低；測量儀器偏差。對這10個末端因素逐個進行分析，找出影響圍堰不均勻下沉的要因。

4.1 培訓(xùn)不到位

確認內(nèi)容：施工前，項目部已經(jīng)對所有作業(yè)人員進行了技術(shù)交底。分析結(jié)果：非要因。

4.2 吸泥設(shè)備配置不當(dāng)

確認內(nèi)容：現(xiàn)場配備4臺空壓機型號相同，2套吸泥管直徑相同，吸泥效率相同。分析結(jié)果：非要因。

4.3 吸泥指令不明確

確認內(nèi)容：沒有向現(xiàn)場明確具體的吸泥區(qū)域和吸泥深度，吸泥指令不明確。分析結(jié)果：要因。

4.4 制造誤差大

確認內(nèi)容：圍堰拼裝完成后頂面相對高差在規(guī)范允許范圍內(nèi)（20mm）。分析結(jié)果：非要因。

4.5 土層分布不均勻

確認內(nèi)容：根據(jù)前期地勘和吸泥渣樣，實際地質(zhì)與設(shè)計基本一致，且土層均勻。分析結(jié)果：非要因。

4.6 潮汐對河床沖刷大

確認內(nèi)容：根據(jù)測量統(tǒng)計，在潮汐作用下，圍堰外側(cè)上、下游河床標(biāo)高不斷變化，變化值為1m左右，從而造成圍堰入土深度不均勻。分析結(jié)果：要因。

4.7 潮汐條件下水位變化大

確認內(nèi)容：根據(jù)圍堰受力特點和現(xiàn)場記錄，圍堰下沉都發(fā)生在低潮期間。吸泥不均勻，會造成埋深不一致，使圍堰受力不均，引起傾斜。分析結(jié)果：要因。

4.8 河床不平整

確認內(nèi)容：在圍堰著床前，已經(jīng)對河床進行吸泥整平，整平后河床高差在15cm以內(nèi)，基本平整。分析結(jié)果：非要因。

4.9 測點數(shù)量偏少，測量頻率低

確認內(nèi)容：圍堰內(nèi)共設(shè)置了38個測點，每天早晚各測量一次，測點數(shù)量和測量頻率均符合要求。分析結(jié)果：非要因。

4.1 0測量儀器偏差

確認內(nèi)容：測量儀器使用前，均按要求進行了校核，符合要求。分析結(jié)果：非要因。

經(jīng)過分析，最終得出要因為：吸泥指令不明確、潮汐對河床沖刷大、潮汐條件下水位變化大。

5 制定應(yīng)對措施

對得出的3個要因分別制定專門的應(yīng)對措施。

5.1 吸泥指令不明確

應(yīng)對措施：掌握吸泥動態(tài)，明確下步指令。

執(zhí)行方法：①每班后及時測量圍堰標(biāo)高、泥面標(biāo)高、圍堰埋深等；②每班后召開碰頭會，根據(jù)測量數(shù)據(jù)分析下一步吸泥計劃；③根據(jù)碰頭會研究結(jié)果下達正式吸泥指令指導(dǎo)下步施工。

5.2 潮汐對河床沖刷大

應(yīng)對措施：短時間內(nèi)增加圍堰的埋深，從而降低沖刷的影響。

執(zhí)行方法：①沿著圍堰內(nèi)壁分層均勻吸泥，減少側(cè)摩阻力，使圍堰較快下沉；②圍堰埋深足夠且穩(wěn)定后，中間區(qū)域吸泥找平；③再重復(fù)上述方法使圍堰下沉到位。

5.3 潮汐條件下水位變化大

應(yīng)對措施：加強吸泥控制，保證圍堰埋深均勻，使圍堰在低水位時平穩(wěn)下沉。

執(zhí)行方法：①嚴格按照正式指令吸泥，嚴禁隨意更改指令；②做好實際測量和記錄；③加強低潮期的測量檢測。

6 組織實施

（1）組織實施一：掌握吸泥動態(tài)、明確下步指令

措施一、及時準(zhǔn)確測量：每班后，及時測量圍堰頂面標(biāo)高和泥面標(biāo)高，計算圍堰埋深，填好記錄表。

措施二、每天召開碰頭會：每天早上7：30、下午17：30在會議室吸泥下沉質(zhì)量碰頭會，根據(jù)測量數(shù)據(jù)，對本臺班吸泥進行分析，對下一臺班吸泥區(qū)域及深度進行安排。

措施三、下達正式指令：根據(jù)本臺班測量的數(shù)據(jù)值及會議確定的結(jié)果，將下一臺班吸泥指令下發(fā)至現(xiàn)場副經(jīng)理、技術(shù)人員、施工作業(yè)負責(zé)人，嚴格按照吸泥指令進行作業(yè)。

（2）組織實施二：短時間內(nèi)增加圍堰的埋深

該圍堰不同于一般沉井，底部沒有設(shè)置隔墻，通過研究決定采用先吸圍堰內(nèi)壁，后吸中間的方案，使圍堰在短時間增加埋深，從而降低河床沖刷的影響。

（3）組織實施三：加強控制，使圍堰在低水位時平穩(wěn)下沉

嚴格按照50cm/層分層均勻吸泥、加強觀測。嚴格按照吸泥指令的要求吸泥，決不擅自改變吸泥區(qū)域和深度，確保圍堰的埋深均勻；加強低平潮期間的觀測，實施掌握圍堰的動態(tài)。

7 效果檢查

應(yīng)對措施組織實施后，現(xiàn)場于9月10日～9月14日對圍堰進行快速下沉作業(yè)，期間圍堰下沉了約3m，最大高差0.49m；9月15日～9月21日對圍堰中心區(qū)域補吸，期間圍堰下沉了約0.25m，最大高差0.23m；9月22日～9月29日采取同樣方法使圍堰快速下沉至設(shè)計標(biāo)高，最終高差為0.27m。

現(xiàn)場按照既定對策認真組織實施，圍堰頂高差由79cm降低至21.7cm，達到了預(yù)期目標(biāo)。

8 結(jié)語

在應(yīng)對措施組織實施后，自9月10日～9月29日，圍堰總計下沉9.78m，圍堰下沉?xí)r頂面高差除9月10日為0.49m外，均小于0.3m。施工期間未進行專門的糾偏，既保證了下沉質(zhì)量和工期，又節(jié)約了成本，為后續(xù)承臺、索塔施工打下了良好的基礎(chǔ)。

[1]劉愛林.寧安鐵路安慶長江大橋主塔墩深水基礎(chǔ)施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2012（2）：73～77.

[2]趙順濤，潘軍.南京大勝關(guān)長江大橋6號主墩超大型鋼套箱圍堰下沉控制技術(shù)[J].世界橋梁，2008（3）：22～24，35.

[3]中鐵三局集團有限公司.客貨共線鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南[M].北京：中國鐵道出版社，2009：88～89.