近海橋梁水中承臺施工實例分析

■何 鋒

（福建省交通建設工程監理咨詢有限公司，福州 350001）

1 引言

近海水中橋梁都會碰到水中承臺施工的難題，必須采取各種圍堰輔助施工措施，主要是為承臺施工提供無水的干燥（水位可控的）施工環境，并有足夠的剛度。

2 近海水中承臺施工工法

經過多年的發展，近海水中承臺圍堰施工已經總結出較多的工法，其中目前廣泛采用的工法有三種，分析總結如下：

（1）鋼板樁圍堰

鋼板樁圍堰是最常用的一種板樁圍堰。鋼板樁是帶有鎖口的一種型鋼，其截面有直板形、槽形及Z形等，有各種大小尺寸及聯鎖形式。

優點：強度高，容易打入堅硬土層，可在深水中施工，必要時加斜支撐成為一個圍籠。防水性能好，整體剛度較強，能按需要組成各種外形的圍堰，并可多次重復使用。

適用：砂類土、黏性土、碎石土及風化巖等堅硬海（河）床，承臺落在海（河）底。

不適用：軟弱土層較厚、有大漂石及堅硬巖石的海（河）床不宜使用鋼板樁圍堰，承臺底標高在水面以下且距河床較高的情況。

（2）鋼吊箱圍堰

鋼吊箱圍堰是為承臺施工而設計的臨時阻水結構，其作用是通過吊箱圍堰側板和底板上的封底混凝土圍水，為（水中）承臺施工提供無水的干燥（水位可控的）施工環境。鋼吊箱的結構構造由底板、側板、內支撐、懸吊及定位系統組成。

優點：同鋼圍堰相比，鋼吊箱圍堰具有施工工期短，水流阻力小、利于通航，不需要沉入河床、施工難度小、砼用量小等特點，同時套箱懸掛于支撐系統上，不接觸河床，避免了河床高低不平的影響。

適用：吊箱圍堰一般用在海（河）床比較深，承臺底標高在水面以下且距河床較高的情況，特別是那種水流很急且河床不適于鋼套箱下沉的地質情況。

不適用：承臺處于海（河）床底。

（3）鋼套箱圍堰

鋼套箱圍堰和鋼吊箱圍堰區別在于后者無底板，需要下到海床底進行封底施工，其他設計計算基本相同。

優點：現場拼裝減少了安裝困難，避免適用大型機械設備打樁，具備埋深大、整體性及穩定性高于鋼板樁，能承受較大荷載。

適用：鋼套箱則適用于淺灘地帶，水流速較小，埋置不深、覆蓋層較薄、平坦巖石海（河）床等地質情況比較適于鋼套箱下沉的情況。

不適用：承臺底標高在水面以下且距河床較高的情況。軟弱土層較厚、水流很急、無底鋼套箱底部與土或巖層接觸面不均勻不密合易產生滲漏等河床不適于鋼套箱下沉的地質情況。

3 近海橋梁水中承臺施工實例

平潭高速代建工程金井灣大橋樁號范圍為K0+075.307～K2+098.580，全長 2.023km，其中 3～14# 墩水中墩，承臺均為矩形布置鋼筋混凝土結構，采用海工C40混凝土。屬于海上施工，受風浪和潮汐影響較大，施工難度較大，承臺作為下部結構主要受力構件，其頂標高多位于海平面以下，其中3#承臺落在海床底，4#～14#屬高樁承臺。

（1）方案比選

根據各工法的特點，結合現場地理地質水文條件，依據《公路鋼筋混凝土及預應力溷（混）凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2004）；《公路環境保護設計規范》（JTG B04-2010）；《公路橋涵施工技術規范》（JTT/T F50-2011） 中相關規定進行了方案比選。

1）由于該橋址處平均潮位差4.24m，海洋潮汐影響較大，水位較高，平均風速達到11.1m/s以上，流速較大，海床內淤泥深度較深為13.9～34.6m不等，對圍堰的剛度和穩定性要求較高，經過對拉森鋼板樁四型 （SP-Ⅳ）驗算，鋼板樁圍堰抗傾覆能力不足且阻水效果不能保證，故排除鋼板樁圍堰工法。

2）金井灣大橋4～14#承臺均屬于高樁承臺，經現場勘測，承臺底至海床底5～30m不等，具體水深受海洋潮汐影響較大，海床內淤泥深度較深為13.9～34.6m不等，平均風速達到11.1m/s以上，流速較大，不利于鋼套箱下放且難以與海床面密貼，密封施工較為困難，排除無底鋼套箱圍堰施工工法，鋼吊箱自帶底板，懸掛于支撐系統上，不接觸河床，能較好解決封底及下放的困難，故4～14#承臺選用鋼吊箱圍堰施工工法。

3）金井灣大橋3#承臺底標高為-2.5m，該處海床底標高為-1.45m，承臺落在海床底，埋置不深、覆蓋層較薄，該處海床經現場勘測，地勢較為平坦，海床底主要以巖石為主，硬度較高，鋼套箱可以比較方便下到底、封底工作實施方便，從施工的難易程度考慮，3#承臺選用鋼套箱圍堰工法。

最終比選結果：通過復核設計圖紙和現場勘測，根據海床、潮汐及水文情況、施工難易程度等因素，綜合考量決定，金井灣大橋3#承臺選用鋼套箱圍堰工法、4～14#承臺選用鋼吊箱圍堰施工工法。

（2）鋼吊箱圍堰方案設計

按照比選結果，選用3#承臺選用雙臂（壁）鋼套箱圍堰、4～14#承臺選用雙壁鋼吊箱圍堰。其中3#承臺無底雙壁鋼套箱相對4～14#承臺有底雙壁鋼吊箱而言，去掉了底板系統，鋼套箱側面壁板直接插入河床，并通過吸泥下沉至設計標高，澆筑封底混凝土后，使嵌入河床的鋼套箱與河床、封底混凝土共同組成封閉的臨時隔水結構。這里著重介紹一下4～14#承臺雙壁鋼吊箱圍堰方案設計如下圖1：

雙壁鋼吊箱圍堰由底板、側板、吊掛系統，水平支撐系統組成。鋼吊箱圍堰側板采用雙壁結構，側板同時兼作承臺模板。

吊箱底板由鋼板與底板龍骨焊接而成。底龍骨采用2［40a焊接，延長邊縱梁（橫橋向）為主梁，通常布置4跟，橫梁（順橋向）為次梁。縱橫梁交叉位置橫梁斷開與縱梁焊接，縱梁作為主梁不斷開。縱、橫梁之間在護筒周圍位置設置斜撐，同樣采用2[40a槽鋼。底面板在縱、橫龍骨間設置∠100×63×6角鋼加勁肋。吊桿底座設焊在縱梁（端吊桿梁除外）上為2[32a槽鋼。底面板為δ＝10mm鋼板，底面板與鋼護筒相交平面位置各留有圓孔洞，以利于下沉吊箱。

圖1 鋼吊箱圍堰分塊編號圖

側板采用雙壁結構，由內、外側面板、隔艙板、水平隔板、壁間斜撐桿組成，側板厚1.2m。分塊的原則主要是便于加工及運輸，避免產生超標變形。吊箱側板與側板之間的豎縫均采用螺栓連接，縫間設置6mm（壓縮后為2mm）泡沫橡膠墊以防漏水。側板的豎楞（接縫角鋼除外）均為工12.6工字鋼，間距350mm布置，側板的水平環板為（接縫角鋼除外）∠300×150×14角鋼，間跨1000mm布置，水平斜撐采用工12.6，內、外壁板通過工字鋼鋼支斜撐桿連成一體。隔倉板采用14mm鋼板，面板為10mm鋼板。側板的作用是與封底混凝土共同組成阻水結構，另一用途是兼作承臺施工的外模板。

吊箱內支撐設在吊箱側板內側，分為上下兩層，均為水平支撐，。主線13、14#墩輔道0、1#墩因圍堰尺寸較小，不設置內支撐。每一層水平支撐布置為中間橫向（順橋向）即垂直長邊方向設置兩道鋼管支撐柱。支撐柱為Φ630×8鋼管。

吊掛系統由縱、橫梁、吊桿及鋼護筒組成。吊掛系統的作用是承擔吊箱自重及圍堰下放。

橫（順水方向）梁，共計兩排，分別設在鋼護筒頂上，每排橫梁由兩片貝雷組成。貝雷橫梁支點設專用支座（牛腿）焊接于護筒內側，采用U型螺栓將貝雷固定在鋼護筒內側的專用支座（牛腿）上。貝雷橫梁的作用是支承縱梁，并將縱梁傳遞的荷載（通過護筒）傳給基樁。

縱梁：縱（順橋向）梁設置在貝雷橫梁上，共四排，每排由2[40a槽鋼組成。縱梁的作用是支承吊桿，并將吊桿荷載傳給貝雷橫梁。

吊桿由Φ32mm精軋螺紋粗鋼筋及與之配套的連接器、螺帽等組成，每個吊箱4根吊桿，重量6.5t。吊桿下端固定到底板的吊桿底座上，上端固定到支架的縱梁上。吊桿的作用是將吊箱自重及封底混凝土的重量傳給支架縱梁。

吊箱定位系統的導向裝置由導向鋼板及定位孔組成。導向板為厚度δ=16mm鋼板，端部制成圓弧，分別焊于吊箱4個角部位，導向板端部至鋼護筒外壁之間留一定的空隙；定位孔是利用吊箱底板6個護筒孔洞作為定位孔，配合導向鋼板控制下沉吊箱的平面位置，限制圍堰下沉時移動方向。

（3）鋼吊箱圍堰方案實施情況

金井灣大橋4～14#承臺雙壁鋼吊箱圍堰施工工藝流程如圖2：

圖2 鋼吊箱圍堰施工工藝流程

施工過程中主要控制的要點如下：

1）鋼吊箱拼裝下放：在鋼吊箱的拼裝過程中應嚴格控制其每個構件的制造精度，確保每個連接面結構的準確性，以保證在現場安裝能順利進行。所有對接焊縫均要求三級熔透焊縫，焊縫要求質量良好，密封不漏水，焊縫要求做煤油滲透試驗。吊掛系統安裝完成后，使用千斤頂配合吊掛系統將鋼吊箱下放，下放時保持水平，以防止圍堰底板與鋼護筒相碰，每下放5cm即調平一次直至圍堰自浮，拆除吊掛系統，向圍堰側壁倉內注水，每下放5cm即調平一次，直至下放到指定標高，在低水位時，將撐桿頂部焊接到護筒上，固定鋼吊箱。

2）鋼吊箱封底：封底是吊箱施工成敗的關鍵，鋼吊箱封底前應進行基底處理，先由潛水員下去檢查底板是否與側板脫開，底板在下沉過程中是否有脫焊，如果發生以上此種情況，應馬上處理。對于鋼護筒與底板之間的喇叭口縫隙，潛水員水下用環形封堵板封堵。封堵板與吊箱底板間加裝一層橡膠墊片以利止水。在澆灌封底混凝土之前必須檢查所有內拉桿是否全部完好，打開側板連通孔，主要是在封底時減少鋼吊箱內水位與外側水位的壓力差防止發生爆模事故，最后澆灌封底混凝土。根據施工經驗，封底水下混凝土砼的塌落度控制在18～22cm之間，最好分兩次進行，第一次澆灌至距封底頂面50cm處，待混凝土達到80%強度后抽水，再澆筑剩余50cm混凝土封底，這樣可以使封底頂面平整，防止由于封底混凝土超高帶來的返工損失。

3）鋼吊箱內抽水：封底混凝土達到設計強度后，封堵側板連通孔，圍堰內抽水。在抽水過程中要注意觀察圍堰變形情況，確保圍堰抽水安全，同時如果水位下降速度偏慢，與理論數據相差較大，則說明滲水較大，則派潛水員下水尋找滲漏點，并采取措施進行堵漏。

4）滲水處理：由于封底混凝土和圍堰及護筒之間存在鐵銹，易發生漏水情況，對滲水較大的地方根據現場實際情況開挖相應的匯水溝和蓄水槽，采用潛水泵抽水。承臺施工過程中溝槽上鋪一塊鋼板，防止混凝土滲漏到蓄水槽中。

自2016年6月底至2016年12月底，6個月的施工期，3#-14#墩 24個承臺在經歷了6個臺風、6天文大潮后順利施工完成，水中墩全部順利出水，未出現爆模、傾覆、扭曲等異常現象，水中承臺結構尺寸、強度均滿足設計要求，施工過程未出現質量安全事故，高效地達到了預期的效果。

4 結束語

近海水中承臺的施工主要是對圍堰工法的選擇，目前采用的幾種工法均有不同的適應工況，在進行方案比選時，必須要認真地開展地勘工作，要摸清楚承臺所處的海床底的地形情況和地質結構，同時，要精確掌握季節性的水文潮汐情況，針對性的選用合適工法，方能達到高效、安全的生產目的。編制具體結構設計方案時，我們著重要做好鋼圍堰的剛度設計及驗算，確保結構穩定可靠；在具體實施階段，我們要堅持以監控量測為指導，嚴控鋼吊箱拼裝、下放及封底施工質量安全，這是鋼圍堰施工的關鍵。

[1]黃志峰.鋼吊箱圍堰的結構設計與施工.山西建筑，2007，33（20）.

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

[3]JTT/T F50-2011，公路橋涵施工技術規范[S].

[4]SL 645-2013，水利水電工程圍堰設計規范[S].

[5]福建省高速公路施工標準化管理指南.