南龍鐵路深水基礎水下連續(xù)墻圍堰施工技術

張爽

摘 要： 隨著我國鐵路建設的快速發(fā)展，橋梁工程數(shù)量也是日益增多，伴隨著的跨江跨河也將日益增多。深水基礎圍堰的施工也就顯得尤為重要，每一座深水基礎橋梁都有其獨特的地質(zhì)環(huán)境。水下混凝土施工連續(xù)墻圍堰既可以防水、圍水，又可以支撐基坑的坑壁。可利用后續(xù)引孔栽樁方式解決了深水區(qū)無覆蓋層河床棧橋鋼管柱錨固的難題。采用機械成槽水下混凝土連續(xù)墻圍堰，解決了不允許爆破的條件下傾斜裸露河床上深水承臺施工的難題。

關鍵詞： 圍堰；水下混凝土連續(xù)墻；基礎

一、工程概況

工程位于福建省沙縣至三明區(qū)間，橋址位于城關水電站大壩上游300m處，承臺最近處距既有鷹廈鐵路13米。城關沙溪大橋全長399.89m，由2個橋臺3個橋墩組成，孔跨布置采用1-32m簡支T梁+（96+160+96）m連續(xù)剛構。本工程涉及到3號橋墩位于沿沙溪水流走向左側，承臺長21.9m，寬15m，高5m，承臺頂面標高位于設計水位下2.3m，水下為裸露凝灰熔巖，強度為550-1000KPa。2號墩至3號墩跨越沙溪河水庫水面寬度較寬，現(xiàn)狀為V（II）級航道，規(guī)劃為V級航道，雙向通航，3號墩至4號橋臺以邊跨96m跨鷹廈鐵路。

二、深水基礎圍堰方案比選

本工程橋墩位于鷹廈鐵路旁，其承臺位置施工時會影響到既有鷹廈鐵路邊坡，承臺范圍內(nèi)巖層呈現(xiàn)斜面狀，其巖石斜面傾斜度達到70o，合適選擇施工圍堰形式尤為重要。經(jīng)過研究決定在鋼套箱圍堰方案和水下連續(xù)墻圍堰方案之間進行比選。

沙溪河地質(zhì)狀況與設計文件描述存在出入，設計中描述有約1-2m 的覆蓋層，實際沒有覆蓋層，圍堰范圍河底均為裸露巖石。同時圍堰范圍緊鄰鷹廈鐵路邊坡，施工時還需考慮到鐵路運行安全。

（一）方案比選從工期和經(jīng)濟以及安全的角度進行比較

采用鋼套箱圍堰施工技術方案。以下問題難以解決：

1.由于巖石傾斜面角度較大，剛套箱整體直接入巖止水的難度太大且周期較長。

2.由于場地受限，剛套箱的加工安裝以及整體吊裝受限。

3.鋼套箱圍堰下水、定位、下沉等工序水繁多。本橋采用鋼套箱圍堰進行主墩水下基礎施工難度較大。

4.3號墩位于既有鷹廈鐵路路基邊坡旁，如采用鋼套箱圍堰，使鋼套箱與鐵路路基邊坡能有效的連接并達到足夠的防水要求是非常困難的。

（二）方案比選采用方案及優(yōu)點

根據(jù)本工程現(xiàn)場實際情況，圍堰處沙溪河底巖石裸露，均為弱風化凝灰熔巖（淺肉紅色，青灰色，凝灰結構，巖質(zhì)堅硬，裂隙一般發(fā)育，δ0=1000kpa），實測河床標高大致在 105.2m～110.1m，承臺底標高為107.199m，河床較為陡峭。橋梁下游300m為一水電站，蓄水期水流速度較為緩慢，可利用蓄水期間進行圍堰施工。經(jīng)過論證，最后確定采用“U”型水下混凝土連續(xù)墻圍堰進行水下基礎施工的技術方案。優(yōu)點在于：1.能夠保證工期情況下水下混凝土的模板分塊分節(jié)加工及安裝，加工安全速度較快。2.剛套箱下水需要一套大噸位浮吊及吊車，采用水下混凝土連續(xù)墻的模板吊運，可以利用本橋鋼棧橋上搭設吊車進行吊裝作用。而浮吊系統(tǒng)可以繼續(xù)在橋墩施工范圍內(nèi)縱向運輸，節(jié)約施工成本。終上所述最終選擇水下混凝土連續(xù)墻圍堰作為采用方案。

三、 水下連續(xù)墻圍堰施工方案

（一）施工工藝流程

圍堰基礎砸槽施工及栽樁法鋼管樁安裝→管柱基礎施工→模板安裝→模板加固→鋼筋網(wǎng)片安裝→連續(xù)墻圍堰水下混凝土澆筑→圍堰內(nèi)抽水加固→承臺范圍內(nèi)巖層鑿除→承臺及墩身混凝土澆筑

（二） 施工工藝

1. 圍堰鋼管樁及基礎施工

圍堰鋼管樁植入及巖面砸槽施工利用既有3號墩水上樁基施工平臺進行。鋼管樁采用直徑402mm無縫鋼管，上、下游側按3.0m間距布置，上游側布置8根鋼管樁，間距3m、下游側布置6根鋼管樁，間距3m、靠近河流側共布置7根鋼管樁，間距3.2m。施工前再次由潛水員確認水下地質(zhì)情況結合人員測量情況繪制準確地質(zhì)圖，并依據(jù)地質(zhì)圖編制圍堰平面圖。

鋼管樁采用栽樁法施工，利用孔徑φ1.5m沖擊鉆成孔，樁孔進入巖層深度不少于2.0m。在管樁成孔的同時，上下游側基礎利用既有沖擊鉆將管樁間巖面順坡度砸成臺階式溝槽，溝槽寬度不小于2.0m，嵌入巖層深度不小于1.0m。河流側溝槽利用沖擊鉆砸成同一深度溝槽。管樁基礎及溝槽施工完畢后，采用高壓風對管樁基礎及溝槽由高到低進行逐段清理，保證浮渣清理干凈。按設計位置放置鋼管樁并連接固定，經(jīng)檢查無誤后管樁基礎內(nèi)灌注C30水下混凝土填充至溝槽底面。鋼管樁栽埋應嚴格控制其垂直度，并保證同排鋼管樁形心在同一平面上，這樣才能保證鋼管樁與連續(xù)墻模板連接時線性順直。

2.水下混凝土連續(xù)墻施工

連續(xù)墻圍堰結構形狀采用“U”型，水下混凝土連續(xù)墻基礎清理施工完畢后，即可進行水下混凝土連續(xù)墻施工。連續(xù)墻立模后采用水下混凝土澆筑的施工方法。

（1）連續(xù)墻內(nèi)外模采用大塊鋼模，拼裝成整體采用吊車起吊安裝就位，底部模板（與連續(xù)墻底部基巖面接觸部分根據(jù)實際坡面單獨逐段制作，確保模板與連續(xù)墻基礎面基本密貼。與鋼板樁圍堰相接處做好密封措施，模板安裝時利用3米一道鋼管樁作內(nèi)支撐，鋼管樁間范圍模板采用對拉桿加固，間距0.75×0.75m。為保證連續(xù)墻60cm厚度砼，沿直徑402mm鋼管樁基礎兩側焊接工10cm長12mm厚鋼板，為預防鋼筋骨架放入后靠近鋼模，在每段模板側豎向插入φ48鋼管3根，水下基槽完成一段，澆筑一段，逐段完成連續(xù)墻砼澆筑。

（2）為保證連續(xù)墻混凝土整體受力，避免由于受力不均局部混凝土產(chǎn)生破壞影響止水效果，連續(xù)墻內(nèi)安裝鋼筋骨架。骨架主筋采用φ20螺紋鋼，面筋采用既有的φ10鋼筋網(wǎng)片。鋼筋骨架主筋豎向間距1m， 橫向間距0.5m，將φ10鋼筋網(wǎng)片焊接在骨架兩側成整體，按鋼管樁間距分段制作吊裝。鋼筋骨架尺寸底部與模型底部相同，頂部高度控制在承臺面，骨架長度實測鋼管樁凈距扣除20cm控制，承臺以上不設鋼筋骨架，為了使鋼筋骨架盡量靠近φ402管樁兩側，確保整體受力，橫向連接鋼筋控制在端口40cm。

（3）連續(xù)墻水下混凝土灌注前，由潛水員下水檢查模板與連續(xù)墻底部基巖面密貼情況，對密貼較差部分用砂袋在模板外堆碼堵塞。為確保連續(xù)墻施工質(zhì)量，布置3根導管進行連續(xù)墻水下混凝土澆筑，從迎水面開始向二側逐漸往岸邊進行澆筑，先閉合上游圍堰面，再閉合下游圍堰面，最后與河岸形成閉合圍堰。為防止水下混凝土澆筑不密實或與巖體接觸不牢固，在連續(xù)墻內(nèi)每隔3米預留注漿孔。為后期圍堰漏水加固施工做好準備工作。

為防止因施工縫原因造成圍堰內(nèi)滲水，連續(xù)墻分塊整次澆筑。二次豎向分塊間澆筑增加止水帶來保證防水。待混凝土強度達到80% ，拆除圍檁內(nèi)側底腳 2m高的模板，封底混凝土澆筑前，再次由潛水工下水對圍堰基礎進行清理，然后澆筑環(huán)型封底 C30 水下混凝土，一次性澆筑高度 120cm，寬度100cm。

3. 圍堰抽水加固及鑿除巖層

3號墩水下混凝土連續(xù)墻及封底混凝土施工完畢后，拆除水上施工平臺，待封底混凝土達到強度后進行圍堰內(nèi)抽排水工作，排水至預定內(nèi)圍檁設置標高后停止排水及時進行圍檁加固后繼續(xù)排水，排水完成后承臺施工范圍內(nèi)巖層鑿除。加固具體布置見上圖3-2 連續(xù)墻圍堰支撐加固圖。

4.圍堰的順利實施，為后續(xù)承臺、墩身以及橋梁上部的施工奠定了基礎，城關沙溪大橋最終也按期保質(zhì)的順利完成。

四、 水下連續(xù)墻的施工中存在問題及解決方法

混凝土圍堰在受力設計好以后進行施工，理論施工不存在問題，但施工過程中對于深水圍堰來講，同樣存在圍堰的漏水止水問題。3號墩水下連續(xù)墻圍堰在施工過程中存在以下問題：

（一）連續(xù)墻與巖面接觸部位漏水問題

由于3號墩位處同樣是裸露巖面，且?guī)r面較為傾斜，連續(xù)墻與巖面接觸溝槽是通過沖擊鉆機砸槽后而形成的，因此就存在在砸槽過程中泥渣堆積，造成部分溝槽內(nèi)虛渣未有效清除，因此形成薄弱空隙層，造成圍堰抽水后形成漏水點。針對此類問題，當圍堰底部經(jīng)水壓擊穿后同樣需要對漏水進水點進行有效的處理，并覆蓋適當范圍的覆蓋層，同時需要對連續(xù)墻底部進行雙液壓漿封閉，使得連續(xù)墻底部與巖層接觸的所有空隙面密實。

3號墩沖擊鉆砸槽形成槽面虛碴清理情況，由潛水員下水進行確認，確認是否清理干凈，有無虛渣。

（二）水下連續(xù)墻本身施工質(zhì)量問題

3號墩水下連續(xù)墻是采用水下立模進行澆筑連續(xù)混凝土結構，因此混凝土的澆筑質(zhì)量將直接影響圍堰的受力穩(wěn)定及圍堰的止水能力，沙溪大橋3號墩水下連續(xù)墻混凝土施工質(zhì)量局部較差，導致施工過程中存在部分漏水情況。針對墻體漏水點，采用雙液注漿及用棉絮封堵保證止水效果，其最主要的解決辦法為從源頭控制，做好水下混凝土澆筑時導管布置設計，確保混凝土澆筑連續(xù)，控制好水下混凝土混凝土澆筑質(zhì)量，確保連續(xù)墻體混凝土密實。

五、 結語

采用水下混凝土連續(xù)墻圍堰，為在特定條件下進行圍堰基礎施工開辟了一種新途徑。該方法比鋼套箱圍堰經(jīng)濟，能夠縮短工期、節(jié)約成本。該方法適用于江河水流無流速或流速較小，水深在 10m 以內(nèi)，河床覆蓋層較薄或無覆蓋層、巖石裸露的工程現(xiàn)場情況。可利用后續(xù)施工的采用引孔栽樁方式解決了深水區(qū)無覆蓋層河床棧橋及鉆孔平臺鋼管柱錨固的難題，保證了棧橋及平臺基礎穩(wěn)定。采用機械成槽鋼筋混凝土連續(xù)墻圍堰，解決了不允許爆破的條件下傾斜裸露河床上深水承臺施工的難題。

參考文獻

[1]沈其明，涂忠仁.混凝土連續(xù)墻在橋梁工程水下基礎圍堰忠的應用.施工技術.1002-8498（2010）12-0050-03.