南龍鐵路深水基礎(chǔ)水下連續(xù)墻圍堰施工技術(shù)

張爽

摘 要： 隨著我國(guó)鐵路建設(shè)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(chǔ)圍堰的施工也就顯得尤為重要，每一座深水基礎(chǔ)橋梁都有其獨(dú)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?？衫煤罄m(xù)引孔栽樁方式解決了深水區(qū)無(wú)覆蓋層河床棧橋鋼管柱錨固的難題。采用機(jī)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(tái)施工的難題。

關(guān)鍵詞： 圍堰；水下混凝土連續(xù)墻；基礎(chǔ)

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(guān)水電站大壩上游300m處，承臺(tái)最近處距既有鷹廈鐵路13米。城關(guān)沙溪大橋全長(zhǎng)399.89m，由2個(gè)橋臺(tái)3個(gè)橋墩組成，孔跨布置采用1-32m簡(jiǎn)支T梁+（96+160+96）m連續(xù)剛構(gòu)。本工程涉及到3號(hào)橋墩位于沿沙溪水流走向左側(cè)，承臺(tái)長(zhǎng)21.9m，寬15m，高5m，承臺(tái)頂面標(biāo)高位于設(shè)計(jì)水位下2.3m，水下為裸露凝灰熔巖，強(qiáng)度為550-1000KPa。2號(hào)墩至3號(hào)墩跨越沙溪河水庫(kù)水面寬度較寬，現(xiàn)狀為V（II）級(jí)航道，規(guī)劃為V級(jí)航道，雙向通航，3號(hào)墩至4號(hào)橋臺(tái)以邊跨96m跨鷹廈鐵路。

二、深水基礎(chǔ)圍堰方案比選

本工程橋墩位于鷹廈鐵路旁，其承臺(tái)位置施工時(shí)會(huì)影響到既有鷹廈鐵路邊坡，承臺(tái)范圍內(nèi)巖層呈現(xiàn)斜面狀，其巖石斜面傾斜度達(dá)到70o，合適選擇施工圍堰形式尤為重要。經(jīng)過(guò)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(jìn)行比選。

沙溪河地質(zhì)狀況與設(shè)計(jì)文件描述存在出入，設(shè)計(jì)中描述有約1-2m 的覆蓋層，實(shí)際沒(méi)有覆蓋層，圍堰范圍河底均為裸露巖石。同時(shí)圍堰范圍緊鄰鷹廈鐵路邊坡，施工時(shí)還需考慮到鐵路運(yùn)行安全。

（一）方案比選從工期和經(jīng)濟(jì)以及安全的角度進(jìn)行比較

采用鋼套箱圍堰施工技術(shù)方案。以下問(wèn)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(zhǎng)。

2.由于場(chǎng)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(jìn)行主墩水下基礎(chǔ)施工難度較大。

4.3號(hào)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(dá)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(diǎn)

根據(jù)本工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，圍堰處沙溪河底巖石裸露，均為弱風(fēng)化凝灰熔巖（淺肉紅色，青灰色，凝灰結(jié)構(gòu)，巖質(zhì)堅(jiān)硬，裂隙一般發(fā)育，δ0=1000kpa），實(shí)測(cè)河床標(biāo)高大致在 105.2m～110.1m，承臺(tái)底標(biāo)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(jìn)行圍堰施工。經(jīng)過(guò)論證，最后確定采用“U”型水下混凝土連續(xù)墻圍堰進(jìn)行水下基礎(chǔ)施工的技術(shù)方案。優(yōu)點(diǎn)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(chē)，采用水下混凝土連續(xù)墻的模板吊運(yùn)，可以利用本橋鋼棧橋上搭設(shè)吊車(chē)進(jìn)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(yùn)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(chǔ)砸槽施工及栽樁法鋼管樁安裝→管柱基礎(chǔ)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(tái)范圍內(nèi)巖層鑿除→承臺(tái)及墩身混凝土澆筑

（二） 施工工藝

1. 圍堰鋼管樁及基礎(chǔ)施工

圍堰鋼管樁植入及巖面砸槽施工利用既有3號(hào)墩水上樁基施工平臺(tái)進(jìn)行。鋼管樁采用直徑402mm無(wú)縫鋼管，上、下游側(cè)按3.0m間距布置，上游側(cè)布置8根鋼管樁，間距3m、下游側(cè)布置6根鋼管樁，間距3m、靠近河流側(cè)共布置7根鋼管樁，間距3.2m。施工前再次由潛水員確認(rèn)水下地質(zhì)情況結(jié)合人員測(cè)量情況繪制準(zhǔn)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(jìn)入巖層深度不少于2.0m。在管樁成孔的同時(shí)，上下游側(cè)基礎(chǔ)利用既有沖擊鉆將管樁間巖面順坡度砸成臺(tái)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(cè)溝槽利用沖擊鉆砸成同一深度溝槽。管樁基礎(chǔ)及溝槽施工完畢后，采用高壓風(fēng)對(duì)管樁基礎(chǔ)及溝槽由高到低進(jìn)行逐段清理，保證浮渣清理干凈。按設(shè)計(jì)位置放置鋼管樁并連接固定，經(jīng)檢查無(wú)誤后管樁基礎(chǔ)內(nèi)灌注C30水下混凝土填充至溝槽底面。鋼管樁栽埋應(yīng)嚴(yán)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(shí)線性順直。

2.水下混凝土連續(xù)墻施工

連續(xù)墻圍堰結(jié)構(gòu)形狀采用“U”型，水下混凝土連續(xù)墻基礎(chǔ)清理施工完畢后，即可進(jìn)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(chē)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(shí)際坡面單獨(dú)逐段制作，確保模板與連續(xù)墻基礎(chǔ)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(shí)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(duì)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(chǔ)兩側(cè)焊接工10cm長(zhǎng)12mm厚鋼板，為預(yù)防鋼筋骨架放入后靠近鋼模，在每段模板側(cè)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(cè)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(tái)面，骨架長(zhǎng)度實(shí)測(cè)鋼管樁凈距扣除20cm控制，承臺(tái)以上不設(shè)鋼筋骨架，為了使鋼筋骨架盡量靠近φ402管樁兩側(cè)，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(duì)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(dǎo)管進(jìn)行連續(xù)墻水下混凝土澆筑，從迎水面開(kāi)始向二側(cè)逐漸往岸邊進(jìn)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(shí)或與巖體接觸不牢固，在連續(xù)墻內(nèi)每隔3米預(yù)留注漿孔。為后期圍堰漏水加固施工做好準(zhǔn)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(lái)保證防水。待混凝土強(qiáng)度達(dá)到80% ，拆除圍檁內(nèi)側(cè)底腳 2m高的模板，封底混凝土澆筑前，再次由潛水工下水對(duì)圍堰基礎(chǔ)進(jìn)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(hào)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(tái)，待封底混凝土達(dá)到強(qiáng)度后進(jìn)行圍堰內(nèi)抽排水工作，排水至預(yù)定內(nèi)圍檁設(shè)置標(biāo)高后停止排水及時(shí)進(jìn)行圍檁加固后繼續(xù)排水，排水完成后承臺(tái)施工范圍內(nèi)巖層鑿除。加固具體布置見(jiàn)上圖3-2 連續(xù)墻圍堰支撐加固圖。

4.圍堰的順利實(shí)施，為后續(xù)承臺(tái)、墩身以及橋梁上部的施工奠定了基礎(chǔ)，城關(guān)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(wèn)題及解決方法

混凝土圍堰在受力設(shè)計(jì)好以后進(jìn)行施工，理論施工不存在問(wèn)題，但施工過(guò)程中對(duì)于深水圍堰來(lái)講，同樣存在圍堰的漏水止水問(wèn)題。3號(hào)墩水下連續(xù)墻圍堰在施工過(guò)程中存在以下問(wèn)題：

（一）連續(xù)墻與巖面接觸部位漏水問(wèn)題

由于3號(hào)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(guò)沖擊鉆機(jī)砸槽后而形成的，因此就存在在砸槽過(guò)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(diǎn)。針對(duì)此類(lèi)問(wèn)題，當(dāng)圍堰底部經(jīng)水壓擊穿后同樣需要對(duì)漏水進(jìn)水點(diǎn)進(jìn)行有效的處理，并覆蓋適當(dāng)范圍的覆蓋層，同時(shí)需要對(duì)連續(xù)墻底部進(jìn)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(shí)。

3號(hào)墩沖擊鉆砸槽形成槽面虛碴清理情況，由潛水員下水進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)是否清理干凈，有無(wú)虛渣。

（二）水下連續(xù)墻本身施工質(zhì)量問(wèn)題

3號(hào)墩水下連續(xù)墻是采用水下立模進(jìn)行澆筑連續(xù)混凝土結(jié)構(gòu)，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(hào)墩水下連續(xù)墻混凝土施工質(zhì)量局部較差，導(dǎo)致施工過(guò)程中存在部分漏水情況。針對(duì)墻體漏水點(diǎn)，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(shí)導(dǎo)管布置設(shè)計(jì)，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(shí)。

五、 結(jié)語(yǔ)

采用水下混凝土連續(xù)墻圍堰，為在特定條件下進(jìn)行圍堰基礎(chǔ)施工開(kāi)辟了一種新途徑。該方法比鋼套箱圍堰經(jīng)濟(jì)，能夠縮短工期、節(jié)約成本。該方法適用于江河水流無(wú)流速或流速較小，水深在 10m 以?xún)?nèi)，河床覆蓋層較薄或無(wú)覆蓋層、巖石裸露的工程現(xiàn)場(chǎng)情況?？衫煤罄m(xù)施工的采用引孔栽樁方式解決了深水區(qū)無(wú)覆蓋層河床棧橋及鉆孔平臺(tái)鋼管柱錨固的難題，保證了棧橋及平臺(tái)基礎(chǔ)穩(wěn)定。采用機(jī)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(tái)施工的難題。

參考文獻(xiàn)

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