裸露基巖橋梁深水承臺圍堰施工技術研究

廖福勇 鄧輝 陳琳

摘要：水下承臺是不少大型橋梁主體結構的重要組成部分，而對于深水中的承臺施工，目前大多是采用雙壁鋼套箱圍堰工藝，圍堰的設計、加工及安裝和封底混凝土的澆筑是重要環節，裸露基巖更加大了施工的難度。文章結合裸露基巖深水承臺項目施工案例，介紹了無底鋼套箱施工工藝，分析了方案比選、設計及施工安裝控制措施，取得了較好的效果，實現了深水承臺在無水環境下的順利施工。

關鍵詞：橋梁;裸露基巖;深水承臺;圍堰施工

0 引言

當前，我國高速公路建設蓬勃發展，跨越大江、大河、水庫的情況愈發常見，水中承臺施工也面臨更多的挑戰，而裸露基巖則使圍堰的就位、固定、封堵更加復雜。高質量、高效、安全地完成水中承臺施工是橋梁施工的關鍵環節，對工程整體質量、進度及成本控制有著重大影響。本文結合崇左至水口高速公路崇左西左江大橋施工工程，系統地闡述裸露基巖深水承臺圍堰施工技術。

1 工程概況

崇左西左江大橋全長389 m，主橋為（77+145+77）m預應力混凝土連續剛構，主墩為鋼筋混凝土薄壁墩，基礎為9根鉆孔灌注樁群樁，4 m高承臺位于深水江底河床上，下游1.25 km為左江電站水壩，水庫正常蓄水位為108.0 m，平均水深約20 m。主墩墩位處河床主要為裸露基巖，巖質為石灰巖，無覆蓋層。

2 方案分析及比選

在通常情況下，水下承臺施工一般可采取鋼板樁圍堰、無底鋼套箱圍堰、有底鋼套箱圍堰三種方案。

鋼板樁圍堰：適用于陸地承臺或淺水域施工。優點是材料采用成品，周轉次數多，運輸方便快捷，施工成本低;缺點是工藝較復雜，整體穩定性較差，不宜用于深水區作業。

有底鋼套箱圍堰：適用于承臺底與河床底高差較大的情況。優點是整體拼裝、安裝及拆除方便，材料用量少;缺點是施工周期長，結構安全風險大。

無底鋼套箱圍堰：適用于承臺底與河床底高差不大、河床覆蓋層地質較好的情況。優點是加工制作工藝簡單，對安裝設備要求不高;缺點是河床覆蓋層不足會導致封底不密實，鋼套箱下放易偏位。

本橋4#、5#主墩承臺位于深水中，水深最深達21 m，承臺底與河床底高差不大，決定采用無底雙壁鋼套箱圍堰，利用樁基鋼護筒作為下放支撐及導向體系，減少使用大型機械設備，降低成本和安全風險。

3 圍堰結構設計

結合橋位處水位布置情況，選擇+109 m作為圍堰頂標高，鋼套箱長寬尺寸為30.13 m×15.2 m，壁厚為1.504 m，側板最大高度為23 m。鋼套箱由側壁板、側板豎向加勁肋、水平環、水平斜桿、隔倉板、內支撐、導向架等組成。圍堰下放系統由鋼護筒接高、下放系統與圍堰吊點結構等組成。鋼套箱側壁板通過豎向鋼主梁與內支撐焊接形成整體以抵抗圍堰抽水后的水頭側壓力。圍堰側板從高度上分為三節，沿周長分塊，每節12塊，共計36塊，最大塊尺寸為高8.5 m、寬7.2 m。側板各單元塊之間采用焊縫連接，分節安裝到位（見圖1）。

圍堰內共設置有三層水平內支撐，頂層水平內支撐標高為+106.78 m，中層水平內支撐標高為+100.78 m，底層水平內支撐標高為+95.68 m，施工過程中需進行內支撐轉換（見圖2、圖3）。

4 圍堰結構受力計算

4.1 計算參數

[JP5]為與施工階段結合使用，采用允許應力法進行計算。

（1）Q235B鋼參數：容許彎曲應力Symbol[A@SymbolsA@Symbol]A@=145 MPa，容許剪應力Symbol[A@SymboltA@Symbol]A@=85 MPa。

（2）鋼彈性模量：Es=2.1×105 MPa。

（3）封底混凝土：采用C30水下混凝土，SymbolgA@c=24 kN/m3，Symbol[A@fkSymbol]A@=150 kPa，Symbol[A@ftSymbol]A@=1 MPa。

4.2 計算工況

圍堰需根據不同的施工步驟對各構件進行計算，結合各工序的施工時間安排情況，計算內容及水位控制如下頁表1所示。

用Midas Civil 2016軟件建立模型，按照以上施工階段進行結構受力計算（計算過程略），計算對象包括側板、隔倉板、水平環板、水平斜桿、折角加勁板、圍堰整體變形、內支撐、鋼護筒粘結力、圍堰抗浮能力等。經計算，各階段各受力構件變形均滿足規范要求。

5 圍堰施工工藝

5.1 圍堰堰體制作

圍堰堰體分塊在后場制作完畢后，再運輸到墩位處現場拼裝成型。由于橋位處無浮吊，且不具備通航條件，只能借助支棧橋進行圍堰拼裝。現場計劃配有75 t履帶吊2臺，考慮了履帶吊的作業半徑和起重能力，將單塊重量控制在≤22 t，對鋼圍堰壁體進行了分塊，底、中、頂三節各分為12塊。

5.2 圍堰堰體拼裝

第一節圍堰節段安裝從轉角處開始，以提高安裝過程中的抗傾覆能力，節段吊裝就位要嚴格控制就位的精度、垂直度。先將圍堰1#塊段吊裝至指定位置，然后再起吊相鄰塊段，要確保兩塊之間的拼接處縫隙滿足設計要求，然后焊接臨時支撐固定鋼圍堰2#塊段，使其形成較為穩定的結構，再將吊車緩慢松鉤，進行下一塊段施工。

5.3 裸露基巖河床處理

裸露基巖河床高低不平，無覆蓋層通過堰體重量來實現保證水平，因此在圍堰落床前，需進行河床測量。根據測量結果繪制河床地形圖，先采用抓斗和潛水員配合清理并平整河床，然后采用水下爆破，清理至封底混凝土底標高，確保圍堰基底位置大致平整，無大孤石及其他障礙物。

5.4 圍堰堰體著床控制要點

（1）安裝吊掛裝置。利用鋼護筒作為承載支撐，通過4臺100 t千斤頂作為懸吊系統，利用左右側各兩個鋼護筒作為一組，采用雙拼HN500工字鋼作為下放梁，共安裝4個懸吊點，圍堰滑車吊點安裝在鋼圍堰內壁板位置上。

（2）安裝下放導向架。導向架由45a工字鋼及10 mm鋼板加工而成，接觸面設置硬橡膠。本橋施工設置8個導向架（長、寬方向各4個），迎水面導向架的控制是重點。

（3）下沉與著床。在鋼圍堰拼裝前可用抓斗大致調平河床的標高，安裝完畢后緩慢注水，勻速下放鋼圍堰，下放過程中要注意調整鋼圍堰的垂直度。

5.5 鋼圍堰就位精確措施

本橋鋼圍堰下放用1臺油泵控制2臺千斤頂，保證同步下放，如出現個別千斤頂油表讀數相差較大的情況，必須停止下放，查找原因排查故障。千斤頂單個頂行程按30 cm控制，單個行程平均按3 min控制。在下沉過程中要全程觀察圍堰三層導向架與鋼護筒之間的間隙大小，如間隙偏差較大，要馬上調整鋼套箱垂直度和平面位置。

6 封底混凝土澆筑

主墩鋼套箱封底采用C30水下混凝土，厚為4.0 m，采用滿布導管推進法施工，一次性澆筑完成。封底混凝土的頂面控制在距承臺底面以下0～10 cm處，澆筑完成前，測量混凝土頂面高程，重點監測導管作業半徑相交處、樁基四周、鋼套箱內側周邊，根據所測結果有針對性地進行補灌，確保混凝土頂面均勻平整。當封底混凝土強度達到設計強度的90%以上時開始在鋼圍堰內抽水，隨時觀察鋼圍堰結構的變形情況。抽水后，如無滲水或滲水不大，則可在無水環境下進行承臺施工，如滲水較大，則采取措施進行封堵。

7 結語

崇左西左江大橋4個主墩承臺雙壁鋼圍堰抽水后均未出現較大滲水現象，滿足承臺在干環境下的施工要求，且圍堰下沉、封底混凝土施工等均一次性完成施工。經研究得出以下結論：

（1）在進行深水承臺施工時，應將無底鋼套箱作為最佳選擇。施工時應結合河床地質、水深等條件，設計合理的堰體結構尺寸，并嚴格控制加工質量，精確下放就位，確保堰體各構件受力在各種受力狀態下均滿足要求。

（2）裸露基巖要采取水下爆破方式將河床大致找平，下放后還要派潛水員查看鋼套箱與河床是否存在較大間隙，如遇突出較高的孤石則要精確爆破，一般的間隙用碎石袋填塞。

（3）泥漿會在鋼護筒和鋼圍堰內壁板的表面形成泥膜，會顯著降低封底混凝土與其的握裹力。為防止大量滲水及封底失效，要在混凝土澆筑前對其進行清理。

實踐證明本設計方案可行，施工過程控制措施到位，可供同類工程施工提供借鑒。

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作者簡介：廖福勇（1976—），高級工程師，從事高速公路建設管理工作;

鄧 輝（1972—），高級工程師，從事高速公路建設管理工作;

陳 琳（1986—），工程師，主要從事公路橋梁建設管理工作。