深水復雜地質下的鋼圍堰設計及施工技術

曾雄星 方鐵橋

（中交一公局第三工程有限公司，北京 101102）

0 引言

近年來，隨著橋梁工程施工技術不斷地發展，雙壁鋼圍堰技術被越來越廣泛地應用于橋梁工程水下樁基施工中。開州大橋鋼圍堰施工中，采用多種施工機械，先開挖溝槽，再整體拼裝下放的工藝，克服了圍堰處水下地質堅硬的難題；通過自制小挖斗，克服了鋼護筒與圍堰之間空間受限、清淤困難的難題；通過內支撐及相應補強措施、鋼圍堰應力監測等方式，確保了圍堰整體穩定性及施工安全，提高了施工效率，節約了成本，經濟和社會效益顯著。

1 依托工程簡介

1.1 工程概述

開州大橋跨越濱湖西路和漢豐湖。主橋采用單塔雙索面斜拉橋，引橋為單跨預應力混凝土現澆箱梁，全橋跨徑布置為35m+（95+110）m，橋梁全長250m。

索塔位于湖中，采用承臺接群樁基礎形式，單幅承臺設置12 根直徑2.2m，長27m 的樁基，共24 根。單幅承臺長20.5m，寬15m，嵌入河床，為深埋式承臺。

1.2 地質水文條件

圍堰承臺區域：在標高161.06～154.26m 范圍內為砂夾卵石（7m），154.26～139.06m 范圍內為粉質黏土（15m），往下為泥巖、砂巖。現場實際施工時，粉質黏土層硬度很高。

漢豐湖河床標高160m，承臺底標高154.186m，常水位168.5m，受三峽庫區蓄水影響，最高水位達173.5m，即該承臺嵌入河床深度近6m，最高水深近14m，最大水位差近達20m。

2 鋼圍堰設計

主墩承臺施工采用雙壁鋼圍堰[1-2]，鋼圍堰作為承臺及墩身施工時的擋水結構，并作為承臺施工的模板結構。

鋼圍堰壁體內輪廓尺寸較承臺外輪廓尺寸外擴50mm，單套鋼圍堰分為3 個節段，底節高7.5m，重142.2t；中節高5.1m，重106.8t；頂節高7.5m，重141.8t。

3 施工工藝流程及操作要點

施工工藝流程圖如圖1 所示。

圖1 鋼圍堰施工流程圖

3.1 鋼圍堰加工制造

（1）根據起吊設備確定鋼圍堰拼裝單元的劃分，單層圍堰分為10 個節段。

（2）鋼圍堰單元加工時，需嚴格保證圍堰各部焊縫的焊接質量，并對圍堰外殼進行水密性試驗。試驗時，采用煤油法進行檢查。

（3）制造時，必須嚴格控制每塊隔艙板在單元塊中的位置。控制好該尺寸，既可保證結構尺寸，而且能保證以后上下節對接時，避免出現隔艙板錯位導致無法對接的現象。

（4）在焊接過程中進行外觀檢查和測量，在焊接完工后同樣要進行檢驗。

（5）圍堰制造要放樣準確，加工成型后，上下節圍堰的豎肋及隔艙板嚴格對齊。同一節圍堰各分塊相鄰水平環板必須嚴格對齊。上下節豎向角鋼必須與水平環板焊牢。

3.2 鋼圍堰拼裝

總體拼裝方法：鋼圍堰壁體分塊在加工廠制作，分塊拼裝。索塔樁基施工完成后，利用85t 履帶吊逐跨拆除鉆孔鋼平臺；利用棧橋鋼管立柱和鉆孔平臺鋼管立柱搭設拼裝平臺，拼裝底節鋼圍堰，焊接導向裝置；利用千斤頂下放底節壁體；鋼圍堰選擇在風平浪靜的氣象條件下進行下放[3-4]。鋼圍堰整體拼裝如圖2 所示。

圖2 鋼圍堰整體拼裝

3.2.1 底節鋼圍堰拼裝及下放

（1）開挖圍堰溝槽。摸清圍堰處的地質情況，選擇合適的施工工藝至關重要。常用的有2 種方式：一是采用吸泥下沉工藝，即靠圍堰自重、注水增重+泥漿泵清泥結合的方式；二是利用機械設備先挖出鋼圍堰溝槽后，再進行鋼圍堰拼裝下放。

該工程圍堰處地質為砂夾卵石層和粉質黏土層，該處粉質黏土層很硬，采用用先挖溝槽、再拼裝下放圍堰的工藝。采用伸縮臂抓斗、伸縮臂挖機、長臂挖機相結合的方式進行，如圖3 所示。槽底距河床面深度約7m，挖機施工平臺到槽底的深度約20m。

圖3 多種挖機結合作業

（2）搭設拼裝平臺。鉆孔樁施工完成之后，利用外圈鋼管立柱和棧橋鋼管搭設拼裝平臺。為保證圍堰底節平整，在平臺上設置鋼墊塊（鋼板）進行找平，鋼墊塊頂面標高誤差＜5mm。

（3）設置導向裝置。為保證圍堰下放過程中，起平面位置準確，在圍堰內側壁上安裝限位導向裝置（對應導向位置的隔倉內和鋼護筒做加強處理）。鋼護筒可能存在傾斜，需提前測量鋼護筒垂直度，并根據其垂直度適當調整導向裝置尺寸，使導向裝置與鋼護筒接觸面鉛直。

（4）底節鋼圍堰拼裝。①放樣：以設定的圍堰的中心軸線為基準，在平臺面上放出圍堰側板的位置線，放樣時按圖紙尺寸放樣；②抄墊：由于拼裝平臺的高低不平，設置鋼墊板抄墊平鋼圍堰；③拼裝：利用履帶吊分塊依次拼裝底節鋼圍堰，拼裝時，在內外壁制作三角支架，保證拼裝側板的穩定性和安全性；④焊縫檢驗：包括焊縫本身質量的檢驗和煤油滲透試驗。煤油滲透試驗步驟為：在焊縫一側涂上石灰粉，另一側涂上煤油，觀察其滲透情況。如果滲至反面，則做出標記，將該處焊縫鏟除，重新按規定復焊，但不能堆焊。

（5）圍堰整體下放。鋼圍堰提升下放系統：采用8套60t 千斤頂作為動力，安裝在承重架上，輔助進行鋼圍堰提升及下放作業。圍堰下放要點為：底節圍堰拼裝完成后，檢查下放結構各部分，受力滿足要求后，把圍堰提升一定高度（50cm 左右），拆除圍堰范圍內拼裝平臺，使底節圍堰緩慢下放，圍堰下放到水面。圍堰下放過程中，確保圍堰下放的同步性。

3.2.2 中節、頂節鋼圍堰拼裝

底節節圍堰下放完成并將圍堰調整好位置后，拆除下放系統，分塊對稱拼裝中節圍堰壁體，再依次接高拼裝頂節，并及時進行調整，確保鋼圍堰垂直度。上下節分層處，設置拼裝及焊接操作平臺。

3.2.3 鋼圍堰下沉及圍堰內清淤

（1）鋼圍堰下沉：通過利用水泵往隔倉內注水增重的方式，使圍堰下沉著床，特別注意要對稱注水，防止圍堰傾斜。

（2）圍堰內清淤：利用長臂挖機和伸縮臂挖機結合的方式進行圍堰內的清淤工作，清理到底后，潛水員用高壓水槍和鋼刷對鋼圍堰刃腳、護筒周邊和基底進行認真清理，防止產生薄弱區，確保封底混凝土與樁基、圍堰緊密結合。鋼護筒間、鋼護筒和圍堰間空間受限，可以自制小挖斗，用于空間受限區域作業，如圖4 所示。

圖4 自制小挖斗清淤

（3）突發情況處理：該工程在底節圍堰拼裝下放后，橋址處遇大洪水，導致圍堰溝槽內回淤，挖機無法對圍堰溝槽區域進行清理，現場采用空壓機氣舉反循環工藝，潛水員利用高壓水槍配合處理。

3.2.4 夾壁混凝土澆筑

鋼圍堰精確定位并著床后，在隔倉內澆筑C25 混凝土。采用水下混凝土澆筑方式，對稱澆筑，相鄰隔倉混凝土澆筑高度高差控制在1m 左右。混凝土澆筑高度一般控制在和承臺頂標高齊平。

3.2.5 鋼圍堰封底

澆筑順序：從圍堰一頭往另一頭趕，一次性澆筑到位。

要結合混凝土的流動半徑計算布料點數量并布置好，及時追蹤檢測澆筑點位混凝土頂面標高，防止混凝土超高，影響后期承臺施工，或欠方封底厚度不夠，影響度洪安全及后期承臺施工風險。在灌注封底混凝土的同時，要隨時測量圍堰內外水頭差，并及時向外排水，使圍堰內外水位基本保持一致。

多做混凝土試塊，封底混凝土澆筑完后，把混凝土試塊放到圍堰內水中去，做同條件養護試塊，以便精確掌握混凝土的強度。正常情況下，封底后7d 可進行抽水。

問題處理：如果出現了部分漏水現象，不要強行去堵、去引開，可以利用預留的20～30cm 高度做一個透水層，把水匯集到一個位置抽走。

3.2.6 鋼圍堰內支撐施工

內支撐可和圍堰抽水時同時施做，每抽水一層，焊接一層內支撐。內支撐焊接時，一定要精確定位，保證鋼管的中線與圍檁的中線一致、水平。隔艙在內支撐相應位置要對應補強。

3.2.7 鋼圍堰抽水

封底混凝土達到設計強度后，關閉連通器，圍堰內抽水。應根據內支撐施工情況抽水，直至圍堰內水抽干。鋼圍堰抽水時，觀察鋼圍堰壁體的變形情況，如發生異常，立即停止抽水。

夾壁內水位應根據實際水位進行調整，以圍堰內外水頭差一半為控制原則。

3.2.8 承臺澆筑

抽水完成后，在圍堰內側安裝扶梯，割除鋼護筒及導向裝置，清理樁頭，綁扎鋼筋，澆筑第一層承臺（2.5m）混凝土。待第一層承臺達到設計強度后，割除第一層內支撐，然后綁扎第二層承臺鋼筋，澆筑第二層承臺（2.5m）混凝土。

3.2.9 鋼圍堰拆除

按照“分塊切割、分塊拆除、確保安全”的總體思路進行鋼圍堰拆除施工[5]。

鋼圍堰以承臺頂面標高為基準，基準標高以上的部分分塊切割拆除，分塊切割的鋼圍堰壁板履帶吊起吊。

3.2.10 鋼圍堰監測

圍堰監測在鋼圍堰施工中至關重要，尤其圍堰抽水，承臺施工期間。一是圍堰頂圍堰監測；二是圍堰結構應力監測。圍堰應力監測點如表1 所示。

表1 圍堰應力監測點

4 現場施工條件改變時的應對措施

當現場實際水位與原設計水位工況發生改變時，要采取相應補強措施，并進行驗算復核，切勿盲目施工。

該工程右幅鋼圍堰，原設計圍堰抽水水位165m，現實際抽水水位173m，水位增加了8m，采取的加強措施有：（1）封底混凝土厚度由2m 調整到3.5m，要確保圍堰抗浮穩定性滿足要求；（2）提高夾壁混凝土高度和標號，增加夾壁混凝土抵抗應力能力；（3）增加一層鋼管內支撐或增大內支撐鋼管規格。

5 結束語

本文以開州大橋鋼圍堰工程為例，介紹了復雜地質下鋼圍堰的設計、施工技術及施工中突發情況下的處理措施，總結出了一套深水鋼圍堰施工技術。通過多種設備結合的方式，解決了水中清淤難題，通過圍堰內支撐安裝及圍堰應力監測等方式，確保了圍堰整體穩定性及承臺施工期間的施工安全，創造了良好的經濟和社會效益。