大橋基礎異型雙壁開口鋼圍堰施工技術

徐新峰 李秋林 胡 健

(1.瀘州市交通建設工程服務中心，四川 瀘州 646000；2.重慶交通大學，重慶 400074；3.重慶西南水運工程科學研究所，重慶 400042)

0 引言

隨著生態環境保護要求的提高，水下爆破河床下放鋼圍堰等傳統施工技術已不再使用。為解決實際工程問題，雙壁鋼圍堰[1]施工技術在各項工程中得到廣泛應用。針對強沖刷地質條件，連延金等[2]采用先平臺后圍堰的施工方法，降低了施工的安全風險，有效提高了鋼圍堰的施工效果。于藝林等[3]在東洲湘江大橋建造過程中，在考慮深水基礎的施工要求和水文地質條件下，采用雙壁鋼圍堰的結構形式為承載施工提供了保障。羅定倫[4]論述了雙壁鋼圍堰施工技術在通江河特大橋上的應用。這些成果為雙壁鋼圍堰施工技術在工程中廣泛應用提供了技術及經驗支撐。本文實踐了異型雙壁開口鋼圍堰施工技術，故對該技術的鋼圍堰下放、定位、止水等工藝過程進行介紹和總結，為今后同類深水基礎工程的施工提供參考。

1 工程背景

1.1 工程概況

項目工程為主跨520m的雙塔獨柱墩中央平行索面斜拉橋，是同類型橋梁世界第一跨徑（見圖1）。

圖1 主橋建成效果圖

其中4號主墩基礎是項目施工的關鍵節點、難點，該基礎位于長江南岸沖刷側，距離岸邊40m左右，設計為19根直徑2.8m的鉆孔灌注樁，梅花形布置，樁間凈距3.0m，樁長41m，承臺高7m，塔座高2m。

1.2 地質情況

橋區內主要地層有新生界第四系全新統坡殘積層（Q4dl+el）、近代河流沖積層（Q4-2al）、崩坡積層（Q4c+dl）和中生界侏羅系中統沙溪廟組（J2s）。4號橋墩附近地質情況見圖2。

圖2 4號橋墩附近地質圖

1.3 氣候情況

工程位于亞熱帶濕潤季風氣候區，氣候溫和，雨量充沛，四季分明，霜雪少見，具有春天天氣變化劇烈，初夏多干早，盛夏多洪澇，秋季多綿雨，冬季日照少等特點。據氣象站1961~2000年實測資料統計，多年平均降水量1155mm，多年平均蒸發量956.7mm，多年平均風速1.2m/s，實測最大風速18m/s（相應風向NW）。

1.4 水文情況

大橋橋位上游約44.1km處有長江瀘州水位站，工程河段下游約25.5km處有合江水位站，下游61.3km處有朱沱水文站，這三個水位（水文）站均具有較長時間的系列的水文觀測資料，可為工程河段水文分析提供基礎資料（見圖3）。

圖3 瀘州水位站水位過程線

1.5 施工環境

施工區位于長江南岸的河流沖刷丘陵地貌，地形陡峭，斜坡高約75m，坡度約16~35°，坡頂處較平坦，斜坡植被較發育，坡頂多開墾為旱地，兩側發育沖溝，溝內為旱溝。河床起伏較大，南岸主墩處位于主流沖刷區域，上下高差約6m，坡度20°。承臺范圍內主要為強、中風化粉砂質泥巖，根據地勘報告，最大天然抗壓強度12.86MPa，飽和抗壓強度8.35MPa。

中水期或洪水期水流較急（見圖4），水面比降較大。從圖4的水流流速、流向以及夾角來看，橋軸線水流流向與橋軸線法向夾角一般在8°以內，橫向流速在0.3m/s以內，4號橋墩附近水流流速一般在3.6m/s以內，水流流向與橋軸線法向最大夾角一般<6°。

圖4 洪水期流速圖

2 總體施工方案

2.1 施工方案分析

橋位處于珍稀魚類核心保護區，4號主墩緊鄰航道，墩位附近有取水口，經申報不能采用傳統的水下爆破[5,6]的方式開挖基巖。該大橋承臺直徑為34m，厚度為7~9m，承臺混凝土用量6355.4m3，為超大體積混凝土。該大橋承臺嵌入巖層較深，鋼圍堰不能直接下放至承臺底部，經多方案比選，充分論證后采用“異型雙壁開口鋼圍堰+止水鋼板”工藝。鋼圍堰布置示意圖見圖5，鋼圍堰立面布置圖見圖6。

圖5 鋼圍堰示意圖

圖6 鋼圍堰立面布置圖

2.2 施工步驟分析

施工步驟見圖7。

圖7 施工步驟圖

接高12根外圍及中間3根鋼護筒后，搭設平臺，焊接圍堰拼裝牛腿和下放系統，同步施工棧橋平臺和定位樁，待鋼圍堰加工完成并運輸至現場后，利用浮吊及履帶吊進行鋼圍堰拼裝，然后割除牛腿拼裝平臺，下放鋼圍堰；圍堰入水著床前，利用長臂挖機、沖錘及絞刀吸泥泵對河床進行清理，對于部分孔洞，在圍堰內外側堆碼噸袋，確保著床后封底混凝土能將鋼圍堰與巖層較好地結合；利用事先加工好的移動鉆孔平臺進行錨固樁施工，同時再次評估巖層裂隙發育情況，錨固樁施工完成后，進行鋼圍堰與巖層間的注漿施工。之后，進行抽水、堵漏以及承臺基坑開挖。

3 鋼圍堰施工關鍵點

3.1 鋼圍堰下放及定位測量

在鋼圍堰下沉著床前，由于水流沖擊，鋼圍堰向下游位移，在平面上產生扭轉。為此，充分利用樁基護筒為支撐，設置防平面位移及扭轉的6套限位設施。下放鋼圍堰是由環向均勻布置的6套連續作用千斤頂同步下放，千斤頂頂端鋼絞線錨固點、千斤頂反力梁支撐面中心及鋼圍堰吊點錨固塊上的錨點，保證此三點同軸，避免下放過程中鋼絞線出現彎折而影響整個吊具系統的安全性。鋼圍堰底面、頂面中心與設計中心的偏差縱橫方向小于200mm，傾斜度不大于1/1000，平面扭轉角小于2°。

3.2 鋼圍堰止水[7,8]

根據地質勘查報告中的4個鉆孔的柱狀圖可知圍堰施工區域巖層結構裂隙發育較大，且覆蓋層較薄，對于鋼圍堰下沉就位后的注漿補漏是否有效，是保證后續圍堰內承臺及墩身順利施工的關鍵。為保證正常施工，應對突發狀況，事先在江岸側進行注漿試驗，得出最佳的漿液配合比以及擴展度數據。

3.3 鋼圍堰封堵

該工程鋼圍堰結構無底板，澆筑夾壁混凝土時采用階梯型澆筑，因此在圍堰下放之后，12個隔艙自身的密閉性必須要得到保證，施工時采用插板方式縮小刃腳與覆蓋層（基巖）間隙。鋼圍堰下放后，圍堰外側水流湍急，流速大，潛水工無法到達，且處于斜坡上，噸袋無法簡單立足，因此考慮在鋼圍堰外側事先加工定向拋投軌道設置插板，當發現鋼圍堰與河床沒有緊密貼合時，在該部位外側進行下放插板，以作為阻擋封底混凝土外流的措施。插板用于空洞>50cm的部位，在對應內側，則采用潛水工進行噸袋堆碼作為封底混凝土的阻擋措施。然后，檢查河床與圍堰銜接處是否有凸起部位，如存在凸起部位需進行清理，不能清理的地方采取水下切割的形式，盡量使鋼圍堰底口與河床面結合良好。

3.4 鋼圍堰內開挖堵漏

（1）圍堰與基巖連接處漏水。對于有厚層的泥沙夾層，則采用注漿固化的方式防止漏水。若發現大量涌水且注漿無法固化時，則采取向圍堰內注水，保證內外水頭差，清理松散的沙土后，再往夾層內填塞干混凝土袋，注入化學漿液（或者雙液注漿）達到止水效果。

（2）基坑開挖及巖層漏水處治。基坑分層開挖第一次施工前，利用樁基孔洞作為初始作業臨空面，基巖開挖沿著承臺邊線開挖，預留2m作為圍堰底防護。開挖過程中，嚴格控制每臺階的厚度與坡度。根據地勘資料，4號主墩承臺處河床巖層裂隙較多，基坑開挖后出現涌水，在錨固樁施工時，可提前查看巖層裂隙發育情況，通過鉆孔查看漏水大小，若漏水嚴重，則采取注漿的方式進行裂隙固化。該工程灌漿孔呈梅花形布置，根據巖層特性，在靠近鋼圍堰的位置，根據灌注情況增加孔位進行補強，降低滲透比，以保證灌漿止水的可靠性。布孔充分考慮灌漿中的“圍、堵、擠”原則，灌漿過程中先低壓從外圍灌注，待形成封閉體系后，再在中間進行高壓灌漿。這樣可以充分提高灌漿壓力，使漿液在有效范圍內擴散和凝結，減少漿液的浪費，也可有效地提高灌漿工效。

4 結束語

四川境內河流眾多，地形條件復雜，地震烈度高，給跨江大橋建設帶來了巨大挑戰。該項目基礎施工通過“異型雙壁開口鋼圍堰施工技術”克服了圍堰下放、定位、止水等問題，實現一個枯水期內完成雙壁鋼圍堰基礎，發揮了“異型雙壁開口鋼圍堰”施工技術優點，為類似跨江大橋建設提供相應的參考。