橋梁擴建工程水中鋼圍堰施工技術(shù)要點分析

彭繼堯

（湖南和天工程項目管理有限公司,湖南 長沙 410000）

0 引言

橋梁擴建工程中，鋼圍堰可在水中作為橋梁擴建施工的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，但在鋼圍堰施工中，鋼管樁設(shè)置、圍檁安裝以及施工環(huán)境都會影響水中鋼圍堰的使用效果。因此，在橋梁擴建工程建設(shè)時，還應(yīng)掌握水中鋼圍堰施工技術(shù)要點，規(guī)范圍堰施工操作，構(gòu)建高質(zhì)量的水中圍堰結(jié)構(gòu)，為橋梁后期擴建打好基礎(chǔ)。

1 項目概況

某橋梁擴建項目，主線設(shè)計長度1.082 km，按城市主干路兼一級公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)置斜拉橋跨越東江，橋?qū)?8 m，雙向六車道，設(shè)計速度60 km/h，主橋為主跨280 m 雙塔單索面混凝土斜拉橋，橋面以上塔高73 m，結(jié)構(gòu)體系采用墩、塔梁固結(jié)體系，橋梁立面設(shè)計如圖1所示。大橋3#～6#墩位于東江中，3 號墩和6 號墩為邊墩，3 號墩水深較淺，約0.5 m，6 號墩處水深5.5 m，邊墩承臺尺寸為10×6.25×2.5 m，設(shè)置6 根直徑1.5 m 樁基；4號墩和5 號墩為主墩，主墩處水深約8.5 m，承臺尺寸為24×21.6×5 m，設(shè)置22 根直徑2.5 m 樁基。為施工主墩承臺、墩柱，本方案設(shè)計4#、5#主墩承臺、墩柱采用鋼管樁圍堰施工。

圖1 某橋梁工程立面設(shè)計圖

2 橋梁擴建中水中鋼圍堰整體設(shè)計

該項目中4#、5#圍堰平面尺寸為24.5×26=637 m2，圍堰鋼管樁高度：18 m。圍堰水深：4#圍堰平均5 m 水深，5#圍堰平均9 m 水深。圍堰深度范圍圓礫、砂層厚度平均5.2 m，設(shè)計水位3.5 m，警戒水位4 m。圍堰在橋梁承臺邊1 m 布置，鋼管樁沿圍檁外圍施打，鋼管樁距承臺邊1.5 m。圍堰頂高程+4.0 m，底高程按?13.5 m 控制，施工常水位+2.0 m，圍堰設(shè)計水位3.5 m，4#主墩河床高程?2.15 m，5#主墩河床高程?7 m。采用18 m 鎖口φ820*14 mm 鋼管樁、SKSP Ⅵw 鋼板樁進行圍堰施工。

4#、5#鋼圍堰各設(shè)置2 層圍檁、支撐，第一道圍檁采用雙拼I45 工字鋼，第一道圍檁、支撐高程+3 m，第二道圍檁采用雙拼I56 工字鋼，第二道圍檁、支撐高程于承臺頂面向上1 m；支撐采用φ609*16 mm、φ800*16 mm螺旋管，采取斜撐形式布置，布置原則避開鋼護筒位置，為保證圍檁和圍堰的剛度、強度及穩(wěn)定性，嚴格按照計算確定的規(guī)格、材質(zhì)選定施工用材。為圍檁下放平穩(wěn)準(zhǔn)確，于外圍12 個鋼護筒上安裝H400 型鋼滑道，于滑道上圍檁標(biāo)高位置及平臺鋼平臺高度位置預(yù)先焊接支承牛腿（為防止護筒垂直度不足，該項目采用H400 型鋼墊塊調(diào)整滑道垂直度），采用滑道作為圍檁下放輔助使用。

3 橋梁擴建工程中水中鋼圍堰施工設(shè)計

3.1 施工流程

橋梁擴建中水中鋼圍堰施工流程包括：拆除鉆孔平臺→測量放樣→圍檁下放后安裝導(dǎo)向架→安裝支撐和圍檁結(jié)構(gòu)→將鋼管樁運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場→鋼管樁施打→將圍檁體系轉(zhuǎn)化到圍堰→水下開挖→基地找平→澆筑封底混凝土→抽水并清底→圍堰質(zhì)量檢測，無誤后進行承臺施工，施工結(jié)束后拔除鋼管樁[1]。

3.2 基本步驟

（1）拆除鋼平臺范圍處貝雷梁、雙拼I40工字鋼橫梁、平聯(lián)，預(yù)留鋼管樁圍堰施打空間。

（2）于滑道型鋼上焊接第二道圍檁位置處支撐牛腿，于護筒上安裝牛腿用于圍檁、支撐拼裝，于鋼護筒上安裝滑道，采用龍門吊吊運圍檁至護筒上牛腿進行拼裝，拼裝完成后圍檁順軌道下放。

（3）第二道圍檁下放，安裝至設(shè)計標(biāo)高位置牛腿，于第一道圍檁標(biāo)高處安裝牛腿，第一道圍檁拼裝下放，鋼管樁沿圍檁體系施打。

（4）按設(shè)計標(biāo)高安裝圍檁至鋼管樁圍堰上，進行水下開挖，開挖至承臺底面下2.5 m 位置，整平基底，布設(shè)導(dǎo)管，水下混凝土封底。

（5）對兩道圍檁、支撐進行檢查，加固，支撐體系完善；進行抽水、吸泥至封底混凝土頂面，清理基底，鑿除樁頭；按要求進行承臺施工。

4 橋梁擴建工程中水中鋼圍堰施工技術(shù)要點

4.1 基礎(chǔ)施工

（1）鉆孔平臺拆除。樁基施工完成后，對樁基施工所用材料、機械進行退場，保證鉆孔平臺上無雜物，隨后吊運樁基施工所用蓋板，將其安放在空余場地，并按設(shè)計要求拆除貝雷梁、工字鋼螺旋管。

（2）導(dǎo)向架安裝。測量放出滑道導(dǎo)向架與鋼護筒連接位置，用紅漆標(biāo)注將加工好的滑道導(dǎo)向架吊至標(biāo)記處進行焊接，確保所有焊接位置在同一平面[2]。

（3）圍堰吊裝。圍檁下放吊裝時，吊車應(yīng)停放在施工平臺上，鋼平臺應(yīng)滿足吊裝要求。吊裝作業(yè)需要沿安裝完成的滑道進行圍檁下放施工。該橋梁項目中，圍檁采用3 臺機械同時吊裝，100 t 龍門吊承擔(dān)下游一側(cè)圍檁重量，采用2 根24 m 鋼絲繩，吊點設(shè)置于圍檁1/3 處。兩臺汽車吊承擔(dān)上游一側(cè)圍檁重量，吊車各采用1 根10 m鋼絲繩，吊點設(shè)置于上游一側(cè)圍檁兩端。起吊時，在圍檁吊空10 cm 后，施工人員需要停止起吊，檢查吊機是否穩(wěn)定、構(gòu)件的平衡性和綁扎是否牢固，無異常情況后，工人切除護筒上支撐牛腿圍檁及支撐順滑道同步下放。就位時確保梁兩端支座對位，梁板與橋墩的中心線符合一致。

（4）鋼圍堰組裝。水下鋼圍堰還需要利用施工平臺進行組裝，將水中墩平臺局部拆除后，根據(jù)底層鋼圍堰高度，確定刃腳的底部標(biāo)高，組拼底層鋼圍堰，拼接結(jié)束后放入水中進行施打；鋼圍堰側(cè)邊應(yīng)提前焊接牛腿，牛腿結(jié)構(gòu)上設(shè)有豎直方向孔洞，可以和鋼圍堰壁進行連接，避免鋼圍堰因承臺施工時的承載而發(fā)生偏載。

（5）鋼管樁運至工地后，進行檢查、分類、編號和登記。對于周轉(zhuǎn)使用過舊的鋼管樁，要進行外觀表面缺陷、長度、寬度、厚度、高度、平直度、鎖口形狀、樁身殘缺、銹皮、卷曲等檢查，并對影響打設(shè)的焊接件進行割除、有割孔或斷面缺損的進行補強。鋼管樁長度不足時，可采用同類型的鋼管樁進行接長，用E4303 焊條對焊，再焊加固板，相鄰板樁接長縫應(yīng)錯開。

4.2 鋼管樁施打

導(dǎo)向架、圍檁就位后，將鋼管樁運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，對其進行施打，使其順利沉樁。鋼管樁下沉施工可運用“懸打法”，具體指施工人員利用懸臂導(dǎo)向支架，在圍堰鋼管樁抵達特定位置后，將其打入提前設(shè)計的管位中，并測量其垂直度、下沉深度、貫入度[3]。

（1）施工人員應(yīng)重視鋼管樁貫入度、入土深度的控制，在鋼管樁施打時，確保樁身貫入度小于等于3 cm/10擊，入水后的深度大于等于5.5 m，插入覆蓋層的深度應(yīng)控制在6 m 以內(nèi)。

（2）鋼圍堰施工屬于水上平臺作業(yè)，河道內(nèi)河床覆蓋層深度不足，內(nèi)側(cè)鋼管樁會出現(xiàn)難以站立的情況。所以在施打鋼管樁時，還應(yīng)在樁位處選用1 臺潛孔錘偏心跟管鉆進行引孔施工。采用DZ150 振動錘施打鋼管樁，將管樁充當(dāng)套管，潛孔錘偏心跟管鉆鉆桿伸入套管進行鉆進，鉆進至設(shè)計標(biāo)高，再進行鋼管樁施打，使管樁達到設(shè)計要求的深度[4]。

（3）第一根鋼管樁沉入后的垂直度影響到整個圍堰其他鋼管樁的垂直度，其打入時要緩慢些，打入到設(shè)計深度一半時暫停沉樁，檢查樁身的垂直度是否在0.5%以內(nèi)，如滿足要求則繼續(xù)開啟振動錘沉樁，否則拔出重打。[5]其他的鋼管樁在定位架和鎖口的共同作用下，一般不會產(chǎn)生較大偏差，只需每插打15～20進行一次檢查，保證樁身的垂直度在1%以內(nèi)即可。[6]鋼管樁插打完畢后，將圍檁體系從牛腿上拆除，安裝至圍堰上進行焊接固定[7]。

4.3 鋼圍堰封底

鋼圍堰施打、下沉作業(yè)結(jié)束，且施工質(zhì)量合格后，對鋼圍堰進行清基、封底。正式封底前，需用高壓水泵對護筒表面進行清洗，以確保混凝土與護筒之間的握裹力滿足要求。上述橋梁項目中，封底混凝土厚度2.5 m，采用C35 水下混凝土。封底流程為圍堰內(nèi)河床開挖、整平→標(biāo)高控制→一次封底混凝土澆筑→封底混凝土調(diào)平層澆筑。

（1）首批封底混凝土采用集料斗供料，待首封完畢后再用泵車供料至小料斗繼續(xù)澆筑，小料斗采用δ=3 mm鋼板制作，便于人工轉(zhuǎn)運。之后，可搭設(shè)封底操作平臺。鋼管樁圍堰施工完成后，對鋼護筒按施工平臺螺旋管標(biāo)高進行切割，在上面焊接I40 雙拼工字鋼、將鉆孔平臺拆下的貝雷梁重新安裝，若貝雷梁一端插銷無法安裝可只安裝一端插銷，貝雷梁上滿鋪活動蓋板、防墜網(wǎng)。在平臺上架設(shè)導(dǎo)管固定架、料斗，并焊接固定。

（2）澆筑封底處混凝土?xí)r，應(yīng)采用泵送的澆筑方法，之后轉(zhuǎn)換為導(dǎo)管澆注工藝。并且由于水下鋼圍堰封底所需的混凝土量較大，為確保澆筑時混凝土的流動性，還應(yīng)在混凝土中摻入緩凝劑、粉煤灰，適當(dāng)減少水泥用量，延長混凝土的初凝時間。

（3）澆筑施工中施工人員還應(yīng)重視混凝土結(jié)構(gòu)標(biāo)高的測量，詳細記錄鋼圍堰澆筑前后的各項數(shù)據(jù)。為防止鋼圍堰中導(dǎo)管埋深過淺引起懸空問題，封底混凝土澆筑結(jié)束后，還應(yīng)對混凝土表面進行整平。

4.4 鋼圍堰抽水和拆除

（1）抽水作業(yè)。鋼管樁的止水、抽水是水下鋼圍堰成功的關(guān)鍵，該橋梁項目中的鋼圍堰止水時的堵漏工具采用棉絮、麻布，施工人員需要直接將其堵塞在鋼管樁接口。圍堰抽水過程發(fā)現(xiàn)漏水較嚴重處，采用于圍堰外漏水位置施打一鋼板樁緊貼圍堰，向板樁與圍堰空隙內(nèi)注漿或填充黏土，達到止水效果。此外，漿液、黏土必須充滿空隙才能成功止水，漿液強度要求不高，所以止水作業(yè)時還可采用低強度高流動性泥漿，建議配比為350 kg（膨潤土）：200 kg（水泥）：40 kg（膨脹劑）：1 000 kg（水）[8]。

正式抽水前，還應(yīng)提前沖洗接口位置，保證接口通暢，壁體無夾泥，然后采用專用拌漿設(shè)備拌制泥漿，嚴格控制漿體的施工質(zhì)量，避免過稀導(dǎo)致收水嚴重或過稠導(dǎo)致灌注困難[9]。順利將止水、封堵泥漿灌注到鋼管樁后，等待封底混凝土強度增加到設(shè)計強度的90%時，施工人員可進行抽水。抽水過程中，注意觀察鋼管樁側(cè)壁有無漏水現(xiàn)象。確認存在漏水情況時，可用木屑、黏土等材料的拌和物堵漏漏水區(qū)域。

（2）拆除作業(yè)。水中鋼圍堰施工結(jié)束后，進行橋梁承臺施工，承臺施工完成后，在橋梁墩身施工出水情況、混凝土強度符合設(shè)計值后，拔出鋼管樁。施工人員可用振動錘夾住鋼管樁端部振動1～2 min，待鋼管樁周圍的土層松動后緩慢振拔。發(fā)現(xiàn)上拔困難問題時，需要停止拔樁，再次用振動錘使樁身振動1～2 min后再往下錘0.5～1.0 m，然后往上振拔。

拔樁時，盡量使鋼管樁下部和底部的混凝土相互脫離，脫離后有序拔樁。依次將所有鋼管樁拔高1～2 m，等待鋼管樁松動后，再逐根拔除。對樁尖打卷及鎖口變形的樁，可加大拔樁力，將相鄰的樁一并拔出。為防止將臨近鋼管樁同時拔出，施工人員應(yīng)將鋼管樁和加固的支撐圍檁逐根解除[10]。拔樁順序應(yīng)符合鋼管樁插打順序，通常情況下，拔樁順序和鋼管樁施打順序相反。拔出的鋼管樁施工人員需要及時清除土砂，涂以油脂，為后期的再利用做好準(zhǔn)備。變形較大的鋼管樁需立即調(diào)直、修護，將拔出的所有鋼管樁整理、歸類后，將其運出施工現(xiàn)場，堆放在平整的場地上。

5 結(jié)語

綜上所述，水中鋼圍堰的運用可以避免橋梁施工中水流對其他基建工程的影響，使得擋水墻、承臺等構(gòu)筑物順利完工。但由于水中環(huán)境復(fù)雜，拼裝鋼圍堰結(jié)構(gòu)時，還應(yīng)提前制定可靠的施工技術(shù)方案，并通過技術(shù)交底，使作業(yè)人員掌握鋼圍堰施工工藝，高質(zhì)量、高效率地完成橋梁擴建中的水中鋼圍堰施工任務(wù)，提升橋梁擴建項目的技術(shù)水平。