復雜地質深水環境中鋼圍堰方案比選及施工方法研究

摘要：文章以岑溪黃華河大橋深水基礎施工為例，從技術可行性、工期以及經濟性三個方面，對比了鋼板樁圍堰和鋼套箱圍堰兩種方案的特點，優先選取了鋼套箱圍堰方案作為該橋深水基礎的施工方案，并介紹了鋼套箱圍堰施工方法，而且采用鋼套箱圍堰安全高效地完成了該橋深水基礎的施工，可為類似工程項目提供參考。

關鍵詞：鋼圍堰；方案比選；施工方法

中圖分類號：U443.16+2 A 24 077 3

0 引言

目前，在復雜地質深水環境下建造的大型橋梁越來越多，而在復雜地質深水環境下往往需要修建深水基礎［1］。深水基礎具有施工難度大、安全風險高等特點［2］，成為大跨度橋梁建設的重難點工程。鋼圍堰作為深水基礎施工常用的擋水、支撐結構，可以較低的造價安全高效地完成深水基礎的施工［3］。本文以岑溪黃華河大橋4#、5#墩深水基礎施工為例，對比了鋼板樁圍堰和鋼套箱圍堰兩種方案的特點，并選取鋼套箱圍堰方案作為該橋深水基礎的施工方案，安全高效地完成了該橋深水基礎的施工。

1 工程概況

岑溪黃華河大橋位于廣西玉林市北流市南渡鎮北部，兩端橋臺位于未開墾的半山坡，地勢均比較陡峭。橋址范圍多為山地，山勢陡峭，沿線灌木覆蓋，植被茂盛，交通不便，采用（40+64+40）m連續梁跨越黃華河。

1.1 主墩設計情況

岑溪黃華河大橋4#、5#墩位于河道內深水區，4#墩施工水位深約 7.5 m，5#墩施工水位深約 6.7 m。承臺尺寸均為 9.6 m×15.2 m×4 m，承臺標高調整后分別為 71.379 m、72.155 m，承臺下設8根直徑 2 m樁基。承臺剖面圖如圖1所示。

1.2 水文地質情況

黃華河水流流向由西向東，與線路夾角80°，河道正寬 120 m。黃華河100年一遇的洪水水位為 87.13 m，施工常水位為 78.85 m，最低水位為 78.44 m。考慮黃華河大橋上游有電站，同時走訪最近幾年水文變化情況，承臺圍堰按照施工常水位 78.85 m考慮。

根據地質勘探，鋼圍堰處地質情況較為復雜，各地層的分布情況及地層特性從上至下分別為：軟弱土、中軟土、中硬土、軟質巖石、巖石。

2 方案簡述

2.1 鋼板樁圍堰方案

采用鋼板樁圍堰，選用拉森Ⅳ型鋼板樁。考慮圍檁支撐、承臺施工空間及塔吊基礎，鋼板樁靠近棧橋側預留 2.5 m（塔吊側），其他三側預留 1.5 m。圍堰平面尺寸為 12.6 m×19.2 m。鋼板樁圍巖封底混凝土厚 1 m。經計算，鋼板樁插入封底層下 ≥2.5 m，4#、5#均采用 12 m鋼板樁即可，4#墩圍堰頂部高出常水位 1.029 m，5#墩圍堰頂部高出常水位 1.805 m。鋼板樁圍堰平面布置如圖2所示。

2.2 鋼套箱圍堰方案

采用鋼套箱圍堰，圍堰尺寸為 9.8 m×15.3 m，4#、5#墩鋼套箱圍堰高度均為 10.0 mm。鋼套箱圍堰平面布置如圖3所示。

2.2.1 側模

側模采用 10 mm厚鋼板，長側壁分為4個節段，短側壁分為3個節段。側壁豎向龍骨采用I32a工字鋼，收邊接口采用［32a槽鋼，橫向加勁采用［14a槽鋼，鎖角側壁，一次成型，倒角處采用 10 mm鋼板加強。

2.2.2 底模

底模采用 6 mm厚鋼板，橫縱梁采用I36a工字鋼，橫向加勁采用［20a槽鋼，縱向加勁采用 10 mm×100 mm板條，四周接口收邊采用［32a槽鋼。

3 方案比選

3.1 技術可行性分析

3.1.1 鋼板樁圍堰

采用鋼板樁圍堰工藝施工時，由于河床覆蓋層比較薄，需要注意以下問題：

（1）承臺下主要為Q4al+pl中砂、Q4al+pl粗圓礫土、花崗巖，鋼板樁需要插入承臺底 3.5 m，且鋼板樁插打入弱風化花崗巖困難，5#墩及4#墩插打鋼板樁需要進行引孔，擬采用280型旋挖鉆機 （φ80 cm）進行引孔，樁間距為 0.6 m，鋼板樁插打好后，用砂填實縫隙。現有圍堰平臺為 24 m×24 m，大里程及左側需擴寬 5 m，單個平臺需拓寬 205 m2。

（2）鋼板樁圍堰封底厚度為 1 m，需要將河床清理至承臺底1～ 1.2 m處，4#墩承臺底至強風化花崗巖W3最小 2.5 m，滿足封底要求；5#墩承臺底至花崗巖微風化最小 0.955 m，局部需要處理，可采用沖擊鉆沖擊。

3.1.2 鋼套箱圍堰

鋼套箱圍堰工藝成熟，主要步驟為：加工底模、側模→清理河床（至吊箱圍堰底以下 0.5 m）→組裝吊箱臨時托架→組裝吊箱底模→組裝吊放系統→安裝側模→下沉鋼套箱→澆筑封底混凝土→封底混凝土等強→抽水→安裝內支撐。

由于河床覆蓋層比較薄，鋼套箱圍堰封底厚度為 1.3 m，要使吊箱下落到位，需要將河床清理至承臺底 1.2 m處，4#墩承臺底至強風化花崗巖W3最小 2.5 m，滿足要求；5#墩承臺底至花崗巖微風化最小 0.955 m，局部需要處理，方法同鋼板樁。

綜上所述，鋼板樁圍堰和鋼套箱圍堰在技術上均具有可行性。

3.2 工期分析

鋼套箱和鋼板樁圍堰施工工期對比如表1所示。由表1可知，采用鋼套箱圍堰比鋼板樁圍堰工期提前 14 d。其中，采用鋼板樁圍堰需要引孔，河床基巖面存在斜巖，施工工藝較復雜，精確度要求高，工期比較難以控制。

3.3 經濟性分析

鋼套箱和鋼板樁圍堰施工成本如表2所示。由表2可知，采用鋼板樁圍堰總成本為326.7萬元，而采用鋼套箱圍堰總成本為305.7萬元。

3.4 綜合比選

從技術可行性、工期和經濟性角度，綜合對比上述兩種方案，優先選擇鋼套箱圍堰方案，方案比選分析如表3所示。

4 鋼套箱圍堰施工方法

4.1 主要施工步驟

鋼套箱圍堰的主要施工步驟如下。

4.1.1 拼裝牛腿及安裝主龍骨（圖4）

（1）鉆孔樁施工完成后拆除鉆孔平臺。

（2）在鋼護筒上焊接吊箱拼裝牛腿，現場可根據實際水位情況對牛腿頂標高進行調整。

（3）在拼裝牛腿上安裝主龍骨。

（4）在主龍骨上安裝底板次龍骨，在次龍骨上安裝底板鋼面板及限位。

4.1.2 安裝圍檁（圖5）

（1）按照設計標高，在鋼護筒上焊接第二層圍檁內支撐拼裝牛腿。

（2）在拼裝牛腿上安裝鋼吊箱第二層圍檁。

（3）以第二層圍檁為導向，拼裝吊箱側壁板，并將壁板與底板通過 φ25 mm圓鋼鎖住。

（4）圍堰合龍后，將第二層圍檁焊接在壁板上（通過鋼筋頭焊），拆除第二層圍檁拼裝牛腿。

（5）安裝第二層內支撐，安裝第一層圍檁及內支撐。

4.1.3 澆筑封底混凝土（圖6）

（1）排放導管，第一次水下澆筑 1 m厚封底混凝土。

（2）待封底混凝土到達設計強度后，封堵連通器，圍堰內抽水，保證吊箱內無水。

（3）割除高出封底面以上的抗浮工字鋼。

（4）清理第一次封底的浮漿，在鋼護筒上焊接型鋼剪力鍵（每個護筒上焊4個）。

（5）第二次澆筑封底混凝土（干封），待二次封底混凝土強度達到70%時，拆除吊掛系統，并割除承臺底以上鋼護筒，鑿樁頭。

4.1.4 澆筑承臺及拆除臨時支撐（后頁圖7）

（1）綁扎承臺鋼筋，澆筑承臺。

（2）承臺鑿毛，拆除干擾施工的第一、二層內支撐，分節施工墩柱。

（3）待施工墩柱的標高超過施工水位一定高度后，依次拆除所有圍檁內支撐、鋼吊箱壁板。

4.2 施工效果

根據施工現場的鋼圍堰變形監測，圍堰在施工過程中沒有發生較大變形，均在安全范圍內。在澆筑水下封底混凝土時，底模與鋼護筒之間無空隙，保證了封底混凝土不外漏。采用鋼套箱圍堰在較短的時間內完成了圍堰施工，且在施工過程中沒有發生任何安全事故，效果優良。

5 結語

本文以岑溪黃華河大橋深水基礎施工為例，從技術可行性、工期以及經濟性三個方面，對比了鋼板樁圍堰和鋼套箱圍堰兩種方案的特點，主要結論如下：

（1）鋼板樁圍堰和鋼套箱圍堰在技術上均具有可行性，采用鋼套箱圍堰比鋼板樁圍堰工期提前14 d，且采用鋼板樁圍堰需要引孔，河床基巖面存在斜巖，施工工藝較復雜，精確度要求高，工期較難以控制。采用鋼板樁圍堰總成本為326.7萬元，而采用鋼套箱圍堰總成本為305.7萬元。

（2）選取鋼套箱圍堰方案作為本橋深水基礎的施工方案。根據現場施工效果，采用鋼套箱圍堰安全高效地完成了本橋深水基礎的施工，可為類似工程項目提供參考。

參考文獻

［1］李軍堂，秦順全，張瑞霞.橋梁深水基礎的發展和展望［J］.橋梁建設，2020，50（3）：17-24.

［2］周同生.雙壁鋼圍堰施工風險及抗浮穩定性研究［D］.重慶：重慶交通大學，2017.

［3］鐘 祺，鄭春雨，衛 康，等.復雜地質深水環境中鋼圍堰類型比選及設計研究［J］.公路，2021，66（10）：210-215.

收稿日期：2022-12-12