論橋梁項目深水承臺施工圍堰及施工監測

陳忠銀

摘要 建設各類交通基礎設施時，根據項目建設實際情況，有些橋梁承臺及基礎只能建于深水當中，施工現場地質條件較為復雜，淤泥厚度大，且水流速度較快，極大地增加了施工難度及風險。基于此，文章以某橋梁工程項目為研究案例，總結了橋梁深水承臺施工圍堰設計原則，分析了圍堰形式選擇、結構設計及驗算、施工監測等內容，旨在為同類項目的建設提供參考和借鑒。

關鍵詞 深水承臺；鋼板樁圍堰；施工監測

中圖分類號 U445.556文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）09-0105-03

0 引言

大型橋梁基礎體積較大，需要埋藏在較深的位置，因為地質環境較差且多變，極大地增加了施工難度及風險，這就需要采取有效措施，解決圍堰結構設計及施工方面存在的問題。鋼板樁作為一項成熟產品，內部構造較為靈活，易于支撐，且施工難度小，因此在橋梁基礎施工中得到廣泛應用。鋼板樁施工過程中，需要綜合考慮施工場地環境、地質、氣候等因素對施工環節及支撐結構使用年限的影響。該文以某高速公路橋梁工程為例，全面分析了深水承臺施工圍堰及施工監測。

1 工程概況

某高速公路橋梁工程屬于剛構連續橋梁，橋梁的上部結構是由（115+200+115）m預應力混凝土澆筑。橋梁的28#、29#墩為主體橋墩，建造于水下，每個橋墩設計有18根直徑2.5 m鉆孔灌注樁，承臺底面標高為?9.0 m，其尺寸大小為37 m×15.5 m×5 m，兩主墩在河床面的設計標高依次是?11.0 m、?6.0 m。該文以28#墩為分析對象。

從水利部門獲悉，該橋位的年均水位是1.59 m。通過現場勘查發現，28#橋墩所處位置的覆蓋層由上到下依次是粉砂，黏土及各種礫石。該工程項目施工圍堰基礎條件如下：

（1）橋墩承臺對應的圍堰整體面積比較大。

（2）施工過程中的水位差異較大，最大差值10 m。

（3）由于河水流速較小，在橋墩處形成的粉砂層厚度為8.675 m，設計圍堰時只需采用常規止水措施。

（4）非汛期只有3個月，需在此時間段內完成施工。

2 圍堰設計

2.1 設計原則

設計圍堰應采用先進技術，確保圍堰能安全穩定地運營，建設成本低，且便于回收再利用。

（1）圍堰的整體凈空應超過承臺結構，同時確保施工順利進行。

（2）要求所用的構件外形小，但有足夠的剛度及強度，避免構件占據較大空間。

（3）因為水位高且河流波浪較大，設計圍堰時應增加其高度，提升安全性。

（4）確保項目安全的基礎上，適當減少建材使用量，避免出現浪費，降低圍堰建設費用[1]。

2.2 型式選擇

從工程實踐來看，施工水域的水深如果不超過4 m且流速較慢，可以使用一些比較容易施工，且造價成本較低的簡易圍堰，例如土石圍堰、木質圍堰等。但是，如果水深超過4 m，則只能選擇使用鋼板樁圍堰和雙壁鋼圍堰[2]。下文結合該項目具體特點，對比分析兩種圍堰形式：

（1）工程造價：依照實際項目經驗可知，在圍堰尺寸相同的情況下，鋼板樁圍堰的造價比雙壁鋼圍堰低一半多，為降低工程建設成本，鋼板樁圍堰是最佳選擇。

（2）結構形狀：大部分雙壁鋼圍堰屬于圓形結構，受到水壓影響，會出現軸向環力，因此無須設置內撐結構，有利于降低鋼鐵消耗量，承臺的長寬比在1.5以下時，可選擇該形式的圍堰。該項目承臺長寬比為2.4，該形式的圍堰并非優選，可使用鋼板樁圍堰，在結構方面更加搭配，且易于操作[3]。

（3）隔水效果：雙壁鋼圍堰的構造較為完整，因此具有良好的剛度及強度，能有效防水。

（4）施工難度：因為雙壁鋼圍堰的體型較大，所以需要有大型的拼裝場地及起吊設備。相比之下，鋼板樁圍堰所占據的空間很小，不需要有大型的拼裝場地及設備，可以進行多次周轉及拆裝，施工周期短，可在三個月內建設完水中承臺。根據施工現場具體狀況，確定選用鋼板樁圍堰。

2.3 結構設計

（1）鋼板樁長度設計：設計鋼板樁圍堰，需要將流水、土層、波浪等因素綜合考慮在內，圍堰結構應具備良好的抗滑性和抗沖刷性。澆筑橋墩建設鋼板樁，其防水位為+4.5 m，配套鋼板樁的頂標高為+5.5 m，底標高為?21.5 m，鋼板樁長度總計為27 m，封底混凝土頂面標高?9 m。

（2）圍堰平面尺寸設計：為便于開展施工，圍堰壁與承臺的間隔至少為l m，圍堰長度為39 m、寬度為17.5 m。

（3）圍檁內撐的設計：該項目的承臺高度為5 m，且位于深水下，結構承受較大水壓，若不設置內撐，則鋼板樁的應力不符合要求且會發生嚴重變形。所以，澆筑承臺需要分上下兩層施工，并在合適位置安裝三層圍檁內撐，前兩層內撐位于橋墩結構內部，最后一層內撐占據了混凝土澆筑空間。設計方法如下：

1）第三層圍檁內撐結構體系轉換：高度為3 m的承臺澆筑完成后，清理圍堰與首層混凝土間的砂石，并將其填充至2.6 m高，之后進行混凝土支撐層澆筑，厚度為0.4 m，澆筑成型后將最后一層支撐拆除，確保第二層承臺施工有充足的空間。

2）第二、一層圍檁內撐結構體系轉換：結合橋梁及承臺施工情況，將水注入圍堰，使其降至作業面之下，確保圍堰內外壓強基本一致，再配置四對角撐，并將相應的對撐拆掉[4]。表1為圍堰內撐構件材料表。

2.4 結構驗算

通過Midas有限元軟件構建模型，全面分析鋼板樁圍堰施工環節，鋼板樁及圍模內撐分別運用殼單元與梁單元，牢固連接圍檁與內撐構件，連接完成后，通過“土彈簧”開展模擬活動。此外，還需驗算施工的關鍵環節內容。

工況Ⅰ：用于封底的混凝土的強度達標，將圍堰內部河水抽排出來。

工況Ⅱ：第三層圍檁內撐體系轉換后。

工況Ⅲ：第二層圍檁內撐體系轉換后。

工況Ⅳ：第一層圍檁內撐體系轉換后[5]。

為提升結構強度，需在第三層圍檁上焊接鋼板及鋼槽，這是在綜合分析現場水、土壓及流水速度等因素后作出的設計決定。圍檁內撐正應力最大為130.1 MPa，最大變形為14 mm。鋼板樁正應力最大為81.5 MPa，最大剪應力為15.2 MPa，最大位移為1.36 mm。由此可知，各項指標數據符合設計標準[6]。

3 施工流程

施工過程中，明確位置后下放圍檁，之后插打鋼板樁。

（1）結合岸邊實際地形條件，選取合適位置安裝施工平臺，通過精確定位后，再搭建液壓起吊系統，將圍檁內撐、牛腿等構件安裝到平臺上，結合具體拼裝進度，將圍檁吊裝到水下，并連接固定到鋼板樁上。

（2）檢查鋼板樁，無問題后將其吊至指定位置，所用吊具為兩個吊鉤，保證鋼板樁保持垂直，移動到指定位置后安插鋼板樁鎖口中，再一一進行插打合龍。

（3）通過運用牛腿，將圍檁移至鋼板樁，潛水員使用高壓水槍對襯底護筒及鋼板樁進行沖洗，構架完整的施工平臺，到澆筑結束后，及時排掉圍堰內積水[7]。

（4）依照橋梁施工方法，有效轉換圍堰內支撐體系。

4 施工監測

該項目的鋼板圍堰尺寸為39 m×17.5 m×27 m，主要構造為三層圍檁內撐及286根鋼板樁，設計所用技術較為先進，施工環節嚴格按照設計標準進行，一旦出現問題，會對整個圍堰施工質量及安全性產生影響。所以，為提升施工安全性，施工過程中需開展施工監測[8]。

4.1 圍檁內撐監測

圍檁內撐主要承受壓軸力，對內撐軸力進行測量，必須使用精確度較高的標距150 mm的鋼結構表面應變計，將其安裝在受力較大的部位，及時有效地監測圍堰施工活動[9]，所得結果見表2～3。

4.2 鋼板樁監測

由于鋼板樁受到外部壓力，從而發生受彎和撓曲變形。根據受力變形狀況，通過JMZX-7000型傾角綜合測斜儀對其變形情況進行監測，選取變形程度大的部位安裝測斜管，使用鍍鋅板將其焊接到鋼板樁上，實現全方位監測。其監測結果如圖1～3所示。

4.3 監測評估

通過對整個施工環節進行檢測發現，結構應力及變形量基本符合設計標準，未超過數值上限。施工過程中，河流水位較低，圍堰控制界面的應力值較低，并未出現明顯變動，結構承受應力保持了正常水平[10]。

5 結論

綜上所述，該文以橋梁工程深水承臺施工圍堰為研究對象，研究得出如下結論：

（1）如果水深不足15 m，承臺長寬比超過1.5，易于止水且拼裝場地受限時，選用鋼板樁圍堰；如果水深超過15 m，承臺長寬比低于1.5，難于止水且拼裝場地面積足夠時，選用雙壁鋼圍堰。

（2）項目施工過程中，由于承臺較高，圍檁內撐空間被擠占，建造承臺時應分層澆筑，澆筑時需增強圍檁內撐，澆筑完成的承臺層能對鋼板樁起到一定的支撐作用。通過轉換圍檁內撐系統受力體系，可提升結構安全性，且不擠占施工操作空間，有利于降低建造成本。

參考文獻

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