橋墩的深水基礎(chǔ)施工

冉隆飛

【摘 要】橋墩的深水基礎(chǔ)施工主要的施工困難集中在防土、防水、防沖刷、防滑坡等各個方面，而針對這些困難使用雙壁鋼圍堰技術(shù)可以有效的避免這些問題的產(chǎn)生，同時在橋墩完工后將其進(jìn)行拆除也不會對航道和水流造成堵塞。本文以橋墩深水基礎(chǔ)施工中的雙壁鋼圍堰為研究對象，在對其應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行概述的基礎(chǔ)上闡述了兩種主要雙壁鋼圍堰技術(shù)施工辦法，同時對雙壁鋼圍堰的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，并對其施工中的問題以及發(fā)展趨勢做出了研究與探討。

【關(guān)鍵詞】橋墩；深水基礎(chǔ)施工；雙壁鋼圍堰；穩(wěn)定性；問題處理；發(fā)展趨勢

一、雙壁鋼圍堰應(yīng)用現(xiàn)狀概述

雙壁鋼圍堰的優(yōu)勢主要體現(xiàn)于以下幾個方面：一是雙壁鋼殼具有較高強(qiáng)度足以承受內(nèi)外壓差；二是在施工過程中直到封底混凝土之前的工序都十分簡便，并且在施工中渡洪和抽水都不受水位限制，所以沒有施工季節(jié)限制；三是施工不受水深限制；四是雙壁鋼圍堰下沉后可以作為鉆孔樁基礎(chǔ)的輔助施工設(shè)施，也可以進(jìn)行承載；五是不同地質(zhì)的同一座橋梁的施工中可以使用統(tǒng)一的辦法進(jìn)行深水基礎(chǔ)修建，這在很大程度上更利于設(shè)備利用以及雙壁鋼圍堰本身上部分的重復(fù)使用，在降低施工成本的同時方便了施工的管理?；陔p壁鋼圍堰的這些優(yōu)勢，自從九江長江大橋初次使用雙壁鋼圍堰技術(shù)后，我國使用雙壁鋼圍堰技術(shù)進(jìn)行橋梁建造的大橋不下30座，并且這個數(shù)字也隨著社會以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展在不斷的更新和提高。在雙壁鋼圍堰技術(shù)的應(yīng)用中，主要的施工方法包括纜索吊機(jī)調(diào)運(yùn)施工以及浮運(yùn)施工兩種，其中浮運(yùn)施工的使用更加普遍。同時鋼圍堰本身的截面形式出現(xiàn)了多元化的特點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，雙壁鋼圍堰技術(shù)功能的發(fā)揮已經(jīng)不僅僅再局限于橋梁基礎(chǔ)建設(shè)，虎門大橋?qū)⑵渥鳛榉雷苍O(shè)施就是一個典型例子。

二、纜索吊機(jī)調(diào)運(yùn)施工雙壁鋼圍堰技術(shù)

（一）施工技術(shù)

纜索吊機(jī)調(diào)運(yùn)施工雙壁鋼圍堰施工的技術(shù)特點(diǎn)主要體現(xiàn)在四個方面：一是鋼圍堰中的刃腳防水板以及水平桁架角鋼需要在工廠進(jìn)行交工并運(yùn)送到工地，除此之外的其他構(gòu)件在橋位進(jìn)行組拼和加工；二是雙壁鋼圍堰的封底混凝土灌注工作由纜索吊機(jī)垂直和水平運(yùn)輸；三是雙壁鋼圍堰九尾的導(dǎo)向平臺和定位有浮箱進(jìn)行組拼；四是在岸邊使用萬能桿件進(jìn)行鉆機(jī)作業(yè)平臺的組拼，用纜索吊機(jī)進(jìn)行整體的吊裝并架立與鋼圍堰上口。

（二）質(zhì)量控制

對纜索吊機(jī)調(diào)運(yùn)施工雙壁鋼圍堰施工的質(zhì)量控制不僅要制定出明確的檢查記錄以及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，同時還應(yīng)當(dāng)讓各部分工序的開展符合相關(guān)規(guī)定的要求，其中，有以下幾點(diǎn)需要作出重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)：一是在制造雙壁鋼圍堰的過程中要對其尺寸以及焊接質(zhì)量進(jìn)行重點(diǎn)控制，避免影響下步工序的開展；二是無論是下沉誤差還是著床誤差都必須控制在有關(guān)規(guī)定之內(nèi)，確保橋墩位置的準(zhǔn)確性；三是清基、吸泥工作要進(jìn)行徹底。

（三）安全生產(chǎn)

在纜索吊機(jī)調(diào)運(yùn)施工雙壁鋼圍堰施工中，需要注意的安全事項主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一是施工中基礎(chǔ)操作細(xì)則的制定要具有針對性，針對性主要體現(xiàn)在起重安裝、潛水作業(yè)、水上作業(yè)、焊接作業(yè)以及其他工作等，避免出現(xiàn)物體打擊、高空墜落、灼傷、觸電、溺水等事故的發(fā)生；二是應(yīng)當(dāng)重視對施工人員開展安全技術(shù)培訓(xùn)，同時建立嚴(yán)格的考察制度，通過考核上崗以及實行崗位責(zé)任制來提高施工人員安全意識并避免安全事故的產(chǎn)生；三是重視進(jìn)場安全檢察，保證進(jìn)場工人佩戴安全帽，高空作業(yè)工人系好安全帶，水上作業(yè)工人穿著救生衣、潛水作業(yè)工人正確佩戴潛水用具、電焊作業(yè)工人帶有手套和防護(hù)鏡等防護(hù)工具；四是各種設(shè)備以及機(jī)械應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行操作，禁止并嚴(yán)懲違章以及超負(fù)荷運(yùn)作行為；五是施工材料應(yīng)當(dāng)布置有序、堆放整齊，確保文明施工；六是有必要安排專人負(fù)責(zé)河水位監(jiān)控工作，通過水情信息為施工的調(diào)整提供依據(jù)。

三、浮運(yùn)施工雙壁鋼圍堰技術(shù)

（一）施工技術(shù)

浮運(yùn)施工雙壁鋼圍堰技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)主要體現(xiàn)在三個方面：一是充分的利用了浮運(yùn)施工雙壁鋼圍堰技術(shù)浮力大、重量輕的特點(diǎn)使鋼圍堰浮在墩位之上，所以鋼圍堰在下沉?xí)r并不需要使用充氣機(jī)械以及供氣系統(tǒng)等，這在很大程度上降低了整個工程的造價并加快了工程施工的進(jìn)度；二是對鋼圍堰拼裝、制造等步驟的焊接質(zhì)量具有較高的要求，焊接不僅要符合設(shè)計要求，同時要通過實驗保證不會出現(xiàn)滲水問題；三是雙壁鋼圍堰的平面是圓形的鋼環(huán)結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的鋼度并且施工也十分的方便。

（二）質(zhì)量控制

浮運(yùn)施工雙壁鋼圍堰施工的質(zhì)量控制主要體現(xiàn)在六個方面：一是雙壁鋼圍堰制造材料如焊條、鋼料等都要求符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)或者設(shè)計要求，同時這些材料要有合格證，并且通過力學(xué)實驗、化學(xué)實驗或者可焊性實驗等；二是當(dāng)所使用的材料尺寸或型號需要作出改變時，需要經(jīng)過相關(guān)技術(shù)負(fù)責(zé)人進(jìn)行并要求設(shè)計單位出示變更證明后才可以進(jìn)行材料的變更；三是焊接方面的質(zhì)量要滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，同時焊縫的尺寸不僅要滿足設(shè)計中要求的強(qiáng)度，同時要通過涂抹煤油進(jìn)行水密檢測，如果出現(xiàn)滲透，則淫蕩重新焊接并重新進(jìn)行水密檢測直到檢測合格；四是拼裝完成后的雙壁鋼圍堰要符合設(shè)計的要求，允許出現(xiàn)規(guī)定誤差但是當(dāng)誤差過大時應(yīng)當(dāng)重裝；五是當(dāng)雙壁鋼圍堰在下沉到設(shè)計的高程后允許出現(xiàn)位置偏差，但是位置偏差要在設(shè)計中的要求之內(nèi)；六是雙壁鋼圍堰中的清基以及吸泥工作要進(jìn)行徹底，防止因為基巖面與封底混凝土結(jié)合不緊密產(chǎn)生夾砂層，避免鉆孔工作中出現(xiàn)漏沙問題。

四、雙壁鋼圍堰穩(wěn)定性分析

為了保證橋墩深水施工的順利性，在施工該過程中使用的雙壁鋼圍堰必須滿足規(guī)定的耐久度、穩(wěn)定性、剛度以及強(qiáng)度等，這對橋墩深水施工質(zhì)量產(chǎn)生著直接的影響。

（一）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

在橋墩深水施工過程中，雙壁鋼圍堰所承受的力主要包括施工荷載、動水壓力、靜水壓力、浪擊打力、船舶等物質(zhì)造成的撞擊力以及風(fēng)荷載等。雙壁鋼圍堰本身受力的最不利情況主要是在灌注橋梁鉆孔樁基礎(chǔ)承臺前鋼圍堰達(dá)最大抽水狀態(tài)，這個時候的雙壁鋼圍堰從封底的混凝土面向上其實已經(jīng)成為了一個空心浮體，同時由于鉆孔樁法規(guī)的固定作用、雙壁鋼圍堰的重量、雙壁鋼圍堰內(nèi)的混凝土以及鋼殼中的水重量等原因，鋼圍堰依舊可以保持不上浮的狀態(tài)，但是在這種狀態(tài)下，雙壁鋼圍堰承受的水平側(cè)壓力處于最大值。但是，雙壁鋼圍堰因為是一個具有單斜面刃腳的雙壁圓形鋼結(jié)構(gòu)全焊的圓筒，它所具有的雙壁鋼殼相比較鋼板樁圍堰具有更高的強(qiáng)度，足以承受住鋼圍堰內(nèi)外的水壓差，所以由于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性使雙壁鋼圍堰具有了足夠的安全性。

（二）抗上浮穩(wěn)定性

雙壁鋼圍堰的抗上浮穩(wěn)定性主要體現(xiàn)在三個方面：一是圍堰本身的配種以及自重可以克服上浮力。雙壁鋼圍堰的內(nèi)部與外壁采用剛性支撐聯(lián)接，豎向隔艙板可以將鋼殼分為不相通的若干隔艙，從而保證了雙壁鋼圍堰在懸浮階段的注水下沉具有穩(wěn)定性，同時隔艙板可以讓雙壁鋼圍堰在下沉后進(jìn)行分艙注水或者進(jìn)行混凝土的灌注，從而對雙壁鋼圍堰本身的傾斜度進(jìn)行調(diào)整并對床面高差進(jìn)行適應(yīng)。在此過程中雙壁鋼圍堰的重量以及水和混凝土的重量能夠克服自身承受的浮力。同時由于配重與自重大于浮力，所以雙壁鋼圍堰才能夠下沉，在下沉過程中封底和刃腳的混凝土存在粘結(jié)力，所以封底混凝土與雙壁鋼圍堰可以保持結(jié)合的狀態(tài)而形成整體。二是粘結(jié)力可以克服上浮力。能夠發(fā)揮克服上浮力作用的粘結(jié)力重要體現(xiàn)為兩種，一種是河床和封底混凝土的粘結(jié)力，一種是封底混凝土與鉆孔樁的粘結(jié)力。雙壁鋼圍堰刃腳的封堵、著床以及清基等工作在很大程度上影響著雙壁鋼圍堰的抗上浮穩(wěn)定性。如果河床本身不平坦，雙壁鋼圍堰的刃腳可以依據(jù)河床的實際情況改為高低刃腳，從而減小雙壁鋼圍堰著床時巖層面與刃腳的縫隙。當(dāng)雙壁鋼圍堰下沉到基巖后，應(yīng)當(dāng)讓潛水員檢查刃腳，并用混凝土堵住巖面與刃腳的縫隙，避免流沙進(jìn)行雙壁鋼圍堰，同時也避免了混凝土封底時出現(xiàn)泄漏問題。確保清基和吸泥的徹底干凈是為了實現(xiàn)巖面與封底混凝土的緊密貼合，在清基不干凈的情況下，泥沙必然會灌入雙壁鋼圍堰并產(chǎn)生加沙層，這給隨后的鉆孔工作形成了很大的困難，同時影響了河床與封底混凝土的粘合力；三是施工荷載能夠在一定程度上克服上浮力。鉆孔樁工作平臺處于雙壁鋼圍堰之上，這種荷載也能夠在一定程度上克服雙壁鋼圍堰所承受的浮力，但是由于雙壁鋼圍堰所受浮力最不利的情況下這種荷載已經(jīng)不存在，所以在實際分析和計算中，這種荷載力并不在考慮范圍之內(nèi)。

五、雙壁鋼圍堰施工中的問題處理

（一）裸露基巖上的封底穿水處理

以淮河鐵路特大橋為例，淮河鐵路特大橋的42號橋墩的鋼圍堰施工工作中，在環(huán)狀封底工作完成并且混凝土已經(jīng)達(dá)到足夠強(qiáng)度之后開始抽干堰內(nèi)的水并進(jìn)行清底工作。但是次日圍堰中有水涌出，所以立即進(jìn)行補(bǔ)救，在此過程中使用硅酸鈉耐酸混凝土堵住水洞。兩天后堰內(nèi)仍舊存在滲水和涌砂現(xiàn)象，并有逐漸擴(kuò)大的趨勢，在抽水量小于涌水量的情況下清底工作已經(jīng)無法正常進(jìn)行，而產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要體現(xiàn)在三個方面：一是環(huán)形槽底的清理工作進(jìn)行不徹底，所以導(dǎo)致了封底具有薄弱點(diǎn)；二是封底工作中使用的混凝土本身質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，與圍堰難以緊密結(jié)合；三是對巖石裂隙的發(fā)育程度估計欠缺準(zhǔn)確性。在這些原因的指向下，封底工作主要存在方案設(shè)計中對實際情況考慮不足的問題，針對這一問題，只有進(jìn)行整體封底并且根據(jù)實際情況確保豐富達(dá)到1.0m以上才可以保證安全，在計算數(shù)據(jù)的支持下，對圍堰進(jìn)行了二次整體封底并獲得成功。

（二）淤泥覆蓋層中的下沉遇阻礙物處理

同樣是在淮河鐵路特大橋的施工工作中，41號橋墩臨近老橋，大量施工遺留的片石和舊木樁存在于河床之內(nèi)。為了確保鋼圍堰能夠順利下沉，在圍堰下沉之前就采用了挖泥船等設(shè)備清理了河床中圍堰附近的雜物。在下沉中，圍堰在距離設(shè)計位置大約1m左右的時候出現(xiàn)了向下游進(jìn)行傾斜的情況，于是采取了單側(cè)吸泥措施以及片中受壓技術(shù)進(jìn)行處理，但是并沒有較好的效果。當(dāng)圍堰在距離設(shè)計位置大約0.6m時，圍堰停止下沉并繼續(xù)傾斜，通過潛水員的下水觸摸發(fā)現(xiàn)在圍堰附近仍舊存在許多石塊和舊的木樁基礎(chǔ)存在阻礙著圍堰的繼續(xù)下沉，針對這一情況，采取了小范圍的控制爆破才讓圍堰準(zhǔn)確的下沉到預(yù)定的設(shè)計位置。

六、雙壁鋼圍堰技術(shù)應(yīng)用發(fā)展趨勢

隨著我國社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對大型橋梁的需求也會不斷的增加，在此過程中雙壁鋼圍堰技術(shù)憑借自身簡單的結(jié)構(gòu)、快捷的施工、較廣的實用性以及較高的可靠性與安全性必然會得到更多的運(yùn)用。而在使用雙壁鋼圍堰技術(shù)時為了更加的經(jīng)濟(jì)和合理，有必要對雙壁鋼圍堰技術(shù)的發(fā)展趨勢做出探討，從而讓雙壁鋼圍堰技術(shù)在橋墩深水施工中取得更好的發(fā)展。

（一）制造方面的發(fā)展趨勢

在雙壁鋼圍堰技術(shù)的制造中可以進(jìn)行突破的方面主要體現(xiàn)改變雙壁鋼圍堰技術(shù)中的焊接結(jié)構(gòu)，通過用螺栓來進(jìn)行雙壁鋼圍堰的拼裝和聯(lián)接，從而實現(xiàn)施工速度的加快，同時也能夠在橋墩深水施工中去除水下切割這一環(huán)節(jié)，提高施工成本控制效果。在此過程中容易出現(xiàn)也十分需要注意的問題是螺栓處的滲漏問題，但是隨著科技的發(fā)展，滲漏問題可能能夠通過橡膠止水條或者防水劑來進(jìn)行解決。當(dāng)前的雙壁鋼圍堰技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)方面的多樣化，可以根據(jù)橋墩深水施工的實際需要以及施工處的實際環(huán)境來改變雙壁鋼圍堰界面形式，這對提高雙壁鋼圍堰技術(shù)應(yīng)用的靈活性具有重要的推動意義。

（二）應(yīng)用領(lǐng)域方法的發(fā)展趨勢

雙壁鋼圍堰技術(shù)在我國多用于新建橋梁，而事實上，雙壁鋼圍堰技術(shù)在橋梁修復(fù)中也能夠發(fā)揮出重要的作用。在這方面，日本的OKU就是一個典型的實例，通過鋼板樁圍堰技術(shù)的運(yùn)用，大橋維修所花費(fèi)的時間大大減少。同時雙壁鋼圍堰技術(shù)功能的發(fā)揮也并不僅僅局限在橋梁的建設(shè)和修復(fù)中，它在其他領(lǐng)域也能夠做出卓越的貢獻(xiàn)，如在虎門大橋中的雙壁鋼圍堰是被作為防撞設(shè)施出現(xiàn)的。

（三）鋼板樁雙壁鋼圍堰技術(shù)的優(yōu)勢與不足

鋼板樁雙壁鋼圍堰技術(shù)指的是向水中打入兩列平行的鋼板樁并進(jìn)行縱向和橫向的鎖定與連接，然后通過填入適當(dāng)?shù)姆浪牧蟻硇纬呻p壁鋼圍堰。鋼板樁雙壁鋼圍堰在歐美以及日本等地被廣泛應(yīng)用，但是我國的應(yīng)用實例則較少。鋼板樁雙壁鋼圍堰技的優(yōu)勢十分明顯，主要體現(xiàn)在：運(yùn)輸方便、去除了雙壁鋼圍堰在下沉?xí)r的糾偏、導(dǎo)向和錨錠等工作、去除了雙壁鋼圍堰施工中的水下拆除和切割程序、省去了對大型水上施工設(shè)備以及纜索吊機(jī)的使用、省去了現(xiàn)場的焊接工作、圍堰形狀可以根據(jù)承臺形狀做出改變、使用后的鋼板樁具有較高的重復(fù)利用率等，而其不足主要體現(xiàn)在標(biāo)高、防滲透能力、適用范圍三個方面，雖然如此，鋼板樁雙壁鋼圍堰也不失為橋墩深水施工中可以選擇的具有應(yīng)用價值的施工技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]胡啟升，李小珍，李貞新.橋梁基礎(chǔ)雙壁鋼圍堰施工技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀[J].四川建筑，2006，26（3）.