水中施工平臺局部沖刷的處治措施研究

夏 飛 周 勇

（1湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院， 湖北 武漢 430051；2湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院， 湖北 武漢 430051）

水中施工平臺局部沖刷的處治措施研究

夏 飛1周 勇2

（1湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院， 湖北 武漢 430051；2湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院， 湖北 武漢 430051）

文中以某跨北江連續(xù)剛構(gòu)橋水中施工平臺局部沖刷為例，介紹了局部沖刷的成因、防護(hù)原理、具體處理方案及實(shí)施效果。

水中施工平臺；局部沖刷；處治措施

1 項(xiàng)目概況

某跨北江連續(xù)剛構(gòu)橋北岸主墩施工平臺采用鋼管樁及12根水中樁基施工的鋼護(hù)筒作為支承結(jié)構(gòu)。在日常監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)因局部沖刷影響，導(dǎo)致作為承重結(jié)構(gòu)的12根鋼護(hù)筒入土深度不足，影響施工平臺的結(jié)構(gòu)安全。

2 成因分析

橋墩局部沖刷深度與很多因素有關(guān)，除橋墩寬度、橋墩型式、水深、床沙粒徑等因素外，主要受沖向橋墩的流速影響。流向橋墩的水流受到墩身的阻擋，橋墩周圍的水流結(jié)構(gòu)發(fā)生急劇變化，水流的繞流使流線急劇彎曲，床面附近形成漩渦，劇烈淘刷橋墩迎水端和周圍的泥沙，形成局部沖刷坑。隨著沖刷坑的不斷加深和擴(kuò)大，坑底流速逐漸降低，水流挾沙能力隨之減弱，上游進(jìn)入沖刷坑的泥沙與水流沖走的泥沙趨向平衡同時(shí)，沖刷坑底的泥沙逐漸粗化，坑底粗糙程度增大，抗沖能力增強(qiáng)，使水流的沖刷作用與床沙的抗沖作用也趨于平衡，沖刷隨之停止，局部沖刷坑達(dá)到最深。

經(jīng)調(diào)查，本項(xiàng)目局部沖刷的主要成因如下：

①北江河道表面覆蓋層主要為砂層及礫石層，經(jīng)常出現(xiàn)采砂船才橋位上下游進(jìn)行抽砂作業(yè)，導(dǎo)致河床變化較大，影響到橋位附近的覆蓋層。

②北岸主墩及過渡墩處于正江與北江交匯口，受上游江心島的影響，北江河槽部分偏于北岸，水流速度較大，局部沖刷較為嚴(yán)重。

③主墩鋼護(hù)筒直徑較大，且為群樁基樁，阻水結(jié)構(gòu)形狀系數(shù)較大，相對局部沖刷較大。

3 處治原理

局部沖刷是在橋墩基礎(chǔ)附近，橋墩的存在引起了水流的加速，產(chǎn)生了將周圍沉積物帶走的漩渦。

理論上可以將水流與橋墩的沖刷作用分為三個(gè)部分： ①前進(jìn)水流漩渦，主要是指前進(jìn)的水流遇到障礙物產(chǎn)生的漩渦在通過障礙物時(shí)，卷動(dòng)泥沙形成了沖刷坑，可采用減緩水流能量或者改變水流與橋墩的作用方式來應(yīng)對; ②下降水流淘底，主要指前進(jìn)水流撞擊橋墩后形成一部分下降水流，對墩底進(jìn)行淘刷，可采用阻礙水流急速下沖的手段或增大泥沙啟動(dòng)時(shí)需要的動(dòng)力來應(yīng)對; ③尾流漩渦沖坑，主要指水流繞過障礙物后形成的漩渦，帶走了墩后的部分泥沙，可在下游裝置收尾措施來處理應(yīng)對。

現(xiàn)有沖刷防護(hù)措施大多是按上述思路進(jìn)行設(shè)計(jì)的，在實(shí)際工程中按其位置可以分為墩前、墩周、墩后三種防護(hù)措施： ①墩前阻水，旨在阻擋墩前的前進(jìn)水流，干擾來流作用; ②墩周加固，旨在墩周進(jìn)行適當(dāng)加固，起到護(hù)底防淘刷的作用; ③墩后收尾，旨在減小尾流作用，降低墩后的沖刷作用。

本項(xiàng)目按照墩前阻水、墩周加固及墩后收尾的方式進(jìn)行處治。主要有以下幾個(gè)步驟：①北岸主墩鋼護(hù)筒跟進(jìn)，增加入土深度；②加快樁基施工速度，盡快完成第一批主墩樁基施工；③在北岸部分平臺上游振設(shè)鋼管樁作為分水尖，減少江水對平臺的沖刷；④在分水尖與鉆孔平臺之間采用袋裝土進(jìn)行回填，將沖刷區(qū)域進(jìn)行恢復(fù)；⑤在分水尖上游拋投石籠，減少河床沖刷。

4 實(shí)施方案

4.1 護(hù)筒跟進(jìn)

在樁基施工過程中，將護(hù)筒內(nèi)部的覆蓋層鉆出后，將鋼護(hù)筒兩側(cè)的牛腿割除，將鋼護(hù)筒接長，鋼護(hù)筒對接接口采用滿焊焊接，接口處設(shè)置八塊連接板進(jìn)行接長，連接板厚度為16mm，尺寸為40×20cm。鋼護(hù)筒接長完成后，采用240型振樁錘振沉鋼護(hù)筒，鋼護(hù)筒底口盡量振設(shè)至強(qiáng)風(fēng)化層的以保證鋼護(hù)筒的入土深度及承載力滿足施工要求。

4.2 加快樁基施工速度

在已有的條件下，改進(jìn)樁基施工工藝，合理安排施工順序，優(yōu)化樁基鉆進(jìn)設(shè)備，從而加快樁基施工進(jìn)度。盡量在洪峰到來前，能夠灌注一根以上的樁基，這樣已經(jīng)施工完成的樁基能夠更好的抵抗樁基的水平荷載，提高鉆孔平臺抵抗水平荷載的能力。

4.3 振設(shè)分水尖

在北岸平臺上游處，由于沖刷嚴(yán)重，且近期江水流速較快，必須采用主動(dòng)防御的措施減少對主墩鉆孔平臺的沖刷。施工單位在鉆孔平臺上游插打兩排直徑不小于530mm的鋼管樁作為分水尖，分水尖鋼管樁采用梅花形布置。分水尖可以減少洪水對鉆孔平臺的沖刷，緩沖洪水流速，將沖刷面調(diào)整到遠(yuǎn)離平臺的位置。為防止分水尖管樁受局部沖刷破壞，鋼管樁上采用主動(dòng)防護(hù)鋼圈，該結(jié)構(gòu)可以有效的消除下潛水流，防止形成馬蹄渦流。鋼圈在鋼管樁插打前焊接在鋼管樁上，要求焊縫不少于10mm。為方便鋼管樁施工，鋼圈采用整圈環(huán)繞結(jié)構(gòu)。主墩鋼護(hù)筒同樣采用主動(dòng)防護(hù)鋼圈，鋼圈為半圓環(huán)結(jié)構(gòu)，通過I25a型鋼下放到相應(yīng)水深位置，然后焊接固定在鋼護(hù)筒上。過渡墩的分水尖結(jié)構(gòu)與主墩類似。

圖4.1 北岸主墩鉆孔平臺上游分水尖

4.4 分水尖與鉆孔平臺范圍河床恢復(fù)

為了防止后續(xù)施工過程中，江水持續(xù)對鉆孔平臺進(jìn)行沖刷，危及鉆孔平臺的安全，必須將已經(jīng)沖刷的鉆孔平臺下部的河床進(jìn)行回填，這樣才能夠保證在樁基鉆進(jìn)過程中整個(gè)平臺的安全?；靥畈捎媚苎b 1m3的大型編織袋裝砂進(jìn)行回填，回填范圍按照圖中所示橫橋向范圍（100.2m2）進(jìn)行回填，回填寬度按照承臺寬度10.8m兩邊各增加1m進(jìn)行回填。經(jīng)過計(jì)算，主墩回填方量為100.2×（10.8+2）=1282.6m3?；靥顢?shù)量按照現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行確認(rèn)。

4.5 在分水尖上游拋投石籠

由于分水尖上游還存在沖刷情況，而且飛來峽水利樞紐不定期進(jìn)行泄洪，對于鉆孔平臺的沖刷非常大，為了保證鉆孔平臺的安全，防止正在鉆進(jìn)過程中的樁基出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)，在分水尖上游拋投大量石籠保護(hù)河床，減少對河床對鉆孔平臺的沖刷。由于水流流速較大，拋投片石不能按照設(shè)計(jì)的位置準(zhǔn)確下放，因此在投放片石的數(shù)量按照圖紙中的 1.5倍的數(shù)量進(jìn)行考慮。主墩石籠投放數(shù)量為 26.5×30×1.5=1192.5m3。過渡墩石籠投放數(shù)量參考主墩石籠投放數(shù)量。

圖4 .2分水尖上游石籠投放示意圖

5 結(jié)論

經(jīng)過連續(xù)觀測及一次洪峰后的專項(xiàng)檢測發(fā)現(xiàn)施工平臺附近的河床僅有微小沖刷，不影響施工平臺的結(jié)構(gòu)安全，以上處治措施達(dá)到了既定效果。

TU75

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1007-6344（2017）09-0225-01