近海橋梁水中承臺(tái)施工實(shí)例分析

■何 鋒

（福建省交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢有限公司，福州 350001）

1 引言

近海水中橋梁都會(huì)碰到水中承臺(tái)施工的難題，必須采取各種圍堰輔助施工措施，主要是為承臺(tái)施工提供無水的干燥（水位可控的）施工環(huán)境，并有足夠的剛度。

2 近海水中承臺(tái)施工工法

經(jīng)過多年的發(fā)展，近海水中承臺(tái)圍堰施工已經(jīng)總結(jié)出較多的工法，其中目前廣泛采用的工法有三種，分析總結(jié)如下：

（1）鋼板樁圍堰

鋼板樁圍堰是最常用的一種板樁圍堰。鋼板樁是帶有鎖口的一種型鋼，其截面有直板形、槽形及Z形等，有各種大小尺寸及聯(lián)鎖形式。

優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度高，容易打入堅(jiān)硬土層，可在深水中施工，必要時(shí)加斜支撐成為一個(gè)圍籠。防水性能好，整體剛度較強(qiáng)，能按需要組成各種外形的圍堰，并可多次重復(fù)使用。

適用：砂類土、黏性土、碎石土及風(fēng)化巖等堅(jiān)硬海（河）床，承臺(tái)落在海（河）底。

不適用：軟弱土層較厚、有大漂石及堅(jiān)硬巖石的海（河）床不宜使用鋼板樁圍堰，承臺(tái)底標(biāo)高在水面以下且距河床較高的情況。

（2）鋼吊箱圍堰

鋼吊箱圍堰是為承臺(tái)施工而設(shè)計(jì)的臨時(shí)阻水結(jié)構(gòu)，其作用是通過吊箱圍堰側(cè)板和底板上的封底混凝土圍水，為（水中）承臺(tái)施工提供無水的干燥（水位可控的）施工環(huán)境。鋼吊箱的結(jié)構(gòu)構(gòu)造由底板、側(cè)板、內(nèi)支撐、懸吊及定位系統(tǒng)組成。

優(yōu)點(diǎn)：同鋼圍堰相比，鋼吊箱圍堰具有施工工期短，水流阻力小、利于通航，不需要沉入河床、施工難度小、砼用量小等特點(diǎn)，同時(shí)套箱懸掛于支撐系統(tǒng)上，不接觸河床，避免了河床高低不平的影響。

適用：吊箱圍堰一般用在海（河）床比較深，承臺(tái)底標(biāo)高在水面以下且距河床較高的情況，特別是那種水流很急且河床不適于鋼套箱下沉的地質(zhì)情況。

不適用：承臺(tái)處于海（河）床底。

（3）鋼套箱圍堰

鋼套箱圍堰和鋼吊箱圍堰區(qū)別在于后者無底板，需要下到海床底進(jìn)行封底施工，其他設(shè)計(jì)計(jì)算基本相同。

優(yōu)點(diǎn)：現(xiàn)場(chǎng)拼裝減少了安裝困難，避免適用大型機(jī)械設(shè)備打樁，具備埋深大、整體性及穩(wěn)定性高于鋼板樁，能承受較大荷載。

適用：鋼套箱則適用于淺灘地帶，水流速較小，埋置不深、覆蓋層較薄、平坦巖石海（河）床等地質(zhì)情況比較適于鋼套箱下沉的情況。

不適用：承臺(tái)底標(biāo)高在水面以下且距河床較高的情況。軟弱土層較厚、水流很急、無底鋼套箱底部與土或巖層接觸面不均勻不密合易產(chǎn)生滲漏等河床不適于鋼套箱下沉的地質(zhì)情況。

3 近海橋梁水中承臺(tái)施工實(shí)例

平潭高速代建工程金井灣大橋樁號(hào)范圍為K0+075.307～K2+098.580，全長 2.023km，其中 3～14# 墩水中墩，承臺(tái)均為矩形布置鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，采用海工C40混凝土。屬于海上施工，受風(fēng)浪和潮汐影響較大，施工難度較大，承臺(tái)作為下部結(jié)構(gòu)主要受力構(gòu)件，其頂標(biāo)高多位于海平面以下，其中3#承臺(tái)落在海床底，4#～14#屬高樁承臺(tái)。

（1）方案比選

根據(jù)各工法的特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地理地質(zhì)水文條件，依據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力溷（混）凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62-2004）；《公路環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG B04-2010）；《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTT/T F50-2011） 中相關(guān)規(guī)定進(jìn)行了方案比選。

1）由于該橋址處平均潮位差4.24m，海洋潮汐影響較大，水位較高，平均風(fēng)速達(dá)到11.1m/s以上，流速較大，海床內(nèi)淤泥深度較深為13.9～34.6m不等，對(duì)圍堰的剛度和穩(wěn)定性要求較高，經(jīng)過對(duì)拉森鋼板樁四型 （SP-Ⅳ）驗(yàn)算，鋼板樁圍堰抗傾覆能力不足且阻水效果不能保證，故排除鋼板樁圍堰工法。

2）金井灣大橋4～14#承臺(tái)均屬于高樁承臺(tái)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，承臺(tái)底至海床底5～30m不等，具體水深受海洋潮汐影響較大，海床內(nèi)淤泥深度較深為13.9～34.6m不等，平均風(fēng)速達(dá)到11.1m/s以上，流速較大，不利于鋼套箱下放且難以與海床面密貼，密封施工較為困難，排除無底鋼套箱圍堰施工工法，鋼吊箱自帶底板，懸掛于支撐系統(tǒng)上，不接觸河床，能較好解決封底及下放的困難，故4～14#承臺(tái)選用鋼吊箱圍堰施工工法。

3）金井灣大橋3#承臺(tái)底標(biāo)高為-2.5m，該處海床底標(biāo)高為-1.45m，承臺(tái)落在海床底，埋置不深、覆蓋層較薄，該處海床經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，地勢(shì)較為平坦，海床底主要以巖石為主，硬度較高，鋼套箱可以比較方便下到底、封底工作實(shí)施方便，從施工的難易程度考慮，3#承臺(tái)選用鋼套箱圍堰工法。

最終比選結(jié)果：通過復(fù)核設(shè)計(jì)圖紙和現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，根據(jù)海床、潮汐及水文情況、施工難易程度等因素，綜合考量決定，金井灣大橋3#承臺(tái)選用鋼套箱圍堰工法、4～14#承臺(tái)選用鋼吊箱圍堰施工工法。

（2）鋼吊箱圍堰方案設(shè)計(jì)

按照比選結(jié)果，選用3#承臺(tái)選用雙臂（壁）鋼套箱圍堰、4～14#承臺(tái)選用雙壁鋼吊箱圍堰。其中3#承臺(tái)無底雙壁鋼套箱相對(duì)4～14#承臺(tái)有底雙壁鋼吊箱而言，去掉了底板系統(tǒng)，鋼套箱側(cè)面壁板直接插入河床，并通過吸泥下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，澆筑封底混凝土后，使嵌入河床的鋼套箱與河床、封底混凝土共同組成封閉的臨時(shí)隔水結(jié)構(gòu)。這里著重介紹一下4～14#承臺(tái)雙壁鋼吊箱圍堰方案設(shè)計(jì)如下圖1：

雙壁鋼吊箱圍堰由底板、側(cè)板、吊掛系統(tǒng)，水平支撐系統(tǒng)組成。鋼吊箱圍堰側(cè)板采用雙壁結(jié)構(gòu)，側(cè)板同時(shí)兼作承臺(tái)模板。

吊箱底板由鋼板與底板龍骨焊接而成。底龍骨采用2［40a焊接，延長邊縱梁（橫橋向）為主梁，通常布置4跟，橫梁（順橋向）為次梁?？v橫梁交叉位置橫梁斷開與縱梁焊接，縱梁作為主梁不斷開?？v、橫梁之間在護(hù)筒周圍位置設(shè)置斜撐，同樣采用2[40a槽鋼。底面板在縱、橫龍骨間設(shè)置∠100×63×6角鋼加勁肋。吊桿底座設(shè)焊在縱梁（端吊桿梁除外）上為2[32a槽鋼。底面板為δ＝10mm鋼板，底面板與鋼護(hù)筒相交平面位置各留有圓孔洞，以利于下沉吊箱。

圖1 鋼吊箱圍堰分塊編號(hào)圖

側(cè)板采用雙壁結(jié)構(gòu)，由內(nèi)、外側(cè)面板、隔艙板、水平隔板、壁間斜撐桿組成，側(cè)板厚1.2m。分塊的原則主要是便于加工及運(yùn)輸，避免產(chǎn)生超標(biāo)變形。吊箱側(cè)板與側(cè)板之間的豎縫均采用螺栓連接，縫間設(shè)置6mm（壓縮后為2mm）泡沫橡膠墊以防漏水。側(cè)板的豎楞（接縫角鋼除外）均為工12.6工字鋼，間距350mm布置，側(cè)板的水平環(huán)板為（接縫角鋼除外）∠300×150×14角鋼，間跨1000mm布置，水平斜撐采用工12.6，內(nèi)、外壁板通過工字鋼鋼支斜撐桿連成一體。隔倉板采用14mm鋼板，面板為10mm鋼板。側(cè)板的作用是與封底混凝土共同組成阻水結(jié)構(gòu)，另一用途是兼作承臺(tái)施工的外模板。

吊箱內(nèi)支撐設(shè)在吊箱側(cè)板內(nèi)側(cè)，分為上下兩層，均為水平支撐，。主線13、14#墩輔道0、1#墩因圍堰尺寸較小，不設(shè)置內(nèi)支撐。每一層水平支撐布置為中間橫向（順橋向）即垂直長邊方向設(shè)置兩道鋼管支撐柱。支撐柱為Φ630×8鋼管。

吊掛系統(tǒng)由縱、橫梁、吊桿及鋼護(hù)筒組成。吊掛系統(tǒng)的作用是承擔(dān)吊箱自重及圍堰下放。

橫（順?biāo)较颍┝海灿?jì)兩排，分別設(shè)在鋼護(hù)筒頂上，每排橫梁由兩片貝雷組成。貝雷橫梁支點(diǎn)設(shè)專用支座（牛腿）焊接于護(hù)筒內(nèi)側(cè)，采用U型螺栓將貝雷固定在鋼護(hù)筒內(nèi)側(cè)的專用支座（牛腿）上。貝雷橫梁的作用是支承縱梁，并將縱梁傳遞的荷載（通過護(hù)筒）傳給基樁。

縱梁：縱（順橋向）梁設(shè)置在貝雷橫梁上，共四排，每排由2[40a槽鋼組成?？v梁的作用是支承吊桿，并將吊桿荷載傳給貝雷橫梁。

吊桿由Φ32mm精軋螺紋粗鋼筋及與之配套的連接器、螺帽等組成，每個(gè)吊箱4根吊桿，重量6.5t。吊桿下端固定到底板的吊桿底座上，上端固定到支架的縱梁上。吊桿的作用是將吊箱自重及封底混凝土的重量傳給支架縱梁。

吊箱定位系統(tǒng)的導(dǎo)向裝置由導(dǎo)向鋼板及定位孔組成。導(dǎo)向板為厚度δ=16mm鋼板，端部制成圓弧，分別焊于吊箱4個(gè)角部位，導(dǎo)向板端部至鋼護(hù)筒外壁之間留一定的空隙；定位孔是利用吊箱底板6個(gè)護(hù)筒孔洞作為定位孔，配合導(dǎo)向鋼板控制下沉吊箱的平面位置，限制圍堰下沉?xí)r移動(dòng)方向。

（3）鋼吊箱圍堰方案實(shí)施情況

金井灣大橋4～14#承臺(tái)雙壁鋼吊箱圍堰施工工藝流程如圖2：

圖2 鋼吊箱圍堰施工工藝流程

施工過程中主要控制的要點(diǎn)如下：

1）鋼吊箱拼裝下放：在鋼吊箱的拼裝過程中應(yīng)嚴(yán)格控制其每個(gè)構(gòu)件的制造精度，確保每個(gè)連接面結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性，以保證在現(xiàn)場(chǎng)安裝能順利進(jìn)行。所有對(duì)接焊縫均要求三級(jí)熔透焊縫，焊縫要求質(zhì)量良好，密封不漏水，焊縫要求做煤油滲透試驗(yàn)。吊掛系統(tǒng)安裝完成后，使用千斤頂配合吊掛系統(tǒng)將鋼吊箱下放，下放時(shí)保持水平，以防止圍堰底板與鋼護(hù)筒相碰，每下放5cm即調(diào)平一次直至圍堰自浮，拆除吊掛系統(tǒng)，向圍堰側(cè)壁倉內(nèi)注水，每下放5cm即調(diào)平一次，直至下放到指定標(biāo)高，在低水位時(shí)，將撐桿頂部焊接到護(hù)筒上，固定鋼吊箱。

2）鋼吊箱封底：封底是吊箱施工成敗的關(guān)鍵，鋼吊箱封底前應(yīng)進(jìn)行基底處理，先由潛水員下去檢查底板是否與側(cè)板脫開，底板在下沉過程中是否有脫焊，如果發(fā)生以上此種情況，應(yīng)馬上處理。對(duì)于鋼護(hù)筒與底板之間的喇叭口縫隙，潛水員水下用環(huán)形封堵板封堵。封堵板與吊箱底板間加裝一層橡膠墊片以利止水。在澆灌封底混凝土之前必須檢查所有內(nèi)拉桿是否全部完好，打開側(cè)板連通孔，主要是在封底時(shí)減少鋼吊箱內(nèi)水位與外側(cè)水位的壓力差防止發(fā)生爆模事故，最后澆灌封底混凝土。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，封底水下混凝土砼的塌落度控制在18～22cm之間，最好分兩次進(jìn)行，第一次澆灌至距封底頂面50cm處，待混凝土達(dá)到80%強(qiáng)度后抽水，再澆筑剩余50cm混凝土封底，這樣可以使封底頂面平整，防止由于封底混凝土超高帶來的返工損失。

3）鋼吊箱內(nèi)抽水：封底混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，封堵側(cè)板連通孔，圍堰內(nèi)抽水。在抽水過程中要注意觀察圍堰變形情況，確保圍堰抽水安全，同時(shí)如果水位下降速度偏慢，與理論數(shù)據(jù)相差較大，則說明滲水較大，則派潛水員下水尋找滲漏點(diǎn)，并采取措施進(jìn)行堵漏。

4）滲水處理：由于封底混凝土和圍堰及護(hù)筒之間存在鐵銹，易發(fā)生漏水情況，對(duì)滲水較大的地方根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況開挖相應(yīng)的匯水溝和蓄水槽，采用潛水泵抽水。承臺(tái)施工過程中溝槽上鋪一塊鋼板，防止混凝土滲漏到蓄水槽中。

自2016年6月底至2016年12月底，6個(gè)月的施工期，3#-14#墩 24個(gè)承臺(tái)在經(jīng)歷了6個(gè)臺(tái)風(fēng)、6天文大潮后順利施工完成，水中墩全部順利出水，未出現(xiàn)爆模、傾覆、扭曲等異常現(xiàn)象，水中承臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸、強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求，施工過程未出現(xiàn)質(zhì)量安全事故，高效地達(dá)到了預(yù)期的效果。

4 結(jié)束語

近海水中承臺(tái)的施工主要是對(duì)圍堰工法的選擇，目前采用的幾種工法均有不同的適應(yīng)工況，在進(jìn)行方案比選時(shí)，必須要認(rèn)真地開展地勘工作，要摸清楚承臺(tái)所處的海床底的地形情況和地質(zhì)結(jié)構(gòu)，同時(shí)，要精確掌握季節(jié)性的水文潮汐情況，針對(duì)性的選用合適工法，方能達(dá)到高效、安全的生產(chǎn)目的。編制具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案時(shí)，我們著重要做好鋼圍堰的剛度設(shè)計(jì)及驗(yàn)算，確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠；在具體實(shí)施階段，我們要堅(jiān)持以監(jiān)控量測(cè)為指導(dǎo)，嚴(yán)控鋼吊箱拼裝、下放及封底施工質(zhì)量安全，這是鋼圍堰施工的關(guān)鍵。

[1]黃志峰.鋼吊箱圍堰的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工.山西建筑，2007，33（20）.

[2]趙順濤，潘 軍.南京大勝關(guān)長江大橋6號(hào)主墩超大型鋼套箱圍堰下沉控制技術(shù)[J].世界橋梁，2008（3）：22-24.

[3]JTT/T F50-2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[4]SL 645-2013，水利水電工程圍堰設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5]福建省高速公路施工標(biāo)準(zhǔn)化管理指南.