深水無(wú)底鎖扣鋼管樁圍堰水下混凝土封底施工技術(shù)控制
——雙導(dǎo)管移動(dòng)首封推進(jìn)水下混凝土封底法

薛占文

中交第四公路工程局有限公司 北京 100022

1 工程基本情況

1.1 主墩及圍堰設(shè)計(jì)概況

鄱陽(yáng)湖二橋主橋設(shè)計(jì)為鋼—砼組合梁雙塔五跨空間雙索面斜拉橋，設(shè)計(jì)跨徑為 68．6+116．4+420+116．4+68．6=790m。主墩采用群樁基礎(chǔ)，24根直徑為250cm鉆孔灌注樁，承臺(tái)平面尺寸為18．0m×35．0m，厚 5．0m。

主墩圍堰采用鎖扣鋼管樁圍堰形式，其設(shè)計(jì)參數(shù)如下：設(shè)計(jì)水位：+18．000；圍堰頂設(shè)計(jì)標(biāo)高：+19．000、底標(biāo)高：-11．000；水流速度：v=2m/s；河床標(biāo)高：+0．000;承臺(tái)底標(biāo)高：+3．000；封底混凝土底標(biāo)高（-1．500 至 -2．0）、頂標(biāo)高 +3．000,厚度為4．5-5．0m；圍堰尺寸為 38．88m×30．13m。

1.2 主墩施工程序及圍堰封底施工方法的特點(diǎn)

主墩采用鎖扣鋼管樁圍堰作為擋水設(shè)施，確保水中結(jié)構(gòu)在無(wú)水環(huán)境下順利實(shí)施。

在基樁施工的同時(shí)，進(jìn)行鎖扣鋼管樁圍堰施打、基地清淤、水下混凝土封底、堰內(nèi)抽水、破樁頭、基底清淤、承臺(tái)等結(jié)構(gòu)施工[1]。

其圍堰內(nèi)水下混凝土封底是圍堰施工成敗的關(guān)鍵，若封底失敗將對(duì)后續(xù)施工造成不利影響。輕者，圍堰內(nèi)處于淺水狀況，要在后續(xù)施工期不斷的抽水，堵漏處理，費(fèi)時(shí)費(fèi)工；嚴(yán)重者，需要處理或重新封底，將直接影響到后續(xù)結(jié)構(gòu)施工工期或工程質(zhì)量。這也是我們對(duì)圍堰封底施工技術(shù)總結(jié)的一個(gè)原因，另一個(gè)原因是我們對(duì)常規(guī)施工方法有所突破，綜合現(xiàn)場(chǎng)各方面施工條件，大膽提出大面積大體積水下混凝土封底不分倉(cāng)、不采用滿(mǎn)管布局法或集中布料分流法，而采用雙導(dǎo)管移動(dòng)首封推進(jìn)法，這種方法簡(jiǎn)單易行，便于操作，不但減少了工序，節(jié)約了成本，而且能保證封底混凝土質(zhì)量，達(dá)到了預(yù)期目的。

2 封底砼厚度的確定

根據(jù)圍堰所處水文、地質(zhì)情況，圍堰平面布置形狀及大小，基樁平面布置情況，樁周摩擦系數(shù)，浮力，其他荷載，封底混凝土自重、強(qiáng)度等因素確定其封底所需要的厚度H。

2.1 混凝土封底應(yīng)滿(mǎn)足抵抗浮力的影響

封底完成后將堰內(nèi)水抽干，封底混凝土應(yīng)滿(mǎn)足無(wú)裂縫，無(wú)上浮現(xiàn)象的要求。由下式確定。

（G+F1+F2）/p=K其中安全系數(shù)K取值1．5；P為水浮力；G為封底混凝土總重G=25HS,H封底混凝土厚度，S封底混凝土凈面積；F1為基樁鋼護(hù)筒與封底混凝土接觸面摩阻力；F2圍堰鋼管樁與封底混凝土接觸面摩阻力。經(jīng)計(jì)算封底混凝土厚度H＞4．3m以上可滿(mǎn)足要求?？紤]到基地淤泥層的影響和其余不利因素，確定封底厚度為H=4．5-5．0m．（圍堰四角部位厚度按5．0m厚考慮，其他部位厚度為4．5m厚[2]。

2.2 封底砼強(qiáng)度驗(yàn)算（計(jì)算過(guò)程略）

計(jì)算結(jié)果為砼最大拉力是1．05mp．滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

2.3 滿(mǎn)足其他荷載要求

由于是無(wú)底套箱，承臺(tái)混凝土分兩次澆筑，其混凝土封底滿(mǎn)足其上荷載要求。

3 施工步驟

3.1 封底前各項(xiàng)準(zhǔn)備工作

（1）基底清淤。首先對(duì)圍堰內(nèi)河床采用大功率吸泥泵進(jìn)行清淤工作，清淤后河床標(biāo)高控制在-1．0m以下（圍堰四周角部控制在-1．5m以下）。

（2）鋪底（基底處理）。

①基底鋪設(shè)土工布與土工格柵隔離層：基底清淤后河床依然處在淤泥層中，在軟弱淤泥層上澆筑水下混凝土，封底混凝土存在夾泥風(fēng)險(xiǎn)，將影響封底質(zhì)量，而且直接影響混凝土澆筑時(shí)的流動(dòng)半徑。因此對(duì)基底必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚怼Ｓ蓾撍畣T在基底鋪設(shè)土工布與土工格柵（縱橫各鋪設(shè)1層土工布、2層雙向土工格柵），代替拋石擠淤方案，在基底設(shè)置一道隔離層。這種方案在后續(xù)施工證實(shí)是可行的。

②鋪設(shè)預(yù)制板：為防止混凝土澆筑時(shí)將河床淤泥卷入封底混凝土內(nèi),減少其對(duì)基底及土工布、格柵的沖擊力，并在導(dǎo)管可能的布料點(diǎn)下方安置一塊砼預(yù)制板（尺寸：120cm×120cm×10cm），起到保護(hù)基底已鋪設(shè)好的隔離層，防止首批料掀起土工布，造成隱患[3]。

（3）其他輔助工作。為保證封底混凝土的質(zhì)量和封底效果，避免角落處淤泥漏吸，同時(shí)確保封底砼的施工質(zhì)量，安排潛水員水下進(jìn)行摸排，利用高壓水槍對(duì)護(hù)筒、鎖口鋼管樁管壁周?chē)M(jìn)行沖洗。

（4）搭設(shè)施工平臺(tái)。在護(hù)筒上搭設(shè)封底操作平臺(tái)：采用貝雷桁架縱橫搭設(shè)，其上鋪設(shè)膠合板，形成施工工作平臺(tái)。

在施工平臺(tái)上設(shè)置網(wǎng)格狀測(cè)量點(diǎn)（標(biāo)識(shí)），進(jìn)行編號(hào)，作為基底驗(yàn)收和封底混凝土測(cè)量監(jiān)控點(diǎn)，收集數(shù)據(jù)，用于指導(dǎo)封底標(biāo)高。

3.2 封底混凝土施工

（1）封底混凝土性能指標(biāo)。封底一次澆筑4500m3多方，計(jì)劃澆筑時(shí)間為40小時(shí)，因此要求砼必須滿(mǎn)足水下封底基本要求。使用混凝土性能為：緩凝時(shí)間不小于32h，坍落度宜為200mm±20mm，擴(kuò)展度不小于500mm。

（2）水下混凝土封底施工原理。根據(jù)水下混凝土大流動(dòng)度，混凝土隔水性能，及砼流動(dòng)過(guò)程中相融合性，我們對(duì)圍堰水下混凝土封底提出了采用鋼導(dǎo)管首封移動(dòng)推進(jìn)法進(jìn)行施工。因?yàn)榛炷猎谝痪植繀^(qū)域不斷注入時(shí)，混凝土在堆高的過(guò)程中會(huì)向四周擴(kuò)散并將水隔開(kāi)，使水和砼分離，不會(huì)形成粥狀，不影響深層砼強(qiáng)度，其二是當(dāng)水下混凝土從兩個(gè)方向流動(dòng)在一起能很好地融合在一塊，形成良好的結(jié)合面，沒(méi)有夾層和縫隙（多次封底已證實(shí)），能很快自然融為一體，接合面不會(huì)影響混凝土強(qiáng)度，也就是不影響混凝土封底質(zhì)量[4]。

（3）澆筑順序及基本要求。

①澆筑順序及導(dǎo)管移動(dòng)點(diǎn)設(shè)想。封底混凝土封底總體施工順序是從圍堰的上游開(kāi)始澆筑，并逐漸向圍堰另一端（下游）不間斷推進(jìn)，直至混凝土到達(dá)圍堰下游端適當(dāng)位置合攏。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)和混凝土的假設(shè)流動(dòng)半徑，我們確定了一個(gè)導(dǎo)管移動(dòng)點(diǎn)設(shè)想順序，實(shí)際導(dǎo)管移動(dòng)位置是根據(jù)封底混凝土堆積頂標(biāo)高確定。

②基本要求。封底頂標(biāo)高寧低勿高，頂面不得高于承臺(tái)底標(biāo)高，按比承臺(tái)底標(biāo)高低20cm控制?；炷烈淮涡赃B續(xù)施工，中途不得中斷，從圍堰一端向另一端推進(jìn)。各部位結(jié)合面必須在混凝土初凝前完成，確保前后次序澆筑混凝土面結(jié)合良好。

（4）混凝土灌注?；炷练獾撞捎娩搶?dǎo)管水下封底法，首批料施工同基樁澆筑法?，F(xiàn)場(chǎng)采用兩套灌注導(dǎo)管，同時(shí)相向、大致對(duì)稱(chēng)布置，實(shí)施灌注任務(wù)。

混凝土從這兩套灌注設(shè)備用輸送泵不斷補(bǔ)充混凝土，同時(shí)測(cè)量人員進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量，當(dāng)導(dǎo)管附近混凝土堆積面接近標(biāo)高時(shí)，向前方測(cè)算位置移動(dòng)，再按首封方法進(jìn)行操作，按前述順序和測(cè)量數(shù)據(jù)確定下一個(gè)導(dǎo)管安放點(diǎn)，依次類(lèi)推，直到在計(jì)劃的位置合攏。

4 量控制要點(diǎn)

對(duì)各關(guān)鍵工序點(diǎn)，按照施工技術(shù)交底要求和質(zhì)量?jī)?nèi)控制度，嚴(yán)格進(jìn)行檢驗(yàn)并做好施工記錄。

4.1 混凝土封底前基底標(biāo)高檢查

清淤后經(jīng)反復(fù)標(biāo)高測(cè)量，潛水員認(rèn)真摸排，基底大面平整，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

4.2 封底過(guò)程混凝土上升高度測(cè)量

由于基底進(jìn)行了土工布、格柵隔離層的處理，混凝土擴(kuò)展度達(dá)到最佳。這種將土工布、格柵用于封底混凝土基底地鋪設(shè)的成功應(yīng)用，為今后同類(lèi)工程施工提供一種新思路。

4.3 封底實(shí)施效果

封底混凝土強(qiáng)度達(dá)到30mp，開(kāi)始堰內(nèi)抽水，經(jīng)觀察混凝土表面無(wú)夾層、無(wú)漏封、無(wú)滲水現(xiàn)象，相對(duì)高差在15cm之內(nèi)，砼頂標(biāo)高未侵入承臺(tái)，達(dá)到了預(yù)期的效果。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于較大面積的圍堰水下混凝土封底，雙導(dǎo)管移動(dòng)首封推進(jìn)法現(xiàn)場(chǎng)操作方便、導(dǎo)管移動(dòng)靈活、容易補(bǔ)方、適應(yīng)性強(qiáng)、施工進(jìn)度快，同時(shí)采用土工布、格柵將封底混凝土與河床隔離的措施，既能滿(mǎn)足質(zhì)量要求，同時(shí)又降低了施工成本。該施工方法比以往傳統(tǒng)的滿(mǎn)布導(dǎo)管法、多導(dǎo)管交替法施工更加方便、質(zhì)量更加有保障，為今后同類(lèi)工程施工提供了一種新思路。