山區(qū)河流汛期厚卵石層橋梁深水基礎圍堰施工技術

摘要：在合川至安岳（重慶段）高速公路涪江特大橋施工時，創(chuàng)造性地采用鋼-混結構圍堰，達到了圍堰在短期低水位條件下快速建成出水的目的，也解決了大粒徑厚卵石層水中圍堰止水難的問題。本項目還成功解決了雙壁鋼圍堰在洪水過境前臨時下沉及洪水過境后快速上浮的技術難題，保證了不能避開汛期的基礎施工的連續(xù)性。

Abstract： During the construction of the Hechuan-Anyue （Chongqing Section） Expressway Fujiang Bridge， a steel-concrete cofferdam was creatively used to achieve the goal of rapid construction of the cofferdam under short-term low water level conditions and solve the problem of difficulty in stopping water from the cofferdam in the water with large-diameter thick pebble layers. The project also successfully solved the technical problems of temporary sinking of the double-walled steel cofferdam before the flood and rapid floating after the flood， ensuring the continuity of the foundation construction during the flood season.

關鍵詞：山區(qū)河流;水中基礎;鋼-混結構圍堰;快速出水;快速下沉及上浮

Key words： mountain river;water foundation;steel-concrete cofferdam;rapid water discharge;rapid sinking and floating

中圖分類號：U445.556 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）30-0153-03

0 ?引言

目前深水低樁承臺采用的圍堰主要有砼圍堰、鋼板樁圍堰、鋼套箱圍堰等多種形式，但均不能很好地適用于本項目特殊的水文地質情況，因此需進行相關的技術研究與創(chuàng)新，制定科學合理的圍堰結構設計方案及施工方案。雖然安排在非汛期施做圍堰，但涪江常有非汛期出現(xiàn)異常洪水等特殊情況出現(xiàn)。如大臨圍堰恰好處于就位過程中，時間不允許臨時拆除后再搭設或者把其移運撤回至安全處，故需研究出現(xiàn)上述情況時減少經(jīng)濟損失及快速復工的應急方案。

1 ?工程簡介

合川至安岳（重慶段）高速公路位于重慶市潼南區(qū)跨越涪江，主橋為（100+190+100）m連續(xù)剛構;設置于涪江中的41#、42#主墩采用雙薄壁柔性墩形式，基礎為縱向3排橫向6排布置的群樁，樁徑為？準2.2m，樁頂設低樁整體樁承臺（28m×14m×5m）。涪江江面水域寬約350m。橋位處常水位水深2～5m。主墩承臺埋置深度3.5m，位于厚約6.3m卵石層中。經(jīng)過長年砂石料采集，卵石層極少含砂土粒，卵石料徑大（一般粒徑20～60mm，最大粒徑120mm），透水性強，圍堰止水施工難度大。涪江屬于典型山區(qū)河流，季節(jié)性強，汛期洪水迅速高漲，且不可預測，短時最大漲幅高差達15m，復雜水文地質條件對水中主橋基礎施工影響大。

2 ?厚卵石層短時低水位條件下圍堰方案

2.1 圍堰主要有鋼板樁圍堰、砼圍堰、鋼套箱圍堰等

鋼板樁圍堰整體剛度較小，抗水流及沖刷能力差，不宜于在流速較大涪江使用;且止水能力較差，不宜在透水性強地層條件下使用，故不適合本項目。

砼圍堰雖止水效果好，但需岸上制作后下沉，施工工期長，難度大，不能滿足本項目的施工要求。

鋼套箱圍堰抗水流沖擊能力和整體性較差，不宜在流速較大的涪江中使用。

當年3月進場，距汛期有3個月的枯水期低水位（最大水深2.5m）。為充分利用短短的枯水期完成圍堰施工，加快工期，進而大幅降低施工成本。本項目研究快速圍堰方法，進行圍堰方案的創(chuàng)新，最終確定了主墩圍堰施工方案如下：

主墩水中基礎采用“先堰后樁法”，圍堰采用鋼-混圍堰組合結構形式，圍堰外形為矩形，堰頂標高237.5m。圍堰封底厚度2.5m。圍堰下部采用鋼壁砼圍堰，結構總高度8m，高度超出承臺頂面50cm。因鋼壁砼圍堰的鋼雙壁可在加工廠內(nèi)分段高精度制作，現(xiàn)場快速拼裝，確保圍堰快速出水，從而有效地達到止水效果的目的;鋼壁間滿灌砼以確保圍堰能承受高流速洪水沖擊的能力。

圍堰上部采用鋼筋砼圍堰，結構高度3m，考慮基礎施工時圍堰整體能作為承臺砼澆筑的模板，完成施工后可作為橋梁永久防撞設施的一部分。

下部鋼壁砼圍堰外徑尺寸30.1m×16.1m，內(nèi)部尺寸28.1m×14.1m，高度8.0m，從下往上分3.5m+4.5m兩節(jié)。雙壁間厚度為1.0m。采用鋼板+角鋼焊接而成，壁內(nèi)填充C25砼。

上部鋼筋砼圍堰采用C30砼，內(nèi)外尺寸與下部鋼壁砼圍堰相同，高3.0m，壁厚1.0m。

圍堰結構布置如圖1、圖2、圖3所示。

2.2 下部鋼壁砼圍堰結構設計

1）面板與主龍骨。共分2個節(jié)段，底節(jié)高3.5m，上節(jié)高4.5m。面板厚度為4mm，刃腳部分面板厚度為8mm。沿內(nèi)外壁內(nèi)側布置∠63×63×6mm豎向角鋼作為豎向主龍骨，間距30cm，環(huán)向肋采用20cm寬8mm厚鋼板，內(nèi)外壁之間水平斜桿撐為∠70×70×7mm角鋼。豎向、環(huán)向主龍骨與斜撐組成立體桁架，均采用焊接方式，使內(nèi)外壁形成整體。2）隔倉。圍堰環(huán)向分為10個隔倉，豎向設置壁厚4mm隔倉板，兩側設置角鋼做肋。每個隔倉上下貫通，左右封閉。3）刃腳。圍堰底部設置100cm高刃腳，底部用∠500×500×8mm鋼板作加強肋支撐，間距90cm一道布置。4）其它設施。吊點：在每塊圍堰上部設置兩個吊點，用于拼裝時起吊。

內(nèi)外連通管：為保證封底砼澆注過程中內(nèi)外水頭平衡，在圍堰上下游分別設置2個？準300mm的內(nèi)外連通管，鋼管與井壁間密焊。鋼管伸入圍堰端設有法蘭并配有鋼板堵頭，可根據(jù)工序需要由潛水員開閉堵頭板。

2.3 上部鋼筋砼圍堰結構設計

上部鋼筋砼圍堰外緣尺寸為30.1m×16.1m，內(nèi)邊長寬尺寸28.1m×14.1m，高度為3.0m，壁厚為1.0m，內(nèi)設隔墻一道，厚0.6m。采用C30砼澆筑，并進行結構配筋。

3 ?厚卵石層短時低水位條件下鋼-混結構圍堰施工

3.1 鋼壁圍堰加工制作

圍堰的雙壁鋼結構在岸上加工場內(nèi)進行工廠化加工，形成規(guī)?；魉€生產(chǎn)，以確保加工精度和質量。加工廠內(nèi)布置4個胎膜。胎模設計成水平，由工字鋼加工焊接而成。

嚴格控制每個鋼構件的制造精度，并進行試拼裝。確保各塊間精密對接以及拼裝后整體幾何形狀的準確性，以保證現(xiàn)場安裝能快速、順利進行。

鋼圍堰鋼板間接縫均采用滿焊焊透，嚴格驗收所有結構焊縫，內(nèi)、外壁板對接焊縫須通過煤油滲透試驗，即在焊縫外涂白堊粉漿，晾干后內(nèi)刷煤油，經(jīng)過0.5h后檢查，反面無煤油滲漏斑點為合格，滲漏處必須補焊。

3.2 圍堰作業(yè)平臺填筑及基坑開挖

從涪江兩岸分別沿線路方向向墩位處填筑臨時施工便道，填筑標高按超目前水位50cm控制。

由于承臺埋置在卵石層中，需提前清理承臺鋼圍堰著床范圍內(nèi)卵石層。清底采用挖機以及長臂挖機放坡進行，放坡坡比按1：1考慮，清理之前需對承臺鋼圍堰范圍位置及標高進行精確控制，確保清底后河床表面平整。

3.3 定位，底節(jié)鋼壁圍堰下放、拼裝

鋼圍堰拼裝前全面測量基坑，若與設計不符則再次清理，以滿足圍堰落河床的刃腳高程、垂直度、平面位置、平面扭轉角度等各項要求?；映叽珥毚笥趪咄鈴匠叽?。

每節(jié)圍堰計分為10段，鋼圍堰底節(jié)在基坑內(nèi)現(xiàn)場拼裝。鋼圍堰定位利用基坑四角的錨固點進行。拼裝前采用調整？準25mm鋼絲繩+手拉葫蘆的辦法使圍堰粗略定位，并用全站儀不間斷進行定位測量，待底節(jié)3.5m鋼圍堰全部拼裝完成后再次用全站儀進行精確定位測量，確保圍堰各項指標滿足要求。

3.4 底節(jié)3.5m鋼壁圍堰壁內(nèi)砼澆筑

圍堰定位后，圍堰內(nèi)采用天泵泵送砼的方式對稱滿灌C25砼，以增加圍堰刃腳剛度，提高圍堰穩(wěn)定性。砼初凝前在圍堰砼內(nèi)插入上節(jié)段鋼壁圍堰接茬鋼筋。澆筑完成后在圍堰外側先回填原狀卵石土至底節(jié)堰頂下1m處。

3.5 上節(jié)鋼壁圍堰分塊接高

上節(jié)鋼壁圍堰也是分塊在岸上加工場內(nèi)加工后運到現(xiàn)場安裝，采用50t履帶吊吊裝，采取從小里程先做后右逆時針環(huán)向逐片接高的方式。雙壁鋼圍堰接高時，利用基坑四周錨固點用？準25mm鋼絲繩+手拉葫蘆將圍堰固定，以增加鋼圍堰穩(wěn)定性，減少晃動，有利于拼裝。

3.6 上節(jié)鋼壁圍堰壁內(nèi)砼澆筑

上節(jié)4.5m鋼壁圍堰拼裝完成后，圍堰內(nèi)用天泵泵送砼的方式對稱滿灌C25砼。砼初凝前在圍堰砼內(nèi)插入上部鋼筋砼圍堰接茬鋼筋，并在頂口中線位置預埋橡膠止水帶，確保止水效果。澆筑完成后在圍堰外側回填原狀卵石土至原河床標高處。

3.7 頂節(jié)鋼筋砼圍堰施工

鑿毛鋼壁圍堰砼表面，清除面層浮碴，接長綁扎上節(jié)砼圍堰鋼筋。采用定型鋼模，分2次進行澆筑，翻模施工，每次澆筑高度1.5m，每節(jié)段一次澆筑成型。砼需振搗密實，分層對稱進行澆筑。在鋼壁圍堰內(nèi)預埋牛腿，設置貝雷片+工字鋼墊梁方式安裝底模板進行隔墻砼澆筑。

3.8 鋼圍堰內(nèi)基坑封底前清理

圍堰封底前，采用氣舉反循環(huán)設備對圍堰內(nèi)基坑底泥砂再次進行清理。

3.9 灌注封底砼

封底砼厚度2.5m，封底砼質量是封底成功的關鍵，通過采用雙摻技術來保證砼的和易性、流動性及穩(wěn)定性。準備3kg的測量錘6個，25m長的測繩8根，施工前用河水浸泡2天，并校核其長度，再用鉛絲做長度標記作為高度測量工具。每個澆筑點及測點處平臺標高應提前測出，做為測量砼面的依據(jù)，并用油漆標示。

在圍堰內(nèi)布置不少于20個灌注點，首批砼采用拔塞法施工，以保證第一次澆筑時能夠將導管底口埋住。封底砼灌注順序為先環(huán)向閉合，再補中間。為保證封底砼質量，砼封底施工要連續(xù)不間斷進行，并且在24h內(nèi)完成。當灌注點砼頂面標高基本與設計標高相等時，開始移動導管，移動時盡量不將導管底移出已灌砼頂面，如確須提出砼面，則在下次灌注砼重新剪球。

封底砼灌注頂面平均標高一般比設計標高低約5cm左右，以減少后續(xù)清鑿量，不足之處可以在抽水后用砼補平。

砼澆筑時專人使用測繩每隔一定時間測一次標高，以指導布料，使砼均勻上升。砼面標高測量點按2m布置1個，并兼顧每根導管附近、圍堰邊角及相鄰導管流動半徑的交匯處。

砼澆筑臨近結束時，全面測出砼面標高，砼面偏低的測點增加灌注量。

封底時打開鋼圍堰側模上的連通器，使鋼圍堰內(nèi)外無水位差，確保封底砼不受水頭壓力作用而破壞。

4 ?雙壁鋼圍堰臨時下沉及快速上浮施工技術

4.1 雙壁鋼圍堰遇洪水臨時下沉

圍堰施工有時不能完全避開汛期，41#墩圍堰只完成了底節(jié)段3.5m的拼裝工作時，接到潼南區(qū)防汛辦通知，由于涪江上游降大雨，橋位處會有洪水過境，為防止圍堰被洪水沖走，危及下游結構物，項目采取了圍堰臨時下沉措施，即用10臺22kW水泵往圍堰拼裝平臺底部鋼護筒內(nèi)同步對稱注水，鋼護筒帶著圍堰同步下沉，隨著持續(xù)注水，鋼護筒自重增加沉入水底，鋼圍堰與鋼護筒拼裝平臺脫離后呈自浮狀態(tài)。然后再用水泵往圍堰隔倉內(nèi)同步對稱注水，圍堰在自重不斷增加的作用下，慢慢下沉，最終著床在基坑底。

4.2 雙壁鋼圍堰打撈上浮施工

當橋位處水位恢復常水位，選擇未來幾天無降水的有利天氣條件下開展雙壁鋼圍堰打撈作業(yè)。

雙壁鋼圍堰打撈采用氣囊打撈法，首先由潛水員對雙壁鋼圍堰水下姿態(tài)、完好性、埋置情況等進行摸排，在雙壁鋼圍堰四角拴浮標標明圍堰位置。洪水使圍堰壁內(nèi)及周邊淤積了大量泥砂，采用空壓機氣舉抽砂方法清除圍堰壁內(nèi)泥砂，圍堰內(nèi)外側泥砂采用長臂挖機配合氣舉抽砂法清除。

清淤后，采用4個直徑1.2m、長18m的氣囊分別平行對稱安放在雙壁鋼圍堰長邊的內(nèi)外側（如圖4、圖5所示），單個氣囊體積20m3，總計可產(chǎn)生浮力約72t，第一節(jié)鋼圍堰總重量51t。氣囊用尼龍繩包裹，由潛水員在水下安裝，內(nèi)外側氣囊間采用鋼絲繩兜圍堰底連接，并加設防滑纜。氣囊安裝完成后，由空氣壓縮機同時向四個氣囊沖氣，嚴格控制圍堰縱橫向傾角，上升速度不得大于1m/s。

雙壁鋼圍堰頂面出水后，對圍堰壁內(nèi)對稱同步抽水，使鋼壁圍堰在浮力作用下上浮。然后全面檢測完全露出水面的圍堰結構，檢測合格后將圍堰內(nèi)部污水及沉沙清理干凈，最后將氣囊放氣，使鋼壁圍堰與氣囊脫離，將氣囊拆除，完成鋼圍堰的上浮。

5 ?結束語

以上技術成果已成功應用于涪江特大橋施工實踐。水中圍堰施工和使用過程中未發(fā)生安全質量事故，已安全度過汛期考驗，受到建設單位、港航、水務管理單位的高度稱贊。該技術方案可操作性強，實用性強，可為今后類似水文地質條件下水中基礎施工提供更加成熟可靠的借鑒，推廣應用前景良好。

參考文獻：

[1]余紹賓.懷邵衡沅江特大橋12#主墩深水基礎施工技術[J].鐵道建筑技術，2016（3）.

[2]趙天喜.橋梁深水基礎雙壁鋼圍堰設計與施工[J].中國水運，2014（2）.

[3]粟學平.深水中主墩圍堰施工方案比選研究[J].鐵道建筑，2011（10）.

作者簡介：商南南（1976-），女，山東濟寧人，畢業(yè)于重慶大學土木工程（道路與橋梁方向）專業(yè)。