雙壁鋼圍堰穿越不同覆蓋層 下沉施工技術(shù)

唐華

雙壁鋼圍堰著床后，吸泥、下沉是橋梁基礎(chǔ)施工的重難點之一。以跨淮河特大橋主橋鋼圍堰穿越覆蓋層施工為背景，結(jié)合其他實際施工案例，通過施工前消除堰區(qū)偏載，清理堰底雜物，施工過程中采取擾動刃腳土層，堰區(qū)挖、吸結(jié)合除土等技術(shù)措施，較好地保證了鋼圍堰順利下沉至設(shè)計位置，可為類似施工提供參考。

一、工程概況

淮河特大橋主橋為1-（112+228+112）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)箱梁-柔性拱組合結(jié)構(gòu)，全長452m。基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，雙肢薄臂墩，梁體為混凝土預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，采用單箱雙室變高度箱形截面，拱肋為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，采用等高度啞鈴形截面。

主橋墩號為293#～296#墩，其中293#、296#墩為邊墩，位于河岸灘地上，294#、295#墩為主墩，位于河中；主墩樁基礎(chǔ)均采用鉆孔柱樁。圍堰內(nèi)覆蓋層主要為淤泥、細沙、硬塑性粉質(zhì)粘土等。294#墩處原為碼頭位置，建渣、片石等棄置雜物較多，河岸坡度較大。設(shè)計承臺厚6m，矩形承臺，平面尺寸24m×30.6m?；A(chǔ)采用先樁后堰，其中承臺采用雙壁鋼圍堰施工方案。鋼圍堰設(shè)計為分離式隔艙，外輪廓尺寸：34.8m（長）×28.2m（寬）；內(nèi)輪廓尺寸：30.8（長）×24.2m（寬）。

二、方案概述

鋼圍堰采用工廠加工后運至現(xiàn)場拼裝，通過搭設(shè)鋼圍堰拼裝平臺，在加高的鋼護筒頂部分別設(shè)置型鋼及貝雷梁縱、橫梁，利用千斤頂形成鋼圍堰同步精度可達2mm的提升、下放系統(tǒng)。鋼圍堰下放過程中，通過焊接在鋼圍堰內(nèi)壁上的弧形滑板導向系統(tǒng)以及千斤頂、葫蘆等手段，不斷地修正圍堰高程或平面位置，確保圍堰精準下沉至河床面后，開始進入覆蓋層除土、吸泥下沉作業(yè)。除土、吸泥下沉需要根據(jù)刃腳及圍堰內(nèi)不同地質(zhì)情況采用不同技術(shù)措施。

三、主要施工技術(shù)

1.河床處理

294#墩鋼圍堰岸側(cè)河床與河心側(cè)高程最大高差達16m，且岸側(cè)緊鄰施工棧橋。為滿足施工安全并利于圍堰下沉施工控制，在圍堰岸側(cè)采用雙排鉆孔樁對棧橋、河岸加強支護后，對圍堰岸側(cè)土方進行清理，盡量將圍堰區(qū)域內(nèi)河床底部高差降至一致，消除河床土體對圍堰偏壓的不良影響，同時便于圍堰刃腳能同步著床，減少圍堰下沉控制難度。

2.圍堰區(qū)清理

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，在孔樁開始施工前，先對基坑圍堰區(qū)內(nèi)存在的片石、煤矸石、建渣等雜填物進行清理，探明并基本清除影響后續(xù)施工的已有地下障礙物。鋼圍堰開始下放前，清理掉落入基坑范圍的型鋼、鋼筋、方木等雜物。

對于含有大量建渣、片石等雜物的河床，可先采用長臂挖掘機進行清理，配合空氣吸泥機可將大部分建渣等雜物清除；河床內(nèi)存在的大塊石可采用繩鋸或沖擊鉆頭解小后清除，型鋼可采用水下切割后清除；對于大粒徑或情況不明的物件，需要由潛水員水下探明后再制定針對性措施給予清除，避免為后續(xù)圍堰下沉埋下隱患。

3.除土、吸泥下沉作業(yè)

采用伸縮臂挖掘機（吊裝臂長30m貝殼斗）、旋挖鉆機（180型）、泵吸反循環(huán)鉆機（3臺）、高壓射水設(shè)備（2臺）、空氣吸泥機（帶高壓射水325mm直徑）、攪吸泵（2臺250KW、2臺125KW）等設(shè)備配合，開展挖土、松土、吸泥、除泥作業(yè)。除土、吸泥下沉過程受圍堰范圍土層性質(zhì)及回填物不同影響，需采取不同的措施。

（1）淤泥層、沙層

淤泥層、沙層多為圍堰下沉前期遇到的覆蓋層，此時采用大功率攪吸泵為主，小功率攪吸泵為輔的吸泥設(shè)備配置吸泥效果明顯，圍堰下沉速度較為理想。對大型圍堰吸泥下沉前期，需要事先做好各吸泥、除土設(shè)備的位置布置，確保吸泥點位布置合理，使圍堰能實現(xiàn)整體同步、均勻下沉。攪吸泵布置時要確保距離刃腳一定距離，避免導致該側(cè)刃腳下沉過快，形成圍堰不均勻下沉。圍堰下沉過程要控制好下沉速度，便于圍堰姿態(tài)控制。

（2）粘土及硬塑性粘土層

圍堰下沉過程中，刃腳部位土層會受土層性質(zhì)不均勻或局部板結(jié)、粘性變化等影響難以下沉。采用潛水員水下高壓射水配合清理刃腳部位土層，啟用空氣吸泥機對攪吸泵吸泥盲區(qū)進行清理，可有效提高下沉效率。

刃腳穿越粘土層時，采用配備螺旋鉆頭的攪吸泵松動粘土層，再更換花刀鉆頭攪碎粘土吸泥出渣。刃腳部位泥、土采用改裝的帶轉(zhuǎn)角的攪吸泵吸除。

當刃腳處為硬塑性粘性土層時，圍堰下沉速速度明顯降低，僅僅依靠圍堰自重或壓重入土難度大。在圍堰平臺拼裝前，利用鉆孔平臺，通過配備螺旋鉆頭的旋挖鉆機對刃腳處土層進行攪動、破壞，使刃腳附近土層松動，便于圍堰下沉。

針對圍堰內(nèi)板結(jié)嚴重、強度較高的硬塑性土層，優(yōu)先考慮采用長臂挖掘機除土；在其除土效率不高的情況下，將旋挖鉆機吊入圍堰施鉆，在硬塑性粘土層中鉆孔，形成多個柱狀空腔，再采用伸縮臂挖掘機開挖、松動土層，最后再用長臂挖掘機挖除、清除土體。在板結(jié)或膠結(jié)嚴重的土層吸泥時，增加射水措施可提高吸泥效率，提升圍堰下沉效率。

深茂鐵路潭江特大橋主橋施工時，采用增設(shè)反循環(huán)鉆機分區(qū)吸泥，對圍堰內(nèi)膠結(jié)的粘土層吸泥也取得了較好效果。

（3）砂層、砂卵石層

對于砂層、含礫中粗砂層、膠結(jié)不強的砂卵石層，采用空氣吸泥機效果較好；當遇到較強膠結(jié)的卵石層時，增加高壓射水措施后，吸泥除土效果也較為理想。

4.基底清理

在鋼圍堰距離設(shè)計標高大約2m左右時，需要加強對基底地質(zhì)情況的核查，嚴格控制好基底吸泥工序。接近設(shè)計高程時，開始進行基底清理工序，對堰內(nèi)基坑高程及虛土進行清理。土層范圍鋼圍堰內(nèi)吸泥順序為先中間，后周邊，通過對稱、均衡取土，使基坑底大致形成鍋底狀。結(jié)合圍堰頂部高程變化情況，及時對坑底高程進行測設(shè)，為后續(xù)除土、吸泥提供參考。

圍堰沉降穩(wěn)定并到達設(shè)計標高后，采用型鋼將鋼圍堰與鋼護筒焊接固定牢固，開始進行基底清理。圍堰內(nèi)基坑土體清理主要依靠水下攪拌器攪松泥土、吸砂泵進行?；浊謇硗瓿珊螅鑼φ麄€基坑面高程進行測量，并繪制測量地形圖。確認基底標高滿足設(shè)計要求后，由潛水員對圍堰內(nèi)壁及護筒外壁進行清理，鋪設(shè)并整平碎石墊層，為后續(xù)封底混凝土施工做準備。

四、注意事項

1.施工前河床情況核查

在圍堰施工前，應(yīng)先對圍堰范圍內(nèi)的實際地質(zhì)、水下填埋物等情況進行現(xiàn)場核查，確保充分掌握圍堰范圍河床情況。現(xiàn)場核查除查看施工圖、勘察資料外，更要注意現(xiàn)場復勘資料，通過雷達掃描或潛水員潛水實地調(diào)查獲得準確河床情況，這對確保后續(xù)圍堰施工按計劃開展尤為重要。

根據(jù)現(xiàn)場實際地質(zhì)核查情況，在鋼棧橋、鉆孔平臺等臨時措施設(shè)計時，應(yīng)充分地考慮為后續(xù)可能采取的措施預(yù)留施工空間。比如，需對刃腳部位土體進行松動作業(yè)時，應(yīng)在棧橋或作業(yè)平臺間預(yù)留足夠空間，滿足后續(xù)鉆機操作需要。

2.做好圍堰下沉過程的姿態(tài)調(diào)整

圍堰著床進入覆蓋層后，隨著沉入深度的加大，圍堰高程、垂直度等姿態(tài)的調(diào)整難度也隨之加大。故在圍堰下沉過程中，需加強對圍堰尤其底口位置的監(jiān)控。結(jié)合現(xiàn)場實際情況，利用定位導向裝置，葫蘆、千斤頂?shù)韧饬κ侄?，通過對刃腳處不均勻吸泥，壓重等的控制，過程中及時調(diào)整、消除圍堰位置偏差。當出現(xiàn)超預(yù)期的圍堰偏差時，需及時分析原因，通過實地水下勘察確認后采取針對性措施將圍堰姿態(tài)調(diào)整到規(guī)定位置。

3.圍堰區(qū)河床面處理

保持圍堰四周刃腳部位能同步入土，利于圍堰下沉控制。當圍堰區(qū)高差過大，條件具備時可先將河床面盡量清理平整；對于僅靠圍堰自重較難下沉的硬塑性粘土層，可先對刃腳部位對應(yīng)河床位置進行挖槽或擾動處理。

對于巖層基礎(chǔ)地段，可采用鉆機在圍堰底部位置施作溝槽，便于刃腳能整體同步、均勻下沉。

河床為裸露的傾斜巖面時，視情況可先采用片石找平，也可先采用水下爆破開挖，將巖面大致開挖平整后再開展圍堰下沉作業(yè)。

4.吸泥作業(yè)

對圍堰范圍內(nèi)進行吸泥前，先通過電磁鐵、潛水員打撈等手段對圍堰內(nèi)的施工散落物等雜物進行清理，避免損毀攪吸設(shè)備。

在對圍堰內(nèi)存在建渣地段吸泥時，空氣吸泥機能將部分建渣吸出，但受管徑影響，部分大粒徑建渣無法有效清除。通過加大吸泥管徑，增加供風壓力，并在吸泥管前端增設(shè)過濾隔斷，可有效提高大粒徑建渣吸除效率。吸泥時，管口距泥面距離與泥渣粒徑、管口直徑等因素都有關(guān)系，距離太小易堵管，過大則吸泥效率較低，需根據(jù)不同的地質(zhì)情況、設(shè)備配置等具體情況試驗確定。同時，吸泥時利用吊裝設(shè)備擺動吸泥管，能有效提高吸泥效率。吸泥過程應(yīng)注意管口與刃腳保持一定距離，并做好圍堰是否均勻下沉的過程監(jiān)測。

五、結(jié)語

跨淮河特大橋主墩鋼圍堰在施工前，通過圍堰區(qū)現(xiàn)場核查，對存在的基坑偏載、坑底高差、建渣等雜填物進行處置，提前對刃腳部位板結(jié)或粘性土層進行松動；鋼圍堰下沉過程中，根據(jù)不同覆蓋層地質(zhì)特性，采取不同技術(shù)措施，較好地完成了鋼圍堰的下沉、定位施工，實現(xiàn)了鋼圍堰施工的安全、質(zhì)量、工期目標，為類似施工提供了較好的借鑒。