異形開口雙壁鋼圍堰下放河床斜坡巖面向下開挖止水施工技術(shù)

韓 強

（四川公路橋梁建設(shè)集團有限公司大橋工程分公司，四川 成都 610071）

1 工程背景介紹

1.1 工程概況

瀘州白沙長江大橋是跨長江連接合江縣大橋鎮(zhèn)和神臂城鎮(zhèn)、白沙鎮(zhèn)的渡改橋項目。橋梁路線呈南北向跨越長江，主橋為（44.2m+56m+59.8m+520 m+59.8m+56m+44.2m）的雙塔獨柱中央平行索面斜拉橋，引橋橋長477.7m，路線總長1 377.7m。主橋采用塔墩梁固結(jié)體系，橋墩非防撞區(qū)采用雙薄壁矩形墩實心斷面，防撞區(qū)將分離式矩形墩連為一體，塔柱無索區(qū)采用矩形斷面，錨索區(qū)采用日字型斷面。主橋中跨采用鋼箱梁，含風(fēng)嘴寬30.5m，邊跨采用同截面現(xiàn)澆混凝土箱梁，引橋采用后張法40m預(yù)制T梁。

1.2 白沙長江大橋4號主墩施工概況

白沙長江大橋4號主墩樁號K2+859.91，位于長江南岸沖刷側(cè)，距離岸邊40m左右。主墩樁基采用19根直徑2.8m的鉆孔灌注樁，梅花形布置，樁間凈距3m，樁長41m；承臺高7m，平面為直徑34m圓形，塔座高2m。長江南岸為河流沖刷丘陵地貌，地形陡峭，斜坡高約75m，坡度約16°～35°，坡頂處較平坦，斜坡植被較發(fā)育，坡頂多開墾為旱地，兩側(cè)發(fā)育沖溝，溝內(nèi)為旱溝。河床起伏較大，南岸主墩處位于主流沖刷區(qū)域，上下高差約5.35m，坡度約20°。長江枯水期水位標(biāo)高212.0m，4號主墩承臺頂標(biāo)高205.0m，河床面標(biāo)高約202.5～207.9m，承臺幾乎完全嵌入河床。由于項目地處長江上游珍稀、特有魚類國家級自然保護區(qū)，不允許進行水下爆破作業(yè)，因此,不能采用常規(guī)方法先水下爆破、后下放鋼圍堰、再進行封底混凝土澆筑。該項目通過多次專家討論后，決定采用外側(cè)帶插板的開口雙壁鋼圍堰，根據(jù)河床地形進行制作，直接下放在河床裸露基巖面后進行錨固和止水，再向下開挖承臺基礎(chǔ)施工。止水方案采用在圍堰雙壁內(nèi)灌注水下混凝土，使混凝土與河床巖面有效結(jié)合，然后在圍堰夾壁混凝土中間鉆注漿孔，注漿孔深入河床巖面低于承臺底標(biāo)高2.0m，采用水泥水玻璃雙液注漿止水。

2 雙壁鋼圍堰下放錨固

4號主墩樁基前期已完成施工，利用19根樁基護筒接高，搭設(shè)水中平臺，焊接圍堰拼裝牛腿和下放系統(tǒng)。雙壁鋼圍堰根據(jù)河床地形設(shè)計成高低異形圍堰，河岸側(cè)與河心側(cè)高差為5.35m，堰頂標(biāo)高為217.0m，鋼圍堰內(nèi)徑設(shè)計為38m，外徑設(shè)計為41m，圍堰內(nèi)徑比承臺直徑大4m，滿足圍堰預(yù)留止水及開挖防護需求。鋼圍堰由底到頂分別設(shè)計為異形首段與標(biāo)準(zhǔn)段兩個節(jié)段，共設(shè)置12個隔艙，每個隔艙底部布置有一根鋼管混凝土錨固樁，錨固樁直徑為720mm，用于增強鋼圍堰的抗滑移性能。鋼圍堰設(shè)置有12根Φ820×10mm的鋼管樁用于錨固樁的鉆孔導(dǎo)向、鋼筋籠下放及混凝土澆筑。為使鋼圍堰有更好適應(yīng)地形的能力，外壁板刃角處設(shè)有一層可伸縮式插板，伸縮能力為1m。鋼圍堰首節(jié)段展開圖如圖1所示。

圖1 鋼圍堰首節(jié)段展開圖

待鋼圍堰環(huán)塊加工完成并運輸至現(xiàn)場后，利用浮吊及履帶吊進行鋼圍堰拼裝，然后割除牛腿拼裝平臺，利用6臺千斤頂，同步下放鋼圍堰。圍堰入水前，利用長臂挖機、沖錘及絞刀吸泥泵清理河床。對于部分圍堰與河床未接觸部位，在圍堰壁外側(cè)堆碼噸袋，保證圍堰內(nèi)夾壁混凝土能將鋼圍堰與巖層較好地結(jié)合。利用事先加工好的移動鉆孔平臺進行錨固樁施工，錨固樁采用回旋鉆孔施工，通過回旋鉆取芯評估圍堰夾壁混凝土與河床巖面結(jié)合情況，了解河床巖層裂隙發(fā)育情況，為后續(xù)布置注漿孔提供參考。

3 鋼圍堰止水

3.1 鋼圍堰內(nèi)外封底口

鋼圍堰下放著床后，由潛水員在鋼圍堰內(nèi)外兩側(cè)進行觀測，對于河床部分凸起部位進行清理，不能清理的地方采取水下切割的形式，盡量使鋼圍堰底口與河床面結(jié)合良好。通過潛水員水下處理后，大部分部位與河床面結(jié)合較好，僅在2號塊鋼圍堰底口與河床面有1.2m高的缺口。處理措施為：在鋼圍堰內(nèi)側(cè)延圍堰壁插打一排直徑為720mm的鋼管，圍堰外側(cè)插打一排16工字鋼，然后由潛水員進行水下焊接，使底口與河床形成封閉空間。為保證鋼圍堰底口封堵效果，在鋼圍堰內(nèi)外兩側(cè)采用定點拋投袋裝混凝土沙袋的方式進行堵漏，當(dāng)袋裝混凝土達(dá)到一定強度時，能起到鋼圍堰圍水和阻擋封底混凝土外漏的作用。拌制好的混凝土用50kg的麻袋裝好后封口，通過運輸船運輸至鋼圍堰周邊后，緊貼鋼圍堰內(nèi)壁下放至圍堰底。對于堰底縫隙過大和河心側(cè)水流急，單包混凝土無法堵漏時，可使用鋼絲安全網(wǎng)將多包袋裝混凝土裝在一起捆牢，做成集束混凝土，進行強制封堵。鋼圍堰第一次封堵完成后，再次采用水下攝影或潛水員下潛探摸檢查鋼圍堰封堵情況，對局部鋼圍堰底部懸空部分，再次進行定點拋投袋裝混凝土堵漏。袋裝混凝土封口時，必須綁扎牢固，避免在運輸或下放過程散開。

3.2 澆筑鋼圍堰夾壁混凝土

澆筑夾壁混凝土前再次用吸泥泵清理河床面。夾壁混凝土應(yīng)分次、分艙、對稱、等速澆注，綜合考慮后續(xù)鉆孔工作量和封堵效果，夾壁混凝土未采用所有艙室澆筑到同一水平高度，在各個艙室澆筑平均高度為1.5～2.0m。在鋼圍堰中心10#鋼護筒上布置一臺360°全旋轉(zhuǎn)的HGY24液壓混凝土布料桿，由液壓布料桿泵送混凝土至每個艙室的小漏斗中，保證澆筑連續(xù)不中斷。夾壁混凝土按“剛性導(dǎo)管法”灌注，每個艙室布置2根（共4根）導(dǎo)管，導(dǎo)管采用Φ299×8mm無縫鋼管，導(dǎo)管接頭采用螺紋加密封圈連接。導(dǎo)管逐段吊裝接長、垂直下放，直至圍堰底厚度達(dá)到15cm為止，通過兩根型鋼加工而成的活動卡懸掛的方式將導(dǎo)管接長。導(dǎo)管使用前和使用一定時間后要進行水密、水壓試驗。每個艙室布置2個（共4個）小漏斗，漏斗通過型鋼固定在鋼平臺上，其儲料斗容量為1m3。夾壁混凝土采用水下不離析混凝土澆筑。為保證鋼圍堰的穩(wěn)定性，使鋼圍堰能有效抵抗水壓力荷載，在河心側(cè)3#、4#環(huán)塊內(nèi)夾壁混凝土澆筑高度增加1.5m，由原最低封底厚度1.5m增加至3.0m。

3.3 鉆孔注漿

鋼圍堰內(nèi)夾壁混凝土厚1.5m，注漿孔布置在圍堰雙壁內(nèi)距離承臺中心19.75m的環(huán)上（雙壁中心），間距分為65cm和140cm兩種。根據(jù)錨固樁鉆孔取的芯樣，在1#、6#、7#艙河床面有一層約0.5m厚砂卵石層，進行注漿孔加密布置，采用65cm間距設(shè)孔，其余位置采用140cm布孔。在錨固樁內(nèi)不設(shè)注漿孔，鉆孔若與角鋼或環(huán)板發(fā)生沖突，可適當(dāng)移動一定距離，避開型鋼，孔徑75mm，鉆孔平臺標(biāo)高217.5m，鉆孔底標(biāo)高為196m，承臺底標(biāo)高為198m，鉆孔巖層深度3.5～10.5m，鉆孔混凝土深度平均1.5～3.0m，總計118個注漿孔，后續(xù)可根據(jù)止水情況進行補增注漿孔。鉆孔采用6臺取芯鉆機同時鉆孔，第一輪采用間距280cm，第二輪再加密為140cm和65cm，單孔鉆孔完成后便立即注漿。注漿管道采取2種布置形式，分為含卵石層和不含卵石層。對于河床沒有卵石層的位置，夾壁水下混凝土澆筑完成后，混凝土與河床直接接觸，此種狀態(tài)下，鉆孔完成后，可直接利用注漿塞在夾壁混凝土上端進行封堵壓漿。對于河床含有卵石層的狀況，需采用Φ42mm的花管進行埋設(shè)注漿，花管開孔區(qū)域放置在卵石層位置，頂部用封堵器封閉，然后進行壓漿施工。注漿質(zhì)量直接決定了整個鋼圍堰止水和施工方案是否成功，如不能有效止水，一旦長江洪水期漲水，整個4號墩施工將延期一年，直到下個枯水期。為確保注漿質(zhì)量，所有注漿管道從夾壁混凝土注漿塞開始，用3根（1根注水泥漿、1根注水玻璃、1根用于排氣）4分鐵管引至鋼圍堰頂口操作平臺，注漿鐵管端頭帶開關(guān)閥門用于保壓，總體立面布置如圖2所示。采用三管注漿可以任意調(diào)節(jié)水泥漿和水玻璃比例，當(dāng)遇到孔底漏漿，注漿終孔壓力不能達(dá)到要求時，可以立即增加水玻璃用量，注入一定量高濃度雙液漿后，暫停注漿，待漏漿位置雙液漿體凝固堵漏后，再繼續(xù)壓漿，使其滿足注漿終孔壓力后，關(guān)閉注漿管閥門。為避免注漿孔壓力損失，注漿鐵管和閥門均為一次性投入。

圖2 總體立面布置圖

注漿開始前，根據(jù)注漿孔深，預(yù)估注漿漿液用量，單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)以壓力控制為第一原則，以注漿量控制為第二原則，注漿壓力控制在1～3倍水壓力，終壓力控制在3～5倍水壓力，注漿時，初壓控制在0.2MPa，終壓控制在0.4MPa。當(dāng)達(dá)到終壓標(biāo)準(zhǔn)后，保壓觀察10min以上，壓力無明顯損失后，結(jié)束單孔壓漿，如長時間注漿壓力不上升，調(diào)整雙液漿液配合比。備用注漿液采用化學(xué)漿液。該漿液黏度低、滲透性好、固結(jié)強度高、膠凝時間可調(diào)、操作使用方便。由于該漿液膠凝時間從幾秒到數(shù)小時任意可調(diào)，因此，即可進行單液注漿，又可進行雙液注漿。注漿過程中注意長江和圍堰內(nèi)水位變化情況，在全部注漿完成前不要產(chǎn)生內(nèi)外水頭差。

4 承臺開挖止水

4.1 鋼圍堰內(nèi)抽水堵漏

夾壁混凝土布設(shè)的注漿孔完成注漿后，待漿液達(dá)到設(shè)計強度，即可試抽鋼圍堰內(nèi)的江水。抽水過程中詳細(xì)記錄水位下降速度和每小時排水量，水位每下降2m后停止20min記錄圍堰內(nèi)水位變化情況，判斷圍堰是否漏水。白沙長江大橋4號墩圍堰抽水前期一切正常，部分河床都已經(jīng)露出水面即將達(dá)到設(shè)計承臺標(biāo)高時，突然在18號樁基護筒周圍出現(xiàn)大量涌水，由于涌水量較大，在詳細(xì)記錄涌水情況后，反向往圍堰內(nèi)注水，保證內(nèi)外水頭差。水位穩(wěn)定后由潛水員下潛對涌水位置進行查看，發(fā)現(xiàn)涌水源是因為鋼圍堰內(nèi)外河床巖石存在一處涌水孔洞。處置方式為潛水員水下封堵孔隙，埋設(shè)注漿管進行壓漿封堵。

4.2 承臺基坑開挖

鋼圍堰抽水完成后不能立即進入圍堰作業(yè)，待24h觀察確認(rèn)圍堰內(nèi)安全后，立即進行圍堰底口內(nèi)圈清理，延圍堰內(nèi)壁綁扎一圈鋼筋混凝土冠梁。然后割除樁基鋼護筒。所有進入鋼圍堰內(nèi)作業(yè)的人員均需穿戴救生衣，確保圍堰突發(fā)情況下的人員安全。樁基鋼護筒割除后，利用護筒產(chǎn)生的孔洞向四周拓展開挖河床巖。由于河床為坡度約20°斜面，開挖采取分層的方式，由高處向下開挖，從中間向四周開挖。開挖過程中密切注意圍堰四周和底部是否有漏水或涌水情況，圍堰平臺上由專職安全人員觀察漏水情況，如有突發(fā)情況，立即撤離人員。

4.3 涌水處理

承臺基坑開挖過程中如坑壁出現(xiàn)漏水情況，可在對應(yīng)的鋼圍堰夾壁混凝土中增加注漿孔，進行注漿止水。如坑底出現(xiàn)漏水，根據(jù)漏水點位情況，采用直接埋設(shè)注漿孔或鉆孔進行注漿堵漏。白沙長江大橋4號墩承臺基坑在開挖至承臺底標(biāo)高以下2.0m，最后一處坑壁拓寬位置，突然坑壁出現(xiàn)一處涌水孔洞，巨大的水壓造成鋼圍堰內(nèi)迅速積水。鋼圍堰內(nèi)10臺大功率抽水泵確保了人員和設(shè)備有充足時間撤離。此時涌水點水壓較大，直接封堵較為困難，平衡內(nèi)外水壓后，潛水員通過封堵壓漿和夾壁混凝土鉆壓漿孔方式進行止水。

5 結(jié)語

本工程中采用的異形開口雙壁鋼圍堰下放河床斜坡巖面向下開挖是一次成功的案例，整個水下基礎(chǔ)部分在長江洪水期來臨前提前完成了出水，確保了整個項目的工程進度。鋼圍堰止水和承臺基坑開挖漏水處置，為類似工程積累了寶貴的經(jīng)驗，以供類似項目參考。