特大橋水中基坑開挖及其圍堰施工技術(shù)研究

劉少雄

（中建路橋集團(tuán)有限公司，河北石家莊 050000）

0 引言

為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)交通運(yùn)輸提出的要求，特大橋數(shù)量逐漸增多，但由于特大橋規(guī)模龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使得施工難度往往較大，尤其是圍堰和水下基坑開挖施工，對(duì)施工技術(shù)提出了極高的要求。對(duì)此，為給特大橋建設(shè)奠定良好基礎(chǔ)，保證橋梁施工質(zhì)量，有必要結(jié)合工程實(shí)際情況，探討合理可行的圍堰與基坑水下開挖技術(shù)。

1 工程概況

某特大橋上部結(jié)構(gòu)采用連續(xù)剛構(gòu)與連續(xù)梁，跨徑組合為（32+84.7+160+84.7）m+（40+48+48+48+40）m+（26×32）m。其中，連續(xù)剛構(gòu)的下方主墩基礎(chǔ)處在泥巖夾砂巖層，故需在水下進(jìn)行基坑開挖施工。但因該大橋所處河道在汛期時(shí)水位相對(duì)較高，對(duì)基礎(chǔ)與墩身施工有很大影響，因此需在汛期到來(lái)前將橋梁施工至汛期水位之上。該大橋所在位置的河流流速和流向變化統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

表1 大橋所在位置河流流速和流向變化統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2 圍堰施工

該大橋主墩圍堰主要包括三個(gè)部分，即內(nèi)撐、壁體與刃腳，其中，壁體包括內(nèi)壁板、外壁板、隔艙板、箱梁、水平環(huán)板與橫向聯(lián)系撐幾部分。對(duì)于2#與3#墩，圍堰重量為532t左右和583t左右，壁體結(jié)構(gòu)均為雙壁，厚約1.5m。為保證圍堰自身穩(wěn)定性，需采用支撐結(jié)構(gòu)，在雙層板架之間進(jìn)行設(shè)置，具體的支撐形式為垂直艙壁板與豎向箱形梁，在此基礎(chǔ)上還采用二級(jí)支撐，且結(jié)構(gòu)形式為水平環(huán)形板，輔以垂直次梁作為第三級(jí)支撐[1]。此外，將艙壁板與橫向聯(lián)系之間相連，以形成一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)外壁之間連接的有效加強(qiáng)；下放圍堰的過(guò)程中還需在鋼護(hù)筒處進(jìn)行導(dǎo)向裝置的安裝。圍堰的內(nèi)撐形式為斜撐，與圍堰一同形成一個(gè)平面框架，最終和壁板之間形成穩(wěn)定且完整的結(jié)構(gòu)體系。

2.1 圍堰加工與運(yùn)輸

對(duì)于圍堰壁體，其加工制作需分塊進(jìn)行，該大橋所用圍堰均在預(yù)制場(chǎng)中進(jìn)行加工。加工開始前，應(yīng)先在加工場(chǎng)地進(jìn)行石子回填，并通過(guò)鋪設(shè)鋼板將場(chǎng)地找平，以滿足圍堰加工基本要求。在加工過(guò)程中，先對(duì)內(nèi)壁板、外壁板、環(huán)板及隔艙板進(jìn)行分段加工，然后通過(guò)胎架分別安裝，具體的安裝順序?yàn)橄韧獗诎濉⒃俑襞摪?、箱梁和環(huán)板，最后安裝內(nèi)壁板[2]。制作完成且檢查合格的圍堰采用汽車準(zhǔn)運(yùn)到棧橋處，于臨時(shí)便道兩側(cè)暫時(shí)存放，并用篷布進(jìn)行覆蓋。

對(duì)圍堰壁體實(shí)施分塊制作應(yīng)能滿足基本的起吊要求，并盡可能便于運(yùn)輸，分塊之后需盡可能避免隔艙板，以防止對(duì)隔艙注水造成影響?？紤]到以上要求，應(yīng)盡量減少分塊的數(shù)量，以減少現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際拼裝量，除能保證圍堰質(zhì)量，還能起到加快施工進(jìn)度的作用。另外，因壁板對(duì)防水提出了很高的要求，因此在其中一側(cè)焊縫施工結(jié)束后，才能對(duì)另外一側(cè)進(jìn)行施焊，以避免漏焊，同時(shí)，焊接過(guò)程中還應(yīng)注意防止仰焊。對(duì)圍堰壁板進(jìn)行加工焊接的過(guò)程中，為切實(shí)保證焊接質(zhì)量，最大程度減小變形，本次按照從中央到四周的方向進(jìn)行焊接，并在承臺(tái)中心的順時(shí)針?lè)较蝾A(yù)留3～5cm的余量，將圍堰運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)后，進(jìn)行拼接和必要的修整連接[3]。

壁體分塊加工結(jié)束后，利用汽車將其運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，先在后場(chǎng)采用龍門吊（也可采用履帶吊）進(jìn)行裝車，再按照指定路線盡快運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)。圍堰運(yùn)輸時(shí)，為防止壁體產(chǎn)生變形，需高度重視每個(gè)分塊進(jìn)行起吊與擱置時(shí)的狀態(tài)。另外，在必要的情況下還應(yīng)對(duì)受力無(wú)法達(dá)到均勻的位置進(jìn)行必要的加強(qiáng)處理，特別是每個(gè)分塊的吊點(diǎn)[4]。

2.2 圍堰拼裝

主墩樁基施工完成后，將鉆孔平臺(tái)撤除，并在外側(cè)護(hù)筒進(jìn)行拼接牛腿的焊接。焊接牛腿之前，應(yīng)先做好測(cè)量找平。因某些圍堰的分塊處于牛腿之間，無(wú)法直接支撐于牛腿處，因此需在牛腿之間進(jìn)行焊接平聯(lián)。

在拼裝施工開始前，需在支撐上準(zhǔn)確放出具體的拼裝輪廓線與相鄰兩個(gè)分塊之間的接線，同時(shí)還要在外部的拼裝輪廓邊線上進(jìn)行定位碼子的設(shè)置，為拼接過(guò)程中對(duì)下口線所處平面位置的現(xiàn)場(chǎng)控制提供參考。對(duì)圍堰上口進(jìn)行的固定與控制均采用提前焊接于護(hù)筒外側(cè)的導(dǎo)向裝置，該導(dǎo)向裝置除了能為圍堰壁體拼裝提供可靠的臨時(shí)支撐，還能用于垂直度控制。采用履帶吊將分塊平穩(wěn)吊起，并橫向運(yùn)輸?shù)街付ò惭b位置，借助定位碼子將圍堰下口準(zhǔn)確就位后，與定位碼子之間通過(guò)臨時(shí)焊接進(jìn)行固定，圍堰上部利用型鋼與護(hù)筒之間連接焊接，焊接完成后，利用測(cè)量?jī)x器進(jìn)行校驗(yàn)，經(jīng)校驗(yàn)確認(rèn)合格后，對(duì)壁板和底板以及壁板之間通過(guò)焊接相連。在焊接壁板的過(guò)程中，應(yīng)指派有豐富工作經(jīng)驗(yàn)且操作熟練的焊工負(fù)責(zé)，同時(shí)對(duì)每個(gè)壁板與隔艙板上的焊縫實(shí)施嚴(yán)格的水密性檢查，一旦發(fā)現(xiàn)滲水，應(yīng)立即予以補(bǔ)焊。

3 基坑開挖

按照主墩承臺(tái)設(shè)計(jì)尺寸，充分考慮圍堰所需施工空間與其封底厚度，將基坑的底部尺寸確定為22m×26m。其中，2#主墩所在位置的河床巖層為泥巖夾砂巖，其周圍以1∶0.5進(jìn)行放坡；3#主墩所在位置的河床巖層為卵石覆蓋層，其周圍以1∶1進(jìn)行放坡。

3.1 開挖位置現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量與船只定位

在基坑開挖開始前，應(yīng)先根據(jù)現(xiàn)有的每個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，于岸上準(zhǔn)確測(cè)量并放出中軸線，在根據(jù)其坐標(biāo)點(diǎn)和中軸線上下游相垂直的方向測(cè)量并放出開挖角點(diǎn)；同時(shí)，安排專人在水邊進(jìn)行水位標(biāo)高的測(cè)量并做好相應(yīng)的標(biāo)尺，為每天對(duì)水位變化情況進(jìn)行的觀察提供方便。在陸地上，安排測(cè)量人員提供必要的配合，確定船只位置，使其處在中心縱橫軸線上游120m處，并移動(dòng)至主墩基礎(chǔ)的中心。通過(guò)開挖船與起重設(shè)備進(jìn)行拋錨，使其落于中軸線下游100m，然后把船只固定與主墩基礎(chǔ)的中心，再于船只前后兩端分別拋入八字形船錨，以保證船只的穩(wěn)定性。在定位船處于主墩的中線之后，利用小船進(jìn)行開挖，若現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果和設(shè)計(jì)要求之間的偏差較小，則可進(jìn)行下一步施工，而如果兩者相差較大，則應(yīng)在上報(bào)設(shè)計(jì)單位的同時(shí)進(jìn)行綜合認(rèn)證，經(jīng)處理后方可開始下一步施工。

3.2 卵石層開挖

考慮到該大橋3#主墩所處河床的表面存在深度較大的卵石層，故決定借助長(zhǎng)臂挖機(jī)與平板駁船相結(jié)合的方式進(jìn)行開挖，在開挖完成后采用自卸船將卵石運(yùn)走。在開挖過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量人員應(yīng)對(duì)具體的開挖順序與范圍進(jìn)行準(zhǔn)確記錄，在開挖至基巖層以后，其底面尺寸不能比設(shè)計(jì)要求的開挖面積小。對(duì)覆蓋層進(jìn)行反復(fù)開挖之后，其底部應(yīng)留有厚度在100～150mm范圍內(nèi)的細(xì)渣，利用吸泥機(jī)在待鉆孔的部位將細(xì)渣清除干凈，在清除細(xì)渣的過(guò)程中應(yīng)按照從中間到兩邊的順序進(jìn)行。將細(xì)渣清除完畢后，方可開挖泥巖夾砂巖。

3.3 泥巖夾砂巖層開挖

對(duì)于該大橋2#主墩下伏泥巖夾砂巖層，開挖采用先進(jìn)行水下爆破，再利用破碎機(jī)進(jìn)行局部清除的方法，除渣利用長(zhǎng)臂挖機(jī)進(jìn)行。根據(jù)測(cè)量完成的基坑開挖具體位置，確定船只具體拋錨位置，在船只上提前安裝水下破碎機(jī)，安裝的破碎機(jī)要能在船只上正常工作，開挖按照從江心到岸邊的方向進(jìn)行。

3.4 基坑尺寸與標(biāo)高檢查

為保證基坑尺寸和標(biāo)高切實(shí)滿足要求，應(yīng)采用測(cè)深儀做好基坑測(cè)量，對(duì)測(cè)量出來(lái)的標(biāo)高不足的位置應(yīng)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)挖，若補(bǔ)挖后仍然無(wú)法到位，則要派遣專業(yè)潛水員到達(dá)水下查明具體原因，然后進(jìn)行針對(duì)性的處理。為便于潛水員的水下檢查，可使用一根長(zhǎng)度為6m的工字鋼，將其吊入到水下作為水下檢查的參照物，在工字鋼的兩端分別使用鋼繩在船只上固定，確保工字鋼的底部到達(dá)設(shè)計(jì)要求的標(biāo)高，然后對(duì)定位船進(jìn)行移動(dòng)，方可實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)高不滿足要求部位的檢查，后續(xù)按照結(jié)合實(shí)際情況采取有效措施加以處理即可，實(shí)踐表明，這是一種簡(jiǎn)單且十分有效的標(biāo)高檢查方式。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，特大橋圍堰施工與水下基坑開挖是兩個(gè)重要的施工環(huán)節(jié)，其施工質(zhì)量在很大程度上影響后續(xù)各道工序，因此必須引起施工人員的重視。目前，該特大橋的圍堰及水下基坑開挖施工均已順利完成，經(jīng)檢查確認(rèn)施工質(zhì)量合格，各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，驗(yàn)證了以上施工技術(shù)和方法的合理性與可行性，可供此類特大橋工程參考借鑒，從根本上提高特大橋圍堰及基坑水下開挖施工技術(shù)水平。