間歇性湍流作用下的橋梁組合圍堰施工技術(shù)研究

盧剛旭

（貴州路橋集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550001）

0 引言

跨湍流橋梁工程中，傳統(tǒng)橋梁基礎(chǔ)圍堰施工需使用大型施工機(jī)械設(shè)備，對(duì)施工場(chǎng)地要求高。為解決湍流作用下橋梁基礎(chǔ)施工難題，可采用適用于間歇湍流施工環(huán)境的橋梁基礎(chǔ)組合圍堰施工方案，有效提高施工效率，降低施工成本，減少施工對(duì)周邊環(huán)境的破壞。組合圍堰施工方法是通過(guò)填土和拋填石籠，再在內(nèi)層設(shè)置土袋圍堰，抽干水分并清理橋梁基礎(chǔ)，最后在土袋圍堰中設(shè)置混凝土圍堰，構(gòu)成組合圍堰，可有效解決間歇性湍流作用下的橋梁基礎(chǔ)施工問(wèn)題?；诖?，本文對(duì)間歇性湍流作用下的橋梁組合圍堰施工技術(shù)進(jìn)行以下探討。

1 工程概況

該高速公路橋梁左側(cè)部分中心樁號(hào)ZK223+987.5，右側(cè)部分中心樁號(hào)YK223+950，PC連續(xù)剛構(gòu)梁結(jié)構(gòu)，橋長(zhǎng)382m，橋高35～55m，入水橋梁柱墩4座，河床寬125m左右，橋周地質(zhì)條件以第三系坡殘積巖層為主，覆蓋層以中密、飽和卵石為主，質(zhì)地堅(jiān)硬?？购樵O(shè)計(jì)為百年一遇，設(shè)計(jì)流量8 819m3/s，水流速度4.1m/s，橋梁所在地區(qū)雨季雨水充沛，河流水位在雨季快速上漲3.3～4.5m，加之河流上游水庫(kù)每天開(kāi)閘放水，導(dǎo)致河流水位、水流速度變化不確定性增加。

2 施工工藝流程

施工工藝流程見(jiàn)圖1。

3 施工技術(shù)

3.1 施工準(zhǔn)備

（1）主要材料及機(jī)械設(shè)備見(jiàn)表1和表2。

圖1 組合圍堰施工工藝流程圖

表1 主要材料表

表2 主要施工設(shè)備表

（2）修筑臨時(shí)施工便道，對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行整平，以便材料、器具堆放。

（3）與當(dāng)?shù)仉娏Σ块T(mén)協(xié)調(diào)溝通后，提前拉設(shè)并接通用電線路，同時(shí)自備發(fā)電機(jī)供現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急使用。

（4）準(zhǔn)備圍堰所需材料與設(shè)備，如石籠、編織袋、黏土、防水彩條布、塊石、吊車(chē)、挖掘機(jī)及裝載機(jī)。同時(shí)，測(cè)量人員及其他施工人員也要做好工作準(zhǔn)備。

（5）圍堰設(shè)計(jì)與驗(yàn)算：本圍堰要求能抵御在施工期間可能出現(xiàn)的最高水位下水壓力的作用。相應(yīng)設(shè)計(jì)與驗(yàn)算內(nèi)容如下：圍堰的平面尺寸；混凝土的強(qiáng)度；石籠與土袋尺寸；土袋裝土量；靜水壓力作用下圍堰穩(wěn)定性驗(yàn)算；動(dòng)水壓力作用下圍堰穩(wěn)定性驗(yàn)算；靜、動(dòng)水壓力組合作用下圍堰穩(wěn)定性驗(yàn)算；其斷面計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖2所示：

圖2 圍堰力學(xué)計(jì)算示意圖（單位：cm）

3.2 黏土填筑

根據(jù)設(shè)計(jì)要求先測(cè)量放樣，確定填筑范圍，打設(shè)定位樁。在水位較低的窗口期完成填筑；采用黏土填筑，填筑厚度約2.5m，填筑長(zhǎng)度與寬度須滿足后續(xù)工序施工作業(yè)面要求。

在填筑過(guò)程中由專(zhuān)人負(fù)責(zé)觀察記錄水位的漲退與水流速度情況，如有異常須停止施工，并由現(xiàn)場(chǎng)專(zhuān)人負(fù)責(zé)組織人員與機(jī)械撤離至安全地帶。黏土填筑完成后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行石籠填筑。

3.3 石籠填筑

為了防止水流對(duì)回填黏土的沖刷，黏土填筑完成后應(yīng)及時(shí)設(shè)置石籠圍堰。

（1）石籠填筑前，先對(duì)河床圍堰區(qū)域進(jìn)行測(cè)量定位及機(jī)械整平，防止石籠吊裝擺放后傾斜，影響圍堰整體穩(wěn)定性。

（2）石籠圍堰斷面呈梯形，高度2.5m，圍堰底寬3.5m，上寬2.7m。石籠采用矩形鐵絲籠，鐵絲籠網(wǎng)目尺寸為10cm×13cm的菱形網(wǎng)目，整體尺寸分為2m×1.75m×1.5m和2m×1.75m×1m兩種。

（3）石籠運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后，在石籠內(nèi)填塊石、卵石，以人工碼砌為主，機(jī)械為輔，籠內(nèi)邊角及底部位置采用人工碼砌。

（4）在水位較低的窗口期完成分層填筑至設(shè)計(jì)高度。石籠分兩層堆筑，底層高度1.5m，第二層堆筑時(shí)在上層收邊0.8m，以保證石籠穩(wěn)固。填筑施工應(yīng)按照先上游后下游，先下后上的施工順序依次均勻堆碼。

3.4 反開(kāi)挖

石籠填筑完成后進(jìn)行反開(kāi)挖，采用挖掘機(jī)按1∶0.5放坡分層開(kāi)挖，每層開(kāi)挖深度約1m，直至開(kāi)挖至河床基巖面。開(kāi)挖圍堰基坑底邊長(zhǎng)度約17m，寬度約16m，基坑深約2.5m。

開(kāi)挖土方裝填土袋用于土袋圍堰施工，將土袋分散堆放至指定區(qū)域，距離開(kāi)挖基坑頂邊緣不得小于3m，多余土方由運(yùn)輸車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)至指定地點(diǎn)。反開(kāi)挖施工過(guò)程中須進(jìn)行沉降觀測(cè)，確保基坑開(kāi)挖穩(wěn)定無(wú)異常。

3.5 土袋圍堰施工

土袋圍堰整體斷面呈梯形，高度2.5m，圍堰底寬約1.5m，土袋填筑緊貼土面，土袋圍堰和黏土中間鋪防水彩條布。土袋填裝量為土袋容量的60%，袋口對(duì)折反壓然后進(jìn)行堆碼，堆碼應(yīng)平整、密貼，隨碼隨壓、擠壓密實(shí)。

圍堰堆碼施工時(shí)，應(yīng)先堆碼上游、再堆碼下游。堆碼時(shí)應(yīng)相互錯(cuò)縫，搭接長(zhǎng)度為1/3～1/2土袋寬度，堆碼密實(shí)整齊。

3.6 抽水清基

在土袋圍堰堆筑完成，且沉降穩(wěn)定后，對(duì)圍堰內(nèi)進(jìn)行抽水清基，抽水時(shí)須配足備用抽水設(shè)備和施工備用電源，提前做好排水設(shè)備與備用電源連接準(zhǔn)備措施，便于停電時(shí)及時(shí)轉(zhuǎn)換，保證圍堰抽水及時(shí)完成。

四臺(tái)潛水泵從圍堰四個(gè)邊角處同時(shí)抽水，抽水時(shí)應(yīng)控制水位降速不可過(guò)快，并對(duì)圍堰頂高程進(jìn)行觀測(cè)，確保圍堰的穩(wěn)定。圍堰內(nèi)抽水完成后，對(duì)河床基層淤泥及雜物進(jìn)行清理，清理后的淤泥及雜物須及時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)至指定地點(diǎn)。

3.7 混凝土圍堰施工

上游水庫(kù)放水時(shí)水位急漲急退，為保證基礎(chǔ)施工安全，在石籠和土袋圍堰的基礎(chǔ)上設(shè)置了混凝土圍堰，形成組合圍堰結(jié)構(gòu)。

（1）混凝土圍堰施工在抽水清基完成后先進(jìn)行調(diào)平層混凝土施工?？紤]圍堰內(nèi)基底高低不平，不便支模，因此，在混凝土圍堰內(nèi)側(cè)先碼砌1m高的土袋，再進(jìn)行調(diào)平層混凝土鋪筑。

（2）調(diào)平層寬度1.5m，厚度10cm。調(diào)平層施工前，需在河床基巖上植筋，（用電錘在基巖上植入直徑20mm鋼筋，植入深度40cm，植筋長(zhǎng)度80cm）。

（3）混凝土圍堰分3層澆筑，每層澆筑1.5m高，底層寬度為1.2m，第二層寬度在底層內(nèi)外都縮進(jìn)0.1m，同理，第三層寬度為0.8m。

（4）在已澆筑的調(diào)平層基礎(chǔ)上裝模，混凝土圍堰模板采用1.5m高×1.2m寬的組合式鋼模板，圍堰四邊同時(shí)安裝模板。安裝模板時(shí)，支撐應(yīng)牢固，防止模板在澆筑混凝土?xí)r產(chǎn)生位移。

（5）混凝土圍堰采用混凝土泵車(chē)泵送澆筑完成；混凝土圍堰層間需插入直徑20mm的連接鋼筋，逐層澆筑至頂面。

（6）混凝土澆筑完成后須及時(shí)覆蓋土工布養(yǎng)護(hù)，保持混凝土表面濕潤(rùn)。

4 工程質(zhì)量控制措施

（1）測(cè)量定位工作必須嚴(yán)格按照相應(yīng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，測(cè)量標(biāo)識(shí)要清晰。

（2）圍堰平面布置應(yīng)簡(jiǎn)單，在滿足水下承臺(tái)鋼筋混凝土工程的施工操作空間的條件下，應(yīng)布置成平行于棧橋的矩形并采用直角轉(zhuǎn)角，有利于石籠、土袋的定位。

（3）把好材料的質(zhì)量關(guān)，選擇堅(jiān)固密實(shí)、耐風(fēng)化性能好的石料；拉伸強(qiáng)度與滲水性符合規(guī)范要求的彩條布；力學(xué)指標(biāo)符合要求的黏土。

（4）石籠填筑與土袋堆筑時(shí)應(yīng)整齊嚴(yán)密，錯(cuò)縫堆碼，確保密實(shí)穩(wěn)固。

（5）全過(guò)程測(cè)量監(jiān)控。采用測(cè)距儀定位、全站儀垂直度監(jiān)控，確保石籠、土袋、植入鋼筋的準(zhǔn)確定位和圍堰豎向垂直度，有效保證組合材料形成圍堰后的整體剛度與良好的止水性能。

（6）模板安裝完成后，其尺寸、平面位置和頂部高程等應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，節(jié)點(diǎn)連接應(yīng)牢固。

（7）每一層混凝土應(yīng)連續(xù)不間斷澆筑。

（8）質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)詳見(jiàn)表3。

表3 圍堰混凝土、土袋、石籠組合圍堰施工質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

5 安全、環(huán)保控制措施

（1）每位施工人員必須經(jīng)崗前安全培訓(xùn)，石籠填筑過(guò)程中應(yīng)由專(zhuān)人負(fù)責(zé)觀察記錄水位的漲退與水流速度情況，如有異常須停止施工。

（2）開(kāi)挖時(shí)施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)有專(zhuān)人指揮機(jī)械開(kāi)挖作業(yè)并記錄作業(yè)情況，如有異常應(yīng)馬上停止開(kāi)挖；圍堰抽水、排水時(shí)，必須派專(zhuān)人指揮、指導(dǎo)和監(jiān)測(cè)。

（3）坑內(nèi)清理沖刷土方由裝載機(jī)清理，轉(zhuǎn)裝土方車(chē)外運(yùn)；施工過(guò)程中嚴(yán)禁往河道里隨意丟棄建筑廢料。

（4）密切關(guān)注河道水位變化，合理安排施工進(jìn)度，盡量避開(kāi)汛期施工作業(yè)。

6 結(jié)論

綜上所述，該高速公路橋梁水下樁基圍堰施工采用適用于間歇性湍流環(huán)境下的組合圍堰施工方案，施工始于2020年8月9日，2020年8月21日完成橋梁左幅4#、5#柱墩、右幅5#、6#主墩的組合圍堰施工，施工耗時(shí)13d，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的止水效果，圍堰結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求，橋梁柱墩樁基穩(wěn)定，經(jīng)實(shí)踐研究可知，間歇性湍流環(huán)境下的組合圍堰施工方案優(yōu)勢(shì)如下：

（1）有效提高橋梁主墩樁基施工效率，無(wú)需斷流、對(duì)原有河道等水系環(huán)境的破壞少，同時(shí)可有效提高樁基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，性價(jià)比高。

（2）有效解決了間歇性湍流環(huán)境下的橋梁基礎(chǔ)施工安全與質(zhì)量問(wèn)題，可有效保障橋梁樁基施工安全與施工質(zhì)量。

（3）通過(guò)布設(shè)多點(diǎn)樁基施工平臺(tái)，提高施工管理效率，可為后續(xù)橋梁承臺(tái)施工提供支撐，有效提高施工效率。

（4）施工方案操作簡(jiǎn)便，無(wú)需使用大型施工機(jī)械設(shè)備，施工后清理施工現(xiàn)場(chǎng)方便，節(jié)能環(huán)保，適用于水流湍急，水深3m以內(nèi)河流環(huán)境的橋梁基礎(chǔ)施工。