雙壁異形刃腳鋼圍堰先放圍堰后成樁施工技術研究

葉小華 寇俊

摘要 某三跨斜拉橋的高樁承臺深水施工中，采用了雙壁異形刃腳鋼圍堰和先放圍堰后成樁作業(yè)方法，取得圍堰平面偏差控制在10 cm以內，傾斜度小于1/150的質量效果。結合工程應用，介紹該雙壁異形刃腳鋼圍堰先放圍堰后成樁施工技術，供深水樁基施工應用同類圍堰施工技術參考。

關鍵詞 雙壁鋼圍堰；異形刃腳；先放圍堰；后成樁；施工工藝；技術研究

中圖分類號 U445.55文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）12-0036-03

0 引言

雙壁鋼圍堰是由橫豎向鋼桁架、內外壁板、加力角鋼、刃腳等焊固構成的一種密不漏水的圍堰結構，其空壁間通常配有8個豎向隔艙板，將堰內空間等分成互不連通的8個隔艙，便于在投放就位時控制艙內注水和澆注混凝土時控制作業(yè)順序，配備刃腳利于堰體與著床基巖充分嵌入和契合，以與其他防透滲措施一道，形成不透水空間，為橋梁樁基深水干法施工提供操作空間[1]。雙壁鋼圍堰結構穩(wěn)定，剛度和強度好，自帶錨錠系統(tǒng)，適用于橋梁樁基的深水施工作業(yè)。受基巖條件制約，刃腳時常需要采取異形狀態(tài)配備，則圍堰即為雙壁異形刃腳鋼圍堰。圍堰施工的水深通常都在10 m以上，按作業(yè)順序有后下圍堰先成樁和先放圍堰后成樁兩種操作方案，其中后者工程應用相對較多。某三跨斜拉橋在部分樁基施工中就采用了雙壁異形刃腳鋼圍堰和先放圍堰后成樁施工工藝，取得了圍堰的平面偏差能夠控制在10 cm以內，并且傾斜度小于1/150的質量效果。這里結合工程案例，梳理所應用的雙壁異形刃腳鋼圍堰先放圍堰后成樁施工的相關技術要點，為同類工程應用提供技術參考。

1 工程實例

某三跨大橋位于某縣城上游8 km區(qū)域，主橋采用（205+460+205）m三跨斜拉橋，跨越江面寬度1.16 km。橋梁處于水庫庫區(qū)，橋址區(qū)水流速度較小。7～12#墩屬于水上墩，10～11#墩屬于索塔墩。其中南岸8#墩采用了雙壁異形刃腳鋼圍堰方法施工。

8#墩設計為徑值25 m的圓柱高樁承臺結構，高度6 m。通常情況下，高樁承臺采用鋼吊箱施工，但是由于處于河床無覆蓋層，基巖屬于細砂弱風化巖，鋼管樁打入非常困難，而且吊箱底板距離河床過小，河床巖面又高差大，拆卸底板非常困難?？紤]到這些情況，經過綜合分析和比較選擇，最終選擇了雙壁異形刃腳鋼圍堰，采用先放圍堰后成樁作業(yè)方案。

鋼圍堰選擇雙壁自浮式結構，采用高低異形刃腳設計，內徑25 m，外徑為28 m，雙壁間距1.50 m，高度31.00～34.00 m，共分為7節(jié)，其中首節(jié)高度5.00～8.00 m、2～5節(jié)高度5.00 m，第6節(jié)高度3.50 m，第7節(jié)是防浪板，高度2.50 m。節(jié)段平面分為12個環(huán)形隔艙，頂面高程+153.28 m，堰體總重量約880.60 t。

2 先放圍堰后成樁工藝流程

在該方案中，圍堰準確定位的關鍵是要有強大的水上系纜系統(tǒng)。第一節(jié)鋼圍堰可廠制后整體浮運到工程現場，也可現場拼裝后浮吊入水。由于異形刃腳圍堰各邊重量不相等，需要入水后向隔艙注水找平，著床之前，圍堰平面位置、垂直度、旋鈕角度等必須調整準確，著床操作要快[2]。圍堰入巖后，需要再次調整垂直度。調整方法是在圍堰周圍設置若干鋼管樁和調平反壓支架，用千斤頂將支架和鋼管樁頂平。由于圍堰趾部不能全斷面均勻撞擊巖石，需要用鋼墊封堵找平，水上作業(yè)由潛水員完成。

3 先放圍堰后成樁施工技術要點

3.1 浮式裝配平臺

浮式裝配平臺是用來進行第一個鋼圍堰組裝作業(yè)的依托平臺。在第一個圍堰入水之前，圍堰被提升到一定高度。在浮式裝配平臺退出后，裝配好了的圍堰可以下降并自浮于水中。浮式裝配平臺由兩艘800 t方駁沿河而建，由ψ800×10 mm的鋼管樁焊接而成，構成一個滿足拼裝操作要求的平臺整體。兩個船體的寬度分別為11.00 m和10.80 m，凈距為5.80 m，總平臺寬度為27.60 m。

3.2 導向船錨纜系統(tǒng)

（1）導向船配置。導向船采用2艘400 t甲板駁船，局部龍骨加強。兩艘腰部定位的駁船平行布置在浮式裝配平臺方駁的外側，凈距29.40 m。

（2）主尾側錨配置。4個5 t霍爾錨主錨，配Φ43級和M2級帶擋錨鏈，每錨配有2節(jié)錨鏈，其中主錨位距離橋軸線500.00 m；配有兩個5 t霍爾錨尾錨，尾錨數量是主錨數量的40%。錨鏈和鋼絲繩與主錨配置一致。尾錨位距離橋軸線500.00 m。側錨的每側配有兩個5 t霍爾錨側錨。側錨鏈選用Φ43級和M2級帶擋錨鏈，共配置3根錨鏈。

（3）下拉纜配置。圍堰上游配置的下拉纜選用2根6×19/37/1 700/光/右交叉鋼纜，鋼纜長度同于主錨。圍堰兩側的下拉索用6×19/37/1 700/光/右交叉鋼纜與岸上網箱連接，水側下拉索用6×19/37/1 700/光/右交叉鋼纜與導向船連接，構成對稱牽引，以保證圍堰安全順利作業(yè)。

（4）理順主錨纜與拉纜測力。利用導向船的控纜設備，拉緊尾纜和主錨纜，形成反向拉力，當彈簧測力計測得主纜放纜力為200 kN時，放松纜繩。然后拉緊尾備與另一個主錨形成拉力，如此依次進行，拉直主錨索。拉直的順序是后放纜先調，先放纜后調。錨力測量要點：在拉錨過程中，當錨開始滑動時，測量主纜應力R。

3.3 隔艙水密性檢測

圍堰下水后，進行水密性檢測，通過向隔艙內對稱間隔注水，檢查圍堰壁以及隔艙之間是否存在漏水現象。為保證相鄰隔間水頭＜6 m，第1次注水的高度取6 m，直到＜6 m的隔間被填滿。完成第一次水密性檢測后，對＞6 m的相鄰隔艙注水1～2 m，然后對水高6 m的隔艙注水到堰頂齊平。對剩余的頂部隔艙進行水密性測試。用同樣的方法對其他艙室的水密性進行測試。安排專人負責檢查隔艙有否存在漏水，并對漏水處進行加固維修。

3.4 上游下拉纜與尾纜設置

在水流力的作用下，為了控制沉放時的圍堰下口位置，在第一個圍堰上游的頂口外壁上以圍堰中心線為準，間距14 m，兩側各1個，對稱配置2個吊耳，并設置2根Φ36.5規(guī)格鋼絲纜下拉索，下拉索的上游端系在導向船前端，其下游端則系在圍堰壁上的吊耳上。為了保證圍堰下口垂直于水流方向，在圍堰下游配置2條Φ26規(guī)格的下拉八字鋼絲尾纜。尾纜的上游端系在第1個圍堰頂部的吊耳上，吊耳按14 m間距，對稱布置在圍堰中心線的兩側，下游通過導向船系泊系統(tǒng)連接到絞車系統(tǒng)。

3.5 首節(jié)圍堰入水

兩艘導向船之間配置1根萬能桿件作為連接梁，其上配置2個貝雷梁，貝雷梁上配置1根型鋼分配梁，分配梁上設置4個吊點，通過滑輪組下放第1個圍堰。因為不夠高度，須在連接梁上加一個高6 m的柱子，柱子也以萬能桿件拼裝。在首節(jié)圍堰按每1/4周長設置1個吊點，共配置4個吊點。4個吊點的配位與分配梁的4個吊點相對應。每個吊點配置2排滑車組，每排由2個50 t滑車組構成，滑車組由26根鋼絲繩組成，岸側2個吊點用Φ21.5鋼絲繩綁12圈，水側2個吊點用Φ26鋼絲繩綁10圈。每個吊點的滑輪組鋼纜走17圈，鋼纜末端串聯12 t張力計。卷揚機安裝在橫梁頂面的吊點上，滑輪組由8 t卷揚機牽引。

浮式平臺退出后，第一個圍堰的提升高度為1.50 m。在升降過程中，4臺吊機同時緩慢下降，以控制圍堰頂部開口的標高。當圍堰傾斜時，立即停止下放，將較高部位的卷揚機下放調平。另一方面，1臺吊機的最大讀數不可＞7.50 t，尤其是水側的2個吊點。當拉力過大時，應對4個吊點的拉力進行調整。

3.6 注水調平與接高

首節(jié)圍堰投放入水后，由于異形刃腳的關系，圍堰頂部會發(fā)生傾斜，需要向一些刃腳較高的艙室注水找平。各艙室注水高度會有所不同。完成注水調平后，就可以對圍堰進行接高，接高按分節(jié)、分塊的方式逐層接高。如果圍堰重心較高，可注水下沉，保證圍堰高度不低于2 m，然后進行下一節(jié)段接高，接高過程中要始終使圍堰保持水平。隔艙水位應按以下要求控制：圍堰懸浮時，河水水位不得高于隔艙水位6.0 m以上；著床后，艙室內水位不得高于艙室外水位6.0 m以上；在隔艙澆筑混凝土時，艙內水位不得高于艙外水位2 m以上。此外，在接高過程中還要及時調整上游下拉索和下游尾索的松緊，圍堰上口與連接梁都要及時固定好。

3.7 鋼圍堰就位

圍堰落巖就位過程中，平面扭轉直接影響刃腳吻合基巖的緊密程度[3]。施工過程中，可利用導向船上的調整控制設備給予校正。鋼圍堰扭轉控制系統(tǒng)如圖1所示。

以30 t滑輪組和5 t卷揚機與安裝在鋼圍堰墻板上的扭轉校正裝置連接，通過斜拉卷揚機產生的扭矩校正圍堰扭轉。在沉放過程中，應隨時調整4臺卷揚機的給力狀態(tài)，使鋼圍堰的扭轉和平面誤差回到允許范圍內，盡可能地使刃腳與基巖面匹配咬合。

3.8 調平鋼圍堰

河床基巖不平，高差最大超過3 m，刃腳為高低異形刃腳，不能完全與河床吻合。圍堰在下沉過程中，會發(fā)生傾斜，因此須在圍堰內壁裝置4根直徑為600 mm的調平鋼管，并在頂部配置倒牛腿，再使用60 t千斤頂進行調平和頂升。使用強化箍可以避免側向失穩(wěn)，并且強化箍的標高應分別為+140.78 m、+132.78 m和+125.28 m。其中直徑為600 mm的鋼管底部要加焊一道50 cm高的強化圈，上下口內部要用10 mm厚的鋼板焊接設立30 cm高的十字加力板，并在頂部口上用10 mm厚的鋼板封底。倒牛腿及調平鋼管的配置如圖2所示。

河床基本沒有覆蓋層困擾，而且?guī)r面高低不平。制造的圍堰異形刃腳無法與巖面完全匹配，因此在首節(jié)圍堰的刃腳設置了12個用于支撐刃腳的鋼倒牛腿。由于圍堰著巖后很難獲得均勻可靠的支撐，所以在使用液壓支架鋼管調平之后，潛水員會對刃腳支撐點下方的河床進行摸探。如果發(fā)現有一些覆蓋層，將使用導管吸泥清理基礎，使其裸露在巖面上。

接下來，潛水員將進行水上測量，以掌握刃腳支墊距離巖面的高度以及巖面的平整情況完成測量后，潛水員會通知水面，并用吊繩把預備的墊塊垂放至潛水員所在的位置進行塞墊。如果發(fā)現巖面高低不平，會先使用裝有混凝土的小麻袋進行找平。然后使用鋼管柱進行支撐，倒牛腿與鋼管柱之間的間隙將以不同厚度的鋼板給予填補，以確保間隙保持在5 mm以內。

完成支墊后，液壓支承鋼管的支撐力卸去，然后對各個隔艙注入1.00 m的水，以使每個支墊承受大約10.00 t的載荷。這項措施旨在確保圍堰結構的穩(wěn)定性和承載能力。

3.9 圍堰防護與堵漏處理

為了方便進行圍堰刃腳封堵操作，需要減緩圍堰底口的進水流速。在完成圍堰支墊之后，刃腳封堵之前，需要對圍堰外周進行拋石籠加固，以增強其穩(wěn)定性和耐用性。拋石籠時應該先從河床較低的位置開始，逐漸向河床較高的地方延伸[4]。

經過找平、支墊及防護處理后，潛水員將在刃腳處進行袋裝混凝土封堵。袋裝混凝土應采用與填壁混凝土一致的標號和配比來制作，拌制時適當降低混凝土塌落度。拌好的混凝土裝入50 kg麻袋中，封好口，然后由潛水員在圍堰刃腳處進行封堵。對于刃腳封堵孔隙較大的位置，應該將多個混凝土麻袋壘在一起，形成集束袋裝混凝土，并采取安全網加固，以進行強制封堵。主要封堵漏水部位，直到刃腳不再漏水。要求封堵高度要大于刃腳底口約50 cm。

4 技術功效

刃腳就位質量一直是鋼圍堰施工的質量關鍵，主要難點在于調平、糾鈕，精確就位以及刃腳支護的作業(yè)質量。經采取前述技術操作后，案例橋梁工程先放圍堰后成樁操作，圍堰的平面偏差能夠控制在10 cm以內，并且傾斜度小于1/150，施工效果達到了很高的標準。

5 結語

該文基于案例工程背景，對所應用的雙壁異形刃腳鋼圍堰先放圍堰后成樁施工技術從以下幾方面進行了分析：介紹了雙壁異形刃腳鋼圍堰形式、先放圍堰后成樁工藝流程以及先放圍堰后成樁施工技術要點，內容涉及浮式裝配平臺、導向船鋪纜系統(tǒng)、隔艙水密性檢測、上游下拉纜與尾纜設置、首節(jié)圍堰入水、注水調平與接高、鋼圍堰就位、圍堰定位與著床、調平鋼圍堰、圍堰防護與堵漏處理等重要操作環(huán)節(jié)及相關技術要點。實踐證明，雙壁鋼圍堰結構穩(wěn)定，剛度強度好，適用于橋梁樁基的深水施工作業(yè)。配備刃腳利于堰體與著床基巖充分嵌入和契合，形成不透水條件，為橋梁樁基深水干法施工提供操作空間。

參考文獻

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[4]張鴻， 劉先鵬. 特大型橋梁深水高樁承臺基礎施工技術[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2005.