深水雙壁鋼圍堰施工技術(shù)探討

摘 要：某大橋橋墩位于深水河流中，承臺類型為低樁承臺，設(shè)計施工采用雙壁鋼圍堰方案。該文通過對雙壁鋼圍堰的制作、安裝、下放和封底施工技術(shù)進行總結(jié)梳理，分析各個階段的操作方法和重點管控措施，以及對施工中可能會出現(xiàn)的問題展開論述，提出一些應(yīng)對措施和處理方法，為同類鋼圍堰的施工積累經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：深水施工；低樁承臺；雙壁鋼圍堰；下放系統(tǒng)；吸泥；砼封底

中圖分類號：U445.55 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）29-0189-04

Abstract： The pier of a bridge is located in the deep-water river， the type of cap is low pile cap， and the design and construction of double-wall steel cofferdam is adopted. This paper summarizes the construction technology of double-wall steel cofferdam， analyzes the operation methods and key management and control measures in each stage， discusses the problems that may occur in the construction， and puts forward some countermeasures and treatment methods， so as to accumulate experience for the construction of similar steel cofferdams.

Keywords： deep water construction; low pile cap; double-wall steel cofferdam; lowering system; mud suction; concrete bottom sealing

目前跨江或跨海大橋已比較常見，水上作業(yè)受水流、潮汐、水流深度等影響較大，一般來說，水上樁基施工完成之后緊接著要做水上大型圍堰。通過某水上特大橋水上雙壁圍堰施工，梳理雙壁鋼圍堰施工中流程和所遇到的一些問題，提煉雙壁鋼圍堰施工中的方法精髓，為后續(xù)同類鋼圍堰施工提供借鑒。

1 工程概況

某大橋主橋為2×120 m單塔單幅混凝土斜拉橋，主墩承臺處于深水區(qū)，分左右兩幅，單個承臺尺寸為23.25 m×17 m×5 m，為兩端半圓+中間矩形的組合形狀（圖1）。河流水深約12 m，洪水一般出現(xiàn)在4—8月，水流速度5 m/s。大橋主墩承臺為低樁承臺，開挖基坑深度約24 m，考慮河中間水流速度較大、承臺入土深度大，且河床以下10 m均為淤泥質(zhì)粉砂。該處圍堰因開挖深度及水流地質(zhì)條件等，明顯不適合使用鋼板樁圍堰法施工；前期項目曾考慮使用單壁鋼套箱圍堰進行施工，因水位較深，且單壁鋼套箱圍堰法在制作后下放過程中，需要克服水中較大的浮力，鋼材耗費巨大，并且需要加設(shè)多層內(nèi)支撐，施工空間沒法保證，現(xiàn)場投入較大，經(jīng)濟效益較差。經(jīng)過充分論證，項目采用雙壁鋼圍堰做沉井施工，封底厚度為5 m，雙壁鋼圍堰是承臺施工的臨時擋水結(jié)構(gòu)以及承臺混凝土澆筑時的側(cè)模。

雙壁鋼圍堰平面外尺寸為26.05 m×19.8 m（圖2），為兩端弧形段+中間直線段組合結(jié)構(gòu)，最外側(cè)弧長74.7 m，最大弧度半徑為9.9 m；圍堰壁厚1.2 m，內(nèi)壁板距承臺邊20 cm。主墩鋼圍堰內(nèi)設(shè)豎向四道Φ820 mm×10 mm鋼管內(nèi)支撐，支撐于圍堰壁板的豎縱梁結(jié)構(gòu)上。

2 施工方法

2.1 圍堰制作

主墩雙壁鋼圍堰從下往上依次分底節(jié)、中節(jié)、頂節(jié)3個節(jié)段（圖3），其中底節(jié)段高8.7 m，中節(jié)段高為8 m，頂節(jié)段高為6.9 m。平面上共分12塊（圖4）。單元為圓弧形與直線結(jié)合的大型結(jié)構(gòu)，為保證鋼圍堰單元尺寸的準確及控制焊接質(zhì)量和變形，必須借助胎架施工。

鋼圍堰加工應(yīng)嚴格按照設(shè)計方案及有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)加工規(guī)范進行制造和驗收，驗收應(yīng)按節(jié)段編號分批次驗收，尤其是焊縫質(zhì)量驗收，將焊碴除去后，須檢驗焊接處是否有孔洞，并在焊縫處涂煤油，驗其背面是否有滲出。

2.2 圍堰拼裝

主墩鋼圍堰底節(jié)段在樁基施工平臺和支棧橋上拼裝，先在上面測量放樣出底節(jié)鋼圍堰刃腳平面輪廓線及塊段分段線，采用6、10、16 mm等多種厚度鋼板抄墊微調(diào)。由于履帶吊受吊重、吊距影響，圍堰采用龍門吊進行組拼。圍堰的拼裝要嚴格控制其平面位置高程及豎直度偏差，經(jīng)檢驗符合要求后方可固定。在拼裝某一塊段時，若出現(xiàn)其平面位置尺寸及豎直度與設(shè)計位置誤差較大時，應(yīng)重新吊裝起該塊段進行安裝，或者采用切割接口焊接調(diào)整該圍堰塊段尺寸，需避免合龍段拼裝時出現(xiàn)較大的累積誤差。焊接兩塊鋼圍堰之間的拼縫，涂刷煤油以檢測背面滲透情況，進而判讀拼縫情況。

鋼圍堰面板采用6 mm鋼板制作，制作過程中由于焊接電流過大、焊工焊接水平參差不齊等原因，造成面板對接焊接處存在漏焊、燒穿及夾渣等缺陷。采取對焊接工人進行專業(yè)培訓(xùn)并對缺陷處進行補焊措施（圖5、圖6）。

2.3 圍堰下放（類似于沉井下放工藝）

底節(jié)段拼裝完成后，在原有Φ2 800 mm樁基鋼護筒上接長Φ1 020 mm×12 mm鋼管樁，安裝下放吊點、下放限位器及2HM588下放橫梁（圖7），吊點距離底節(jié)頂1.5 m，下放限位器焊接在護筒上（圖8）。中節(jié)段圍堰自重約200 t，采用4臺200 t連續(xù)千斤頂，每臺千斤頂安裝10束鋼絞線進行提升及下放鋼圍堰。

下放系統(tǒng)采用輕型鋼管樁接長，經(jīng)驗算滿足受力要求，大大縮短了鋼護筒卷制、焊接、接長的時間，且安裝、拆除過程簡便。

4臺200 t連續(xù)千斤頂均安裝位移傳感器并采用一個泵站進行控制（類似于智能化控制），提升或下放過程具有同步、均勻、速度快等優(yōu)點，大大縮短了下放時間；每臺千斤頂分為上、中、下3個自錨式夾具，不受斷電、油壓不足及機械故障等影響，自動鎖死、安全系數(shù)高（圖9）。

下放系統(tǒng)安裝完成并經(jīng)檢查符合要求，千斤頂（圖10）提升鋼圍堰至刃腳離開拼裝平臺1.0 m，觀察30 min，觀察鋼絞線受力是否一致，吊點是否有異常等，如無特殊情況，臨時固定鋼圍堰，盡快拆除鉆孔平臺與圍堰下放相碰部位。

底節(jié)鋼圍堰入水自浮后，需要檢查鋼圍堰是否漏水，漏水時必須進行補焊處理，為確保下一節(jié)鋼圍堰能順利拼裝或者適時調(diào)整，應(yīng)同時檢查鋼圍堰平面尺寸和豎直度情況。圍堰繼續(xù)澆筑刃腳砼下沉，澆筑時注意對稱，直至底節(jié)圍堰頂標高達到設(shè)計標高時，使下放鋼絞線稍微帶勁，即可接高圍堰。

當接高圍堰的重力無法抵抗深水浮力時，需繼續(xù)向雙壁鋼圍堰內(nèi)隔艙內(nèi)澆筑混凝土或灌砂，增加鋼圍堰整體自重以便圍堰順利下放到位。主墩圍堰在下放過程中，出現(xiàn)了傾斜，經(jīng)現(xiàn)場量測，項目部采用了在另一側(cè)吸泥、加砂配重2種方案逐步調(diào)整圍堰至水平豎直，在通過均勻的灌注中粗砂使得圍堰下放到位，在此過程中必須勤量測、發(fā)現(xiàn)傾斜問題，及時處理。

2.4 圍堰吸泥下沉

圍堰著床后，解除鋼絞線，拆除下放系統(tǒng)，繼續(xù)澆筑隔艙混凝土至設(shè)計標高后，后繼續(xù)向圍堰內(nèi)加水，以克服浮力下沉。圍堰壁上設(shè)置Φ300 mm連通管，可自動平衡圍堰內(nèi)外水頭差（圖11）。

圍堰采用高壓射水配合2 600 m3/h柴油泵與1.3 MPa空氣吸泥機吸泥下沉，圍堰內(nèi)吸泥遵循“先四周后中間”的原則，對稱均勻吸泥，使圍堰下沉平穩(wěn)，通過吸泥調(diào)整鋼圍堰的平面位置與垂直度。

圍堰吸泥完成后，必須及時進行圍堰內(nèi)基底驗收，嚴控圍堰底部高程，以確保封底混凝土厚度滿足設(shè)計要求。

圍堰封底前必須對鋼圍堰內(nèi)壁及鋼護筒表面黏附的泥沙等進行徹底清除，以保證封底混凝土與鋼圍堰、鋼護筒的黏結(jié)力，也可防止鋼圍堰與封底混凝土之間出現(xiàn)涌水通道。

2.5 圍堰封底

圍堰到達設(shè)計標高后，搭設(shè)封底平臺，采用一臺天泵與一臺地泵配合進行圍堰封底，封底混凝土分區(qū)應(yīng)一次澆筑完成。封底水下砼澆筑采用垂直導(dǎo)管法進行，共布置8根導(dǎo)管（每根導(dǎo)管灌注半徑為3 m），導(dǎo)管采用內(nèi)徑Φ300 mm的無縫鋼管，導(dǎo)管使用前做好水密承壓和接頭抗拉試驗，合格后方可使用。

封底混凝土采用微膨脹砼，坍落度控制在20～22 cm，提前試配，確保性能合乎要求。

封底前，應(yīng)將樁身和堰壁上附著的泥漿重新干凈，經(jīng)檢驗合格后再進行灌注混凝土。灌注混凝土時，在圍堰頂面設(shè)置儲料斗，通過天泵輸送混凝土至儲料斗，儲料斗連接導(dǎo)管，灌注時同時從一端往另一端推進，先灌注低洼處封底混凝土，避免混凝土流動造成導(dǎo)管底口脫空或?qū)Ч苈袢肷疃冗^淺，避免基底浮漿集中在基礎(chǔ)邊緣。

為增強圍堰封底混凝土與圍堰內(nèi)壁錨固力，保證封底混凝土質(zhì)量，在圍堰內(nèi)壁上封底混凝土高度范圍內(nèi)，設(shè)置錨固鋼筋（圖12）。

圍堰封底完成后向隔艙內(nèi)注砂（采用含泥量較大的河沙），其一，可以增大圍堰自重以抵抗浮力；其二，隔艙內(nèi)填筑河沙可增加圍堰整體剛度；其三，對于圍堰內(nèi)壁面板上焊縫燒穿存在漏水的位置可以有效封堵，給承臺施工創(chuàng)造良好的干施工條件（圖13）。

13#墩左幅圍堰封底完成抽水后發(fā)現(xiàn)封底方式從一端往另一端推進，由于混凝土流動性較大，后封底一端浮漿較多，混凝土質(zhì)量較差，存在輕微滲漏現(xiàn)象；右幅鋼圍堰封底采用全斷面方式進行封底，抽水后發(fā)現(xiàn)封底混凝土質(zhì)量較左幅明顯提高。在后期圍堰封底施工采用全斷面方式封底。

3 質(zhì)量控制

第一，進行全面的施工技術(shù)交底和安全交底，加強過程質(zhì)量控制。

第二，鋼圍堰的拼裝過程連接面結(jié)構(gòu)的準確性及拼裝后整體的穩(wěn)定性。

第三，鋼圍堰下放前，對各塊件的拼接焊縫采用煤油滲透試驗，檢測各焊縫的密水性。

第四，鋼圍堰吸泥下沉過程中，對基底標高進行加密測量，及時調(diào)整位置，防止圍堰不均勻下沉。

第五，加強質(zhì)量監(jiān)測，及時測量封底混凝土標高，加大測量的頻率計測點的數(shù)量，防止混凝土面超高。

第六，定期對圍堰進行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)超過允許變形值時采取補強措施。

4 結(jié)束語

該大橋工程低樁承臺采用雙壁鋼圍堰法施工順利完成了主塔承臺施工，2個鋼圍堰全部一次封底成功，單個圍堰采用大功率柴油吸泥泵與空氣吸泥機吸泥至封底完成施工周期較普通單純空氣吸泥機吸泥周期可提前1個月，雙壁鋼圍堰利用棧橋和鉆孔平臺進行拼裝及下放，無需投入大型水上起重和運輸船只，施工期間不影響航道正常通航，施工定位易于控制，圍堰下沉采取一系列綜合施工措施，確保在深水條件下雙壁鋼圍堰穿透密實的淤泥質(zhì)粉砂層得以順利實施。

參考文獻：

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