深水围堰结构形式的改进及工艺特点

■潘 莉，徐文杰，吴志强 ■．重庆单轨交通工程有限责任公司，重庆 48000;．中交二航局，重庆 40006

1 工程背景

1．1 工程概况

承台平面尺寸为 33．5 ×17．2m，厚 4．5m，顶面标高为 +68．605m，底面标高为+64．105m，泥面标高约为 +60．0-64．0m，封底砼厚度为2．5m，部分封底混凝土嵌入泥面，需要吸泥找平原地面。

1．2 水文地质条件

(1)桥位处秋季最低水位68．67m，春节最高水位75．70m，平均水流速度0．5～1．2m/s，最大流速 3 ～4m/s。(2)桥位处水深为 9m ～13m，局部位置深度超过13m。(3)该项目位于多瑙河冲积沉积层，6-10m范围含有粉沙、细沙、粉土、和粘土等地层，地质松软，地层复杂，层间夹变质砂岩，分布无规律。(4)河床易冲刷，泥面高低不平，起伏变化较大。

2 深水围堰方案概述

深水区域一般以传统的钢套箱、钢吊箱、钢板桩围堰及钢管桩围堰工艺为主;在水深超过10m的工程项目，钢板桩围堰由于其自身刚度较小而很少采用;而钢吊箱围堰无法在入泥深基础中直接使用，针对本项目的特点，现对几种可行方案进行对比分析如下:

(1)双壁钢围堰。优点:为常规工艺，可分块加工拼装，工艺较为简单，易于掌握;整体性好，封水效果好;刚度大，围堰支撑结构少，安全性能高。缺点:钢材投入多，水下拆除费用大，回收率低，成本高;需要水上大型起重设备;分节钢套箱制安、下沉耗时多，工期长;吸泥下沉偏位控制要求高。可行性分析:投入多，施工周期长，无大型水上起重设备，可行性差。

(2)钢板桩围堰。优点:能够迅速展开施工，速度快，周期短;工艺简单，易于操作;投入材料相对较少，拆除方便，回收率高，经济性好;对地层适应性强，易于施打;对原河床高差无要求;不需要大型水上设备。缺点:刚度小，施工期间稳定性差;围囹层数多，安装难度大;围堰封水效果差;围堰结构尺寸大，累计误差不易纠正，合拢困难;钢板桩相对数量较多，施工周期较长。可行性分析:投入较少，施工较快，施工期在大流速及深水条件下稳定性差，基本可行，可控性不高。

(3)钢管桩围堰。优点:自身刚度大，抗水头能力强;围囹支撑少，安全性能较好;不需要大型水上起重设备;对原河床高差无要求，可在围堰后吸泥找平。缺点:钢材投入较多，施工精度要求高;施工误差不易纠正，累计误差不易消除;刚性组合，封水效果较差;管桩拔除对设备起重性能有一定要求;合拢需要加工特殊管片，耽误工期。可行性分析:投入较多，施工精度要求较高，封水效果可控性不强，基本可行。

(4)钢管桩和钢板桩组合围堰．。优点:自身刚度大，抗水头能力强，围囹支撑少，安全性能较好;琐口较少，封水效果较好;钢管桩作主要承力结构，抗水流能力强，施工期稳定性好;不需要大型水上起重设备;板桩少，累计误差小，合拢误差易于控制;施工速度快，周期短，拆除比较方便，经性好;对原河床高差无要求、可在围堰后吸泥找平。缺点:锁口管桩施工精度要求高，需要设置大刚度定位架进行钢管桩插打;管桩拔除对设备起重性能有一定要求;管桩加工精度要求高，锁口管桩整根成型，运输难度较大。可行性分析:施工速度快，工期短，适应当前的地质和水文条件，可行性好。

通过上面的对比分析可知，在本项目的环境条件下，将钢管桩围堰及钢板桩围堰各自优点进行组合得到的围堰结构，利用了钢管桩的刚度来承受水头压力，利用板桩的柔性来适应刚性管桩的施工偏差，同时还可减少材料投入。此结构允许先插打管桩，再填补其间板桩，无需顺序插打，可完全消除累计误差，方便合拢，使结构充分发挥了稳定性的同时，保证封水效果并方便施工操作。

3 围堰施工

3．1 导向定位架设计

锁口钢管桩精度要求较高，每跨均相当于一次小合拢，偏差过大会直接影响板桩插打，故定位架设计主要考虑管桩垂直度和相对位置的控制，且具有足够的刚度。定位架孔位应根据围堰结构布置形式确定，孔数尽量偏大，但同时必须考虑起吊性能，本项目考虑为4孔。

3．2 施工顺序

起始及终点位置的选择应重点考虑两个影响因素:(1)起始点选择上游区域，待上游围堰插打完成后，可大大减小水流对后期围堰插打定位的影响，利于管桩垂直度的控制。(2)合拢位置选择拐角位置，由于拐角处角度的可调整性，转角合拢不用考虑前期误差，只考虑锁口管桩相对间距，利于合拢。

3．3 管桩及板桩插打

锁口钢管桩刚度较大，先施打锁口钢管桩，再插打锁口钢管桩之间的板桩。锁口钢管桩从上游拐角开始施打，两个方向推进，合拢于下游拐角。定位架为4孔，每跨可插打3根管桩，利用前一跨最后一根桩为基础进行下一跨定位，减小管桩间相对误差。先插打第2根，再分别插打第1、3根管桩，以减小管桩振沉时的挤土效应对已沉放管桩的影响。

每次插打完成2跨管桩后，插打其间相应钢板桩，减小钢板桩插打过程带动管桩偏位而引起的二次误差。而且，每次应将全部的板桩插入管桩锁口后，再交替施打，避免前期施打板桩时带动和咬合管桩而导致后期板桩难以插入。管桩顶口存在一定偏位时，可利用手拉葫芦调整间距以实现板桩顺利插入。

4 组合围堰技术运用效果

单个围堰历时15天完成単墩36根锁口管桩及其钢板桩插打，施工速度较快，封底并安装止水橡胶条后，顺利抽水并迅速进入承台施工，其主要运用效果如下:(1)消除累计误差——组合围堰施工顺序为先管桩后板桩，每跨施工基本为单独的个体，前期成桩不对后期施工产生影响，有效消除传统钢板桩或钢管桩围堰存在的累计误差。(2)简单易行，适用性强——无需大型水上起重设备，采用一般吊车即可实现，抗水头能力强，适用于无水上设备而流速大、水头高的砂粘土层。(3)施工速度快——总体数量少，插打快，合拢仅取决施工相对误差，易于控制。且围囹层数少，对后期墩身施工影响小。(4)经济性好——钢管桩截面特性好，刚度大，抗水头能力强。与双壁钢围堰比较，用材少，不需要使用大型船机设备，可周转重复使用。(5)封水效果好——自身刚度大，接缝少，封水情况良好，只需做好周边排水系统，配合使用一台小水泵便可满足承台区域干施工坏境

5 结束语

在现有成熟的施工工艺基础上加以完善和组合，充分发挥各工艺的优点，强强组合，或许比开发一种新型的结构模式更具有实用性和竞争力。钢管桩加钢板桩组合围堰就是一个成功的示例，此新型的围堰结构形式，利用钢管桩和板桩自身的优点组合，将组合围堰引入深水区域，通过一系列有效的过程控制，保证了锁口管桩垂直度沉放目标并顺利合拢，并优质高效的完成了承台施工任务，取得了良好的经济和社会效益，为今后类似的工程提供借鉴经验，有较好的推广价值，也为桥梁施工技术发展方向提出了一些见解。