双壁钢围堰穿越胶结密实圆砾土层施工技术浅析

熊伟岸

摘 要：近几十年来我国公路和铁路桥梁深水基础施工均大规模的采用双壁钢围堰作为临时挡水结构，但双壁钢围堰需穿过胶结密实圆砾土层的并不多见，而且在较短时间内双壁钢围堰下沉到设计位置也是需要研究的课题。本文以南京枢纽跨秦淮新河特大桥桥群水中基础施工为例，阐述了双壁钢围堰穿越胶结密实圆砾土层的快速施工方法。

关键词：双壁钢围堰；胶结密实圆砾土；围堰下沉；围堰封底；围堰拆除

中图分类号：U445.55 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）24-0082-03

1 工程概况

南京铁路枢纽NJ-3标二经理部所施工的桥群起点位于秦淮新河南岸，终点位于将军大道的东侧。共涉及到7条线，分别为京沪高铁、沪汉蓉、宁安城际、动车走行线（1、3、5、6）号。其中动车1号走行线、京沪高铁、沪汉蓉、宁安城际在跨越秦淮新河位置形成横向宽度120m的庞大桥群，桥群水中基础8个，承台直径17.4m，承台位于河床下5m，承台底大多处于承载力为400kPa胶结密实的粗圆砾土中。

2 施工技术基本原理及适用范围

2.1 施工技术基本原理

为减少围堰壁与粘性土和圆砾土体的摩阻力，使围堰能依靠自重（或所加配重）下沉到达设计位置，在双壁钢围堰下沉中采用以长臂挖掘机开挖和油压伸缩臂挖机取土为主，吸泥、射水、舱内配重等多种方式并用为辅的综合施工方法。封底混凝土采用水下自密实混凝土，满足不扩散混凝土的性能要求[1]。

2.2 适用范围

适用于铁路、公路、港口、码头等水深流急覆盖层厚，尤其是工期紧张的胶结密实的圆砾土等复杂地质条件下的深水基础围堰施工。

3 施工工艺及操作要点

3.1 围堰制作与拼装

3.1.1 钢围堰制作

钢围堰采用胎具分块制作，分节原位拼装下沉。加工时钢模板应光面朝外，以减少下沉时的摩擦力，钢料数量应视地质、水纹情况灵活增减，围堰底部加设刃脚。制作工艺必须保证其设计尺寸及焊缝质量，满足挡水结构的要求。

3.1.2 钢围堰拼装

钢围堰拼装平台利用现有的钻孔桩与平台栈桥、平台的钢管桩基础，在钢管桩与钢护筒上焊接传力三角牛腿，三角牛腿上采用工字钢作为受力纵梁，工字钢与牛腿之间焊接相连。

在搭设的临时平台上（见图1所示），精确定出围堰刃脚圆周线，用来控制围堰拼装时的圆顺度和垂直度。利用履带吊把每块钢围堰吊装至指定位置，钢围堰拼装按对称原则进行，采用手拉葫芦牵引校正，使壁板块件之间的误差累计降至最低。拼装施工过程中，采用全站仪进行实时监测，最后逐块对称合龙，完成首节围堰的拼装。首节双壁钢围堰全部拼装完成后，再进行钢围堰块与块之间的焊接，焊接时先焊面板间的竖向焊缝，再焊环向焊缝。

3.2 围堰下沉

钻孔桩施工平台拆除后，先采用液压式长臂挖掘机先对对围堰范围内的河床进行清淤和找平。首节钢围堰在下放前应先进行试吊，检查吊点、钢围堰壁板、吊绳及滑轮组有无故障。确保无故障的情况下将围堰落于临时平台之上，然后用砼灌注刃脚，以增大刃脚下沉过程中的刚度和强度[2]。

3.2.1 双壁钢围堰吊放系统安装

首节钢围堰拼装完成后，设置双壁钢围堰吊放系统（见图2，图3所示）。

钢围堰吊放系统利用钻孔灌注桩护筒作受力支柱，利用贝雷片作传力梁和找平高差的主要构件。首先将钢护筒找平，确保贝雷片经过的钢护筒顶面处于同一水平面上，然后在找平的钢护筒上用安装工字钢纵梁，在工字钢纵梁上安装纵、横向贝雷片，贝雷片与工字钢之间、贝雷片与贝雷片之间均采用自制的U型螺栓和型钢固定，再在贝雷片顶安装卷扬机传力纵梁，最后安装卷扬机及相应滑轮组。双壁钢围堰吊点沿内壁板布置，吊点数量及位置在施工中需吊装的施工荷载确定，利用卷扬机和滑轮组形成吊放系统对底节钢围堰进行提升和下放。

3.2.2 导向装置安装

在双壁钢围堰下沉前，先将对角线上四个定位围堰下沉的导向装置安装好（见图4所示），导向装置主要受力构件采用呈三角形的三根钢管桩，钢管桩间采用剪刀撑连接，在靠双壁钢围堰外侧的钢管桩与双壁钢围堰外壁之间设置工字钢，工字钢离双壁钢围堰外壁为5cm，工字钢与钢管桩之间采用型钢作传力杆件。

3.2.3 首节双壁钢围堰下沉

首节双壁钢围堰试吊成功后，并采用煤油对焊缝做渗透试验检查合格后，再进行钢围堰的下沉。下沉时先用卷扬机将围堰提起，与围堰刃脚底部支撑工字钢脱离后，撤去钢围堰拼装平台上的工字钢，然后进行钢围堰的下沉入水。在下放过程中，应统一部署、统一指挥，保持各吊点下放同步性。下放过程应缓慢进行，并根据下沉深度进行吊点的转换，各吊点处均应设专人进行监控，以便及时发现问题及时解决。首节双壁钢围堰下沉进入河床后，进行钢围堰的接高。

3.2.4 双壁钢围堰接高、下沉

双壁钢围堰接高前，先在已下沉的钢围堰上用型钢焊接作业用的平台支撐三角牛腿，在三角牛腿上铺设工字钢和木板搭设作业平台。钢围堰接高采用履带吊作为吊装设备，用锤球作为钢围堰壁是否竖直的控制手段，最后用全占仪作为钢围堰位置及倾斜度的复核仪器。第二节钢围堰接高完成后，进行双壁钢围堰的下沉。下沉困难时先向仓内注水，加大围堰的自重，注水时需注意依据围堰的进尺情况进行调整，严禁单个半封闭的隔仓内一次将水注满。待双壁钢围堰无法下沉时，拆除围堰内的吊放系统。然后采用液压式长臂挖掘机将围堰内土取走，减少围堰内壁与土体的摩擦力，并沿围堰内、外壁采用吸泥设备和高压水枪射水进行辅助下沉[3]。

3.2.5 双壁钢围堰刃脚及仓内配重灌注

围堰内取土下沉效果不明显时，向仓内分两次对称灌注混凝土，每次灌注2m，且灌注时根据现场钢围堰的倾斜情况进行调整。防止钢围堰出现倾斜过大现象。混凝土灌注前先将16个仓编号，并将编号用油漆标识在围堰顶部，防止施工时出现仓内混凝土灌注混乱现象。仓内混凝土浇筑（以不高出河床标高为控制基准线），根据施工进展情况，适时向仓内灌砂，增大围堰自重，保证在可下沉范围内的围堰顺利下沉。endprint

3.2.6 双壁钢围堰继续下沉及末节接高

结合地质状况，根据现场经验，长臂挖机在深度大于13米后，取土效果已经不明显，此时，采用液压式长臂挖掘机将围堰内土挖松，油压伸缩臂挖机取土，并采用自制吸泥设备和高压水枪沿围堰内、外壁辅助下沉，当双壁钢围堰下沉困难或下沉进展极为缓慢时，向双壁钢围堰仓内灌砂增大围堰自重，当仓内灌砂装满后，在围堰顶部安装提前制作的砼配重块作为增大围堰自重、利于围堰下沉的措施。

3.2.7 围堰下沉纠偏

在围堰外壁四周画上刻度线，水平面作为参考线，掌握下沉量和偏位情况。不断测量围堰内土的高差，采用长臂挖掘机、吸泥和配重作为钢围堰一边下沉一边调整的措施，确保其始终在准确位置下沉。直到下沉到设计标高，测量钢围堰顶的中心偏位和倾斜度是否在《规范》要求之内。

3.3 围堰封底

3.3.1 清理基底

（1）基底残存物（淤泥、淤泥质粘土、圆砾土等），应基本上清除干净。潜水工详细检查并作好记录，是否某些地点存有极少量残存物。（2）清基后的有效面积，不得小于设计要求。自钢护筒边算起至围堰壁间约1m左右的基面清理作业，应特别注意，将残存物清理干净。（3）测量双壁钢围堰刃脚周圈16个测点处的刃脚埋入深度，并摸清刃尖与基面相贴或埋入土体的情况。（4）清基完毕后，测量基底标高，绘制基底断面图以查明基底面实际倾斜与走向。

3.3.2 封底混凝土导管布置

采用无缝钢管作为水下砼灌注导管，各管节之间采用采用快速螺纹接头，以便导管长度的调整、拆卸方便。导管使用前进行水密试验，导管安装中，每个接头需预紧检查。按照每个布料点作用半径布置混凝土导管，如图5所示根据混凝土摊铺情况及混凝土上升高度置换导管位置，导管间距3m左右。

3.3.3 封底混凝土浇筑

清基经检验合格后方可进行封底混凝土施工，封底混凝土采用C25水下混凝土，混凝土采用中心集料斗布料，首批混凝土灌注时，先由中心集料斗贮料，然后依次打开通向灌注导管的分料槽的出料门、中心集料斗的出料口，让混凝土经溜槽进入浇注小料斗，当小料斗内充满混凝土时，拔塞，同时集料斗连续不断放料，完成导管的首批混凝土浇注。首批封口混凝土浇注完成后，导管埋深在0.6～0.8m。为了使每批混凝土浇筑后，水下混凝土面形成一定的坡率，埋住导管底口，保证混凝土质量，首批混凝土采用较小的坍落度（14～16cm）。

封底混凝土浇筑的顺序为：先低处后高处（先将低处混凝土灌高，避免高处导管灌注的混凝土往低处流，使导管底口脱空或埋在混凝土内的深度过小，造成导管进水），先周围后中部，确保混凝土面保持在大致相同的标高。混凝土灌注过程中导管随混凝土面升高而竖向徐徐提升，为保证导管有一定埋深，一般不随便提升导管，即使需要提管，每次提升的高度都严格控制在20cm之内，且采用手拉葫芦进行提升。在混凝土灌注过程中，由技术人员专门负责测量混凝土堆高和扩展情况，正确指挥施工人员调整导管埋深并及时与实验室取得联系进行坍落度的调整，使每批混凝土灌注后形成适宜的堆高和不陡于1：5的流动坡度。混凝土灌注连续快速进行，技术人员准确指挥操作工人迅速拆除导管，拆除时间不超过10分钟。混凝土灌注将近结束时，加大混凝土的坍落度至20cm左右，并加大导管埋深，使混凝土均匀地扩展，形成较平坦的表面。混凝土浇注临近结束时，全面测出混凝土面标高，重点检测导管作用半径相交处、护筒周边，钢围堰内侧周边转角等部位，根据结果对标高偏低的测点附近导管增加浇注量，力求封底混凝土顶面平整，并保证封底厚度达要求，当所有测点均符合要求后，终止混凝土浇注，上拔导管，冲洗堆放[4]。

3.4 围堰拆除

根据施工进展情况，待水中主墩0#段施工结束后，即可组织拆除双壁钢围堰。双壁钢围堰拆除仅对对河床以上部分，拆除前先用泥浆泵将双壁钢围堰壁板间砂子吸走，围堰仓内排出的砂子不得直接排到河中，须排放到泥浆船中，然后人工切割内侧壁板，待内侧壁板切割完成后，向围堰及围堰仓内注水，采用水下切割外侧壁板及内、外壁板间的连接构件，分割好的构件采用履带吊吊装至船上运走。

4 结語

跨秦淮新河桥群深水基础采用双壁钢围堰作为8个水中墩施工的临时挡水结构，在实施过程中，成功解决了双壁钢围堰在400kPa的胶结密实粗圆砾土顺利下沉及围堰空间被群桩分隔的不利情况下封底一次成功的施工技术难题，为类似复杂地质条件下的深水基础围堰施工提供了经验。

参考文献

[1]贺德龙.复杂水文地质条件下钢围堰施工技术研究[D].重庆交通大学，2016.

[2]高勇强.浅谈复杂地质中双壁钢围堰下沉控制技术形控制[J].价值工程，2016，（36）：82-84.

[3]涂绪茂.深水、大流速、裸岩等复杂地质条件下水中基础施工技术研究[J].低碳世界，2016，（5）：196-198.

[4]周桂梅.洞庭湖大桥3#主墩双壁钢围堰施工技术研究[J].铁路建筑技术，2016，（4）：20-24.endprint