三峡库区深变水位下双壁钢围堰施工技术*

肖开乾 梁冠亭 何 林

(武汉市市政建设集团有限公司 武汉 430023)

1 工程概况

湖北香溪长江公路大桥工程是拟建的湖北省骨架公路网中第六纵的第二条支线跨越长江的节点工程。香溪河大桥采用主跨470 m的双塔双索面组合混合梁斜拉桥方案,桥跨布置20 m+48 m+48 m+78 m+470 m+78 m+48 m+48 m+3×35 m+3×30 m+3×30 m，全桥长1 079.5 m，桥宽23 m。设东、西2个主塔墩，2个主塔墩承台为直径30 m、厚度为7 m的圆形整体式承台，东塔承台顶面标高和底面标高分别为151，144 m，西塔承台顶面标高和底面标高分别为161，154 m，其下均布18根直径3 m、长83 m的钻孔灌注桩基础，按摩擦桩设计考虑。

2 水文地质条件

2.1 水文条件

根据三峡水库历年蓄水调度运行方案，正常蓄水期坝前水位按175 m-145 m-155 m(吴淞水位)运行，分别对应正常蓄水位、防洪限制水位、枯水期最低消落水位。一般来说，每年4-5月，库区坝前水位将从175降至145 m，9-10月，库区坝前水位将从145 m升至175 m，水位落差高达30 m，在国内外工程中都属少见。

2.2 地质条件

香溪河大桥呈南北斜向展布，桥址地层呈单斜状，东岸为顺向坡，西岸为逆向坡，地质构造主要为断层、裂隙及层间剪切带。东岸主墩处河床表面覆盖层约12 m厚，主要为粉质黏土，河床面从岸边向河中逐步走低。

3 东岸主墩围堰结构形式的选取

考虑桩基桩排列布置情况及围堰受力的均匀对称性[1-2]，东岸主墩围堰采用圆形双壁钢套箱，由侧板、导向装置、底节下放系统和连通管装置4部分构成，东岸主墩围堰套箱立面布置图见图1，平面布置图见图2。

图1 东岸主墩围堰套箱立面布置图(单位：高程，m；尺寸，mm)

图2 东岸主墩围堰套箱平面布置图(单位：mm)

围堰侧板高35.3 m、壁厚1.5 m，总质量1 141 t，封底及壁舱混凝土4 679 m3。共分了4个节段，每个节段分成12块。该围堰为无底套箱，原因一是尽可能缩短水下施工的工期，二是由于水深较高且在较短周期内水位交替达30 m，桩基和围堰施工应尽可能选择在低水位同时进行。

4 围堰施工技术

4.1 总体施工方案

东岸主墩基础施工采用先平台、后桩基与围堰同时施工的方案。施工平台设置标高为178.4 m，围堰采用圆形双壁钢套箱结构，待水位下降后，在钻孔平台下方临时拼装作业平台上拼装底节双壁侧板，拼完后整体下放至自浮状态，然后在其上继续拼装第2，3节，并浇筑封底混凝土，最后拼装顶节侧板。保证承台施工期间围堰设防水位不低于173.3 m。钢围堰结构委托专业钢结构厂家制作，分块加工成形，运至现场组拼。

4.2 钢围堰施工步骤

围堰分块加工→河床面填砂抛石整平→安装环向吊装装置、提升下放装置→底节围堰拼装平台安装→底节围堰拼装、焊接→安装导向装置→提升围堰并割除拼装平台→底节围堰下放自浮→拼装第2节围堰及导向装置并注水下沉→拼装第3节围堰及导向装置并注水下沉→浇筑封底混凝土→浇筑壁舱混凝土→拼装顶节围堰→围堰抽水、割除护筒→施工承台。

4.3 围堰施工要点

4.3.1围堰拼装施工准备

围堰分块运至现场前，现场应提前做好施工准备。合理安排好卸料场地，围堰拼装管理、作业人员要组织到位，对围堰拼装的辅助机械设备进行检查，确保材料满足拼装作业的需要。

4.3.2河床清理

采用吸泥机清理围堰范围内河床，对河床高出部分进行开挖，低于标高位置进行抛石回填平整，标高控制在+139 m。

4.3.3施工吊挂装置的安装

1) 在钻孔桩施工过程中，在平台下方安装轨道梁及2×250 kN环向电动葫芦，用于底节围堰相关构件吊装，施工现场见图3。

图3 电动葫芦现场施工图

2) 利用龙门吊在平台上安装6个1 000 kN千斤顶，组成底节围堰同步提升下放系统。

4.3.4拼装作业平台搭设

待库区水位下降至+159 m左右时，安装底节围堰拼装平台结构，随着水位不断下降，同时安装门吊桩底层连接系结构。

4.3.5底节围堰及导向装置拼装

1) 12块底节钢围堰侧板在拼装平台上逐一拼装焊接，利用浮吊配合电动葫芦拼装底节围堰双壁舱结构及导向装置。

2) 利用1 500 kN浮吊将首个围堰块段吊至轨道梁上，轨道梁上电动葫芦将围堰侧板滑移到设计位置，利用电动葫芦粗调围堰标高并临时固定，通过千斤顶等工具精调至测量放样位置，然后将首节与钢护筒利用槽钢等焊接固定，施工现场见图4。

图4 底节围堰吊装施工图

3) 首节围堰块段相邻的下一个块段用浮吊、轨道梁吊至首节段上方位置处，在固定好的围堰块段壁板上焊接临时接口板，利用电动葫芦、倒链精确对接，焊接临时接口板，再焊接围堰壁板和水平环板，完成后再将新拼接的围堰块段下端固定，继续拼接下一块围堰。钢围堰拼装现场需设置临时撑杆将围堰与钢护筒连为一体，保证围堰结构侧向稳定。为避免局部应力集中，围堰分块拼装时应在支撑点位置处的分配梁顶加设40 mm厚垫板，垫板与分配梁翼缘焊接，同时相应位置处的分配梁需加焊局部加劲板。

4.3.6钢围堰焊接、煤油渗透试验

1) 围堰焊接步骤。焊接外壁板的拼板对接缝→纵、横舱壁与水平板的角接缝→纵、横构架的十字焊缝→纵、横构架与外壁板的角接缝。

2) 钢围堰焊接时，应遵循以下原则[3-4]，以减少构件的焊接变形和内应力。①焊外壁板的对接焊缝，当板缝错开时，应先焊横向缝(端接)，后焊纵向缝(边接缝)，当采用平列对接时，先焊纵向缝，后焊横向缝；②构件中同时存在对接与角接焊缝时，应先焊对接缝，后焊角接缝；③纵横构架间的十字接头，必须待构架安装完毕后方可施焊；④横焊为保证施工进度，调节焊接工作量，在围堰未整体成型前，构架与壳板的焊接，一定要待壁板安装完毕后，方可焊接；⑤根据分片制作整体安装工艺的要求，其分片部分构架与板的焊接，其边缘应留300～400 mm暂不焊，待整体装配后再行焊接。

3) 底节围堰拼装完成后，应进行煤油渗透试验。在焊缝一侧涂上石灰粉，另一侧涂上煤油，观察其渗透情况。若渗至反面，则应作出标记，将该处焊缝铲除，重新按规定复焊，不准堆焊。

4.3.7围堰下放

1) 围堰利用平台上对称布置的提升装置下放，采用6点同步提升下放。下放时利用围堰侧板上的导向牛腿作为导向结构，控制围堰下放过程中的精度。整体吊装安放由专人指挥。每下放至一定高度，均进行垂直度及平面位置测设，保证下放过程中的纠偏，使围堰偏差在可控的范围内，施工现场见图5。

图5 围堰下放现场施工图

2) 利用提升下放系统将底节围堰整体提升1.0 m左右，然后割除拼装平台结构。待拼装平台割除完毕后，利用提升下放系统将底节围堰下放至自浮状态，围堰内对称注水下沉一定深度。

4.3.8围堰下沉与韧脚处理

待第3节围堰拼装完毕后,将围堰内及周边河床填砂抛石至设计标高，围堰壁舱内对称注水下沉，直至设计位置。在套箱进入底层河床前再次校正套箱轴线位置、垂直度,对于高出标高的钻渣及时清除。

1) 河床测量。围堰下放着床之前采用测深仪对围堰范围内河床标高进行测量，明确围堰底地形情况，以便确定围堰底清理方案。

2) 吸泥处理。对河床高出部分利用吸泥机进行清理，以承台底封底混凝土(+139 m)以下为基准，对河床高出部分进行开挖，对高程较低的地方进行填砂抛石。

3) 围堰下沉。围堰下沉前，应设置注水、观测工作通道，并在舱壁用红油漆标记好刻度线。围堰内注水采用4台60 m3/h注水泵注水，围堰内注水遵循分次、对称、循环均衡的原则，使壁仓内注水均衡，避免围堰高差过大，造成围堰倾斜，个别导向受力超限。下沉过程中在刃脚及河床突高点位置布置测点，下沉过程中不断测量，确保围堰底板不接触到河床。当围堰下沉至距设计标高50 cm左右时，应对围堰整个刃脚范围内及底隔舱范围内进行全部测量和摸探，确保各部分河床标高满足要求，确保围堰下沉至设计标高位置。在套箱进入底层河床前再次校正套箱轴线位置、垂直度，确保围堰着床位置准确。围堰下沉到位后及围堰在后续施工过程中，应根据长江实际水位对围堰壁仓内水头高度进行调整，保证围堰压重水头高度在1～2 m范围内。

4) 潜水工检查。围堰下沉到位后迅速组织潜水工对围堰着床情况进行摸探，摸探围堰刃脚与河床面之间有无空隙、空隙的具体位置和高度，并通知技术人员做好标记和记录。同时组织人员对围堰刃脚内外侧各3 m范围内河床面进行确认，确保不存在陡坎现象。分舱对围堰着床情况摸探清楚后，立即组织人员进行抛填堵漏。

5) 围堰抛填。

①刃脚抛填。围堰刃脚与河床面间隙超过30 cm时，需在刃脚外侧采用片石抛填；间隙小于30 cm时可在围堰内侧用片石或砂包抛填。对围堰刃脚内碎石抛填工作进行全面摸探后，根据摸探情况对围堰刃脚底部空隙进行水泥砂袋堵漏。水泥和砂子按照1∶1的比例装袋之后，使用吊框吊至围堰底部，由潜水员在水下根据刃脚底部空隙进行堆码堵漏，刃脚周圈范围都要进行砂袋抛填堵漏。砂袋堆码沿刃脚壁交错堆码，对于无空隙或空隙较小的位置堆放1层即可，对于高度较大位置应将砂袋放至刃脚底部并与外侧片石密贴，内侧根据高度堆码保证砂袋高出刃脚不小于2层砂袋。

②围堰内抛填。围堰内碎石抛填应按照先封底，后抛填堵漏的原则，先上游侧，再下游侧，最后抛填围堰中部。对河床标高低于+139 m的区域进行抛填，高于+139 m的区域不再抛填。围堰下沉到位后，对围堰内河床标高重新测量，再次确定具体抛填位置。

6) 围堰清理。为了保证封底混凝土与钢护筒、围堰壁的良好结合，达到止水效果，需由潜水工用高压水枪将桩身和箱壁上的附着黏土冲洗干净。

7) 围堰壁板内压重混凝土的浇注。围堰清理完成后，为减少围堰刃脚壁板所承受的水头压力，并保证围堰着床抗浮要求，需在壁舱内浇注压重混凝土。壁舱内采用水下C30混凝土进行浇注，混凝土标高控制在+151 m，浇筑量约为2 000 m3。

4 结语

湖北香溪长江公路大桥工程香溪河桥东岸主塔墩基础，在三峡库区30 m水位落差情况下，采用了双壁钢围堰成功施工完成，封底抽水后在30 m水头差下未出现漏水现象，为我国类似桥梁在水深且周期性变化的库区条件下建设提供了有益的参考，具有一定的应用价值。