水中双壁钢围堰设计与施工技术研究

张志勇

摘要：本文通过对上横沥大桥深水低桩承台双壁钢围堰的设计、制作、下沉、吸泥、封底施工工艺的介绍，总结了深水条件下双壁钢围堰设计及施工的技术要点，对于采用双壁钢围堰施工深水承台基础的类似工程具有一定的借鉴意义。

关键词：水中;双壁钢围堰;设计;施工技术

1.工程概况及水文地质条件

1.1工程概况

该项目-上横沥大桥工程起于横沥岛，跨越规划六路、上横沥水道和滨河路，止于大岗镇新联二村，大桥全长965m。主桥采用（57.5+100+57.5）变截面连续刚构，分左右幅。 9#-12#墩为水中墩，承台为低桩承台。其中10#、11#承台为尺寸14x9.5x3.5m的平面矩形承台。

1.2水文地质条件

桥梁工程所跨上横沥水道属于北江网河区东片，是北江网河主干流以东至狮子洋水道之间的部分。桥址位于广州市南沙区大岗镇，为珠江三角洲冲、洪积平原地带，场地地下水主要赋存和运移于海陆交互相沉积的粉细砂、中粗砂层、圆砾中，透水性较好。

上层滞水主要赋存于素填土中，补给来源主要靠大气降水。潜水主要赋存于砂层中（包括粉细砂、中粗砂、圆砾），是本场地的主要含水层，补给来源主要靠大气降水及上横沥水道、周边鱼塘水，补给量受季节和潮汐作用的影响明显，具一日两涨两落，潮时超差不等的特点。

2 双壁钢围堰设计与制作

2.1钢围堰的设计

上横沥大桥10#、11#墩承台设计为尺寸14x9.5x3.5m的平面矩形承台，

承台封底标高分别为-8.155和-8.282m，常水位+5.380m，高潮水位为+8.0m。围堰平面外围尺寸为36.2×14.3m，隔舱宽1.2m，为平面矩形倒圆角结构，倒圆角弧长均为2.2m，围堰壁厚12mm。10#、11#双壁钢围堰高度为21.2m，围堰从下往上分底节、中节、顶节三个节段安装，其中底节段高7.9m（底部刃角高1.5m），中节段高为6.4m，顶节段高为6.9m（其中2.2m为单壁段），围堰内设φ820*10mm、φ630*8mm钢管内支撑。

采用MIDAS2015建立整体模型，壁板、隔仓板、水平环板均采用板单元模拟，竖肋用梁单元模拟，水平桁架采用桁架单元模拟，内支撑采用梁单元模拟计算。

2.1.1施工条件

围堰下沉到位，封底砼浇筑完成，围堰内抽干水，计算高潮水位为+8.0m，低潮水位为+4.5m。

2.1.2荷載

a.自重;

b.静水压力：最大水头差计;

c.主动土压力：围堰进入土层为淤泥质土层;

γ=17kN/m3，φ=10°，粘聚力C=8KN/m2;

按主动土压加载，计算得： Ka=tan2（45°-φ/2）=0.704;

考虑土的浮重度， p中=γ浮·Ka·h-2C√ka=4.93h-13.43kN/m2

d.水对围堰砼底板的上浮力：

e.动水压力：水流速度按最大设计值计，则为1.59m/s。

FW=CWρ/2V2A

式中：FW—水流力标准值（KN）;V-水流设计流速（m/s）;CW—水流阻力系数;ρ—水的密度（t/m3），淡水1.0，海水1.025;A—计算构件与流向垂直平面上的投影面积（m2）。查得CW=1.48。

2.1.3模型、荷载及支承条件

分四种工况计算，模型安全系数K=1.2 。

工况1：封底砼浇筑完成，围堰内抽干水后拆除底支撑围堰整体受力计算;

工况2：承台施工完成，墩身施工2米注水，拆除部分第二道内支撑围堰整体受力计算;

工况3：墩身施工5.8m后，围堰内部分注水，拆除部分第三道内支撑围堰整体受力计算;

工况4：墩身施工11m后， 围堰内部分注水，拆除部分第四道内支撑围堰整体受力计算。

2.2围堰加工制作

根据运输设备、起重设备的能力及施工用地，钢围堰采取在钢结构生产区内分节分块加工制作，在墩位原位拼装。将每块按设计图纸放样、下料制作，然后将制作好的钢围堰分块存放。围堰加工质量应严格按照设计图纸要求及有关钢结构加工规范要求验收。

3 围堰拼装及下沉

3.1拼装及悬吊系统

拼装：拼装平台由桩基施工平台改造，在拼装位置安装垫木及围堰定位台架、微调千斤顶等。围堰定位台架用[20b制作，多组连在一起，焊接固定在钢护筒和钻孔平台上。拼装顺序依次逐块进行，遵循前后左右对称原则。操作时要随拼装随调整，待全部点焊成型后方可全面施焊。

悬吊系统的搭设：悬吊系统由贝雷梁、钢梁、千斤顶，精轧螺纹钢组成。将原有的桩基护筒接高，放置钢垫梁，再安装贝雷梁（L=12m），贝雷梁两端架设千斤顶，再利用精轧螺纹钢进行钢围堰的下放。

钢围堰下放总共设8处吊点，每处2根精轧螺纹钢，共16根。采用100t千斤顶，精轧螺纹钢长度为40m，下放平台上每台千斤顶设置一套精轧螺纹钢导向架。底节段拼装好后，安装下放吊点、下放限位滑块及滑槽[1]。

3.2底节钢围堰的下放

底节钢围堰拼装完毕，起吊上升10cm后静止30分钟，检查下放结构变形及可靠性。当下放结构稳定良好时，拆除围堰拼装平台及剩下部分钻孔平台，下放底节围堰至自浮状态。

钢围堰的下放要有专人统一指挥。下放前在精轧螺纹钢上做好刻度标记，并确认每根精轧螺纹钢及垫板与吊点及挂梁密贴。围堰每下放1m时，应进行监控测量，当围堰下放平面高差超过5cm时，及时进行调平。

钢围堰下放开始入水后，吊点的受力逐渐变小，直到钢围堰不再下沉达到自浮平衡，停止下放。然后对称、分层灌注刃脚的砼。钢围堰自浮平衡尽可能选择在高水位进行，避免受潮汐影响，吊杆承受压力，对吊杆造成不利影响。围堰下放流程见下图。

3.3接高与下沉

中节钢围堰试拼后做好标记分块吊运至拼装平台上，在底节上对应焊接拼装中节段。接高时，应对称接高，以保持双壁钢围堰的平衡。随后完成接高部分的内支撑、所有焊缝进行煤油检验后再下沉。在下沉前测设墩中心线，沿围堰周边复测河床面标高，核对刃脚的高度与实际情况。

复核无误后接着拼装顶节段，同时对围堰进行注水压重下沉，当围堰底部离河床面0.5m左右时，停止加水，开始纠偏，当位置准确，迅速加水着床。着床后由于围堰自重不足以抵抗深水浮力，需继续向内隔仓浇筑砼，利用自重将围堰下放至设计标高。

3.4围堰内吸泥、砂砾换填

钢围堰在河床的覆盖层内采取往隔舱内加水，围堰内吸泥的方法下沉。吸泥机及水枪布置在围堰中心附近，吸泥下沉应按“先中间后两边、先高处后低处”的原则进行。围堰着床后，先用高压水枪配合吸泥机调整围堰内河床，再进行全断面水冲法吸泥下沉。

吸泥完成后，必须全面进行围堰内基底验收，严格控制高程，以确保封底砼厚度满足设计要求。

3.5钢围堰封底砼施工

围堰封底砼采用垂直导管法一次浇筑完成。在围堰顶面设置漏斗，通过汽车泵输送水下封底砼至漏斗，漏斗连接垂直导管，封底砼灌注顺序：采用分区逐根拔球灌注施工，同时从一方向另一方推进，用以稳固围堰，预防滑移。

灌注过程中要控制好封底标高、勤量测。待封底砼达到设计强度后，方可组织围堰内抽水。在抽水过程中，密切观测围堰变形以及止水情况。有漏水点需采取相应堵漏措施，堵漏完成后，方可继续抽水，直至露出封底砼表面。接着对封底砼标高全面测量，随后可进入下一道工序承台施工[2]。

4 围堰施工中注意事项

围堰的材料：钢材、焊条、焊丝等材料均应符合设计文件和规范标准要求并附有出厂合格证。对焊缝处应涂煤油作水密检查，合格后方可使用。

围堰的监测：拼装完成后，对围堰的定位、垂直度及变形等要进行必要的观测，在围堰单元布设控制点，焊接定位钢板，推算围堰在主墩理论位置时各平面观测点的坐标（X、Y、Z），通过各观测点高程坐标Z监测围堰的垂直度。

围堰拆除：在承台顶标高以上的部分可以进行拆除。拆除主要采用潜水员水下大块切割的方式，切割顺序原则上从水流下游向上游切割，水面上的竖缝在吊装之前用氧气乙炔再行割开。拆除后的围堰用浮吊吊至货船上运到指定位置存放。

5 结语

在上橫沥大桥钢围堰的施工中，我们遇到不少问题。如在10号墩围堰施工中，由于对地质情况预估不充分，围堰拼装完成后采取吸泥方式直接下沉，造成在粉质黏土层抽砂下沉效果较慢。后来及时调整工艺，在围堰下沉前，用长臂挖掘机先进行围堰范围内扰动清理，增加这一工序极大地提高了围堰的下沉施工效率，为后续其它围堰施工积累了经验。

参考文献：

[1]王文前.上横沥大桥大跨连续刚构桥设计[J].城市道桥与防洪，2019（7）：83-85+13.

[2]中交第一公路工程局有限公司.公路桥涵施工技术规范：JTG/T F50—2011[M].北京：人民交通出版社，2011.