深水复杂地质下的钢围堰设计及施工技术

曾雄星 方铁桥

（中交一公局第三工程有限公司，北京 101102）

0 引言

近年来，随着桥梁工程施工技术不断地发展，双壁钢围堰技术被越来越广泛地应用于桥梁工程水下桩基施工中。开州大桥钢围堰施工中，采用多种施工机械，先开挖沟槽，再整体拼装下放的工艺，克服了围堰处水下地质坚硬的难题；通过自制小挖斗，克服了钢护筒与围堰之间空间受限、清淤困难的难题；通过内支撑及相应补强措施、钢围堰应力监测等方式，确保了围堰整体稳定性及施工安全，提高了施工效率，节约了成本，经济和社会效益显著。

1 依托工程简介

1.1 工程概述

开州大桥跨越滨湖西路和汉丰湖。主桥采用单塔双索面斜拉桥，引桥为单跨预应力混凝土现浇箱梁，全桥跨径布置为35m+（95+110）m，桥梁全长250m。

索塔位于湖中，采用承台接群桩基础形式，单幅承台设置12 根直径2.2m，长27m 的桩基，共24 根。单幅承台长20.5m，宽15m，嵌入河床，为深埋式承台。

1.2 地质水文条件

围堰承台区域：在标高161.06～154.26m 范围内为砂夹卵石（7m），154.26～139.06m 范围内为粉质黏土（15m），往下为泥岩、砂岩。现场实际施工时，粉质黏土层硬度很高。

汉丰湖河床标高160m，承台底标高154.186m，常水位168.5m，受三峡库区蓄水影响，最高水位达173.5m，即该承台嵌入河床深度近6m，最高水深近14m，最大水位差近达20m。

2 钢围堰设计

主墩承台施工采用双壁钢围堰[1-2]，钢围堰作为承台及墩身施工时的挡水结构，并作为承台施工的模板结构。

钢围堰壁体内轮廓尺寸较承台外轮廓尺寸外扩50mm，单套钢围堰分为3 个节段，底节高7.5m，重142.2t；中节高5.1m，重106.8t；顶节高7.5m，重141.8t。

3 施工工艺流程及操作要点

施工工艺流程图如图1 所示。

图1 钢围堰施工流程图

3.1 钢围堰加工制造

（1）根据起吊设备确定钢围堰拼装单元的划分，单层围堰分为10 个节段。

（2）钢围堰单元加工时，需严格保证围堰各部焊缝的焊接质量，并对围堰外壳进行水密性试验。试验时，采用煤油法进行检查。

（3）制造时，必须严格控制每块隔舱板在单元块中的位置。控制好该尺寸，既可保证结构尺寸，而且能保证以后上下节对接时，避免出现隔舱板错位导致无法对接的现象。

（4）在焊接过程中进行外观检查和测量，在焊接完工后同样要进行检验。

（5）围堰制造要放样准确，加工成型后，上下节围堰的竖肋及隔舱板严格对齐。同一节围堰各分块相邻水平环板必须严格对齐。上下节竖向角钢必须与水平环板焊牢。

3.2 钢围堰拼装

总体拼装方法：钢围堰壁体分块在加工厂制作，分块拼装。索塔桩基施工完成后，利用85t 履带吊逐跨拆除钻孔钢平台；利用栈桥钢管立柱和钻孔平台钢管立柱搭设拼装平台，拼装底节钢围堰，焊接导向装置；利用千斤顶下放底节壁体；钢围堰选择在风平浪静的气象条件下进行下放[3-4]。钢围堰整体拼装如图2 所示。

图2 钢围堰整体拼装

3.2.1 底节钢围堰拼装及下放

（1）开挖围堰沟槽。摸清围堰处的地质情况，选择合适的施工工艺至关重要。常用的有2 种方式：一是采用吸泥下沉工艺，即靠围堰自重、注水增重+泥浆泵清泥结合的方式；二是利用机械设备先挖出钢围堰沟槽后，再进行钢围堰拼装下放。

该工程围堰处地质为砂夹卵石层和粉质黏土层，该处粉质黏土层很硬，采用用先挖沟槽、再拼装下放围堰的工艺。采用伸缩臂抓斗、伸缩臂挖机、长臂挖机相结合的方式进行，如图3 所示。槽底距河床面深度约7m，挖机施工平台到槽底的深度约20m。

图3 多种挖机结合作业

（2）搭设拼装平台。钻孔桩施工完成之后，利用外圈钢管立柱和栈桥钢管搭设拼装平台。为保证围堰底节平整，在平台上设置钢垫块（钢板）进行找平，钢垫块顶面标高误差＜5mm。

（3）设置导向装置。为保证围堰下放过程中，起平面位置准确，在围堰内侧壁上安装限位导向装置（对应导向位置的隔仓内和钢护筒做加强处理）。钢护筒可能存在倾斜，需提前测量钢护筒垂直度，并根据其垂直度适当调整导向装置尺寸，使导向装置与钢护筒接触面铅直。

（4）底节钢围堰拼装。①放样：以设定的围堰的中心轴线为基准，在平台面上放出围堰侧板的位置线，放样时按图纸尺寸放样；②抄垫：由于拼装平台的高低不平，设置钢垫板抄垫平钢围堰；③拼装：利用履带吊分块依次拼装底节钢围堰，拼装时，在内外壁制作三角支架，保证拼装侧板的稳定性和安全性；④焊缝检验：包括焊缝本身质量的检验和煤油渗透试验。煤油渗透试验步骤为：在焊缝一侧涂上石灰粉，另一侧涂上煤油，观察其渗透情况。如果渗至反面，则做出标记，将该处焊缝铲除，重新按规定复焊，但不能堆焊。

（5）围堰整体下放。钢围堰提升下放系统：采用8套60t 千斤顶作为动力，安装在承重架上，辅助进行钢围堰提升及下放作业。围堰下放要点为：底节围堰拼装完成后，检查下放结构各部分，受力满足要求后，把围堰提升一定高度（50cm 左右），拆除围堰范围内拼装平台，使底节围堰缓慢下放，围堰下放到水面。围堰下放过程中，确保围堰下放的同步性。

3.2.2 中节、顶节钢围堰拼装

底节节围堰下放完成并将围堰调整好位置后，拆除下放系统，分块对称拼装中节围堰壁体，再依次接高拼装顶节，并及时进行调整，确保钢围堰垂直度。上下节分层处，设置拼装及焊接操作平台。

3.2.3 钢围堰下沉及围堰内清淤

（1）钢围堰下沉：通过利用水泵往隔仓内注水增重的方式，使围堰下沉着床，特别注意要对称注水，防止围堰倾斜。

（2）围堰内清淤：利用长臂挖机和伸缩臂挖机结合的方式进行围堰内的清淤工作，清理到底后，潜水员用高压水枪和钢刷对钢围堰刃脚、护筒周边和基底进行认真清理，防止产生薄弱区，确保封底混凝土与桩基、围堰紧密结合。钢护筒间、钢护筒和围堰间空间受限，可以自制小挖斗，用于空间受限区域作业，如图4 所示。

图4 自制小挖斗清淤

（3）突发情况处理：该工程在底节围堰拼装下放后，桥址处遇大洪水，导致围堰沟槽内回淤，挖机无法对围堰沟槽区域进行清理，现场采用空压机气举反循环工艺，潜水员利用高压水枪配合处理。

3.2.4 夹壁混凝土浇筑

钢围堰精确定位并着床后，在隔仓内浇筑C25 混凝土。采用水下混凝土浇筑方式，对称浇筑，相邻隔仓混凝土浇筑高度高差控制在1m 左右。混凝土浇筑高度一般控制在和承台顶标高齐平。

3.2.5 钢围堰封底

浇筑顺序：从围堰一头往另一头赶，一次性浇筑到位。

要结合混凝土的流动半径计算布料点数量并布置好，及时追踪检测浇筑点位混凝土顶面标高，防止混凝土超高，影响后期承台施工，或欠方封底厚度不够，影响度洪安全及后期承台施工风险。在灌注封底混凝土的同时，要随时测量围堰内外水头差，并及时向外排水，使围堰内外水位基本保持一致。

多做混凝土试块，封底混凝土浇筑完后，把混凝土试块放到围堰内水中去，做同条件养护试块，以便精确掌握混凝土的强度。正常情况下，封底后7d 可进行抽水。

问题处理：如果出现了部分漏水现象，不要强行去堵、去引开，可以利用预留的20～30cm 高度做一个透水层，把水汇集到一个位置抽走。

3.2.6 钢围堰内支撑施工

内支撑可和围堰抽水时同时施做，每抽水一层，焊接一层内支撑。内支撑焊接时，一定要精确定位，保证钢管的中线与围檩的中线一致、水平。隔舱在内支撑相应位置要对应补强。

3.2.7 钢围堰抽水

封底混凝土达到设计强度后，关闭连通器，围堰内抽水。应根据内支撑施工情况抽水，直至围堰内水抽干。钢围堰抽水时，观察钢围堰壁体的变形情况，如发生异常，立即停止抽水。

夹壁内水位应根据实际水位进行调整，以围堰内外水头差一半为控制原则。

3.2.8 承台浇筑

抽水完成后，在围堰内侧安装扶梯，割除钢护筒及导向装置，清理桩头，绑扎钢筋，浇筑第一层承台（2.5m）混凝土。待第一层承台达到设计强度后，割除第一层内支撑，然后绑扎第二层承台钢筋，浇筑第二层承台（2.5m）混凝土。

3.2.9 钢围堰拆除

按照“分块切割、分块拆除、确保安全”的总体思路进行钢围堰拆除施工[5]。

钢围堰以承台顶面标高为基准，基准标高以上的部分分块切割拆除，分块切割的钢围堰壁板履带吊起吊。

3.2.10 钢围堰监测

围堰监测在钢围堰施工中至关重要，尤其围堰抽水，承台施工期间。一是围堰顶围堰监测；二是围堰结构应力监测。围堰应力监测点如表1 所示。

表1 围堰应力监测点

4 现场施工条件改变时的应对措施

当现场实际水位与原设计水位工况发生改变时，要采取相应补强措施，并进行验算复核，切勿盲目施工。

该工程右幅钢围堰，原设计围堰抽水水位165m，现实际抽水水位173m，水位增加了8m，采取的加强措施有：（1）封底混凝土厚度由2m 调整到3.5m，要确保围堰抗浮稳定性满足要求；（2）提高夹壁混凝土高度和标号，增加夹壁混凝土抵抗应力能力；（3）增加一层钢管内支撑或增大内支撑钢管规格。

5 结束语

本文以开州大桥钢围堰工程为例，介绍了复杂地质下钢围堰的设计、施工技术及施工中突发情况下的处理措施，总结出了一套深水钢围堰施工技术。通过多种设备结合的方式，解决了水中清淤难题，通过围堰内支撑安装及围堰应力监测等方式，确保了围堰整体稳定性及承台施工期间的施工安全，创造了良好的经济和社会效益。