间歇性湍流作用下的桥梁组合围堰施工技术研究

卢刚旭

（贵州路桥集团有限公司，贵州 贵阳 550001）

0 引言

跨湍流桥梁工程中，传统桥梁基础围堰施工需使用大型施工机械设备，对施工场地要求高。为解决湍流作用下桥梁基础施工难题，可采用适用于间歇湍流施工环境的桥梁基础组合围堰施工方案，有效提高施工效率，降低施工成本，减少施工对周边环境的破坏。组合围堰施工方法是通过填土和抛填石笼，再在内层设置土袋围堰，抽干水分并清理桥梁基础，最后在土袋围堰中设置混凝土围堰，构成组合围堰，可有效解决间歇性湍流作用下的桥梁基础施工问题。基于此，本文对间歇性湍流作用下的桥梁组合围堰施工技术进行以下探讨。

1 工程概况

该高速公路桥梁左侧部分中心桩号ZK223+987.5，右侧部分中心桩号YK223+950，PC连续刚构梁结构，桥长382m，桥高35～55m，入水桥梁柱墩4座，河床宽125m左右，桥周地质条件以第三系坡残积岩层为主，覆盖层以中密、饱和卵石为主，质地坚硬。抗洪设计为百年一遇，设计流量8 819m3/s，水流速度4.1m/s，桥梁所在地区雨季雨水充沛，河流水位在雨季快速上涨3.3～4.5m，加之河流上游水库每天开闸放水，导致河流水位、水流速度变化不确定性增加。

2 施工工艺流程

施工工艺流程见图1。

3 施工技术

3.1 施工准备

（1）主要材料及机械设备见表1和表2。

图1 组合围堰施工工艺流程图

表1 主要材料表

表2 主要施工设备表

（2）修筑临时施工便道，对施工场地进行整平，以便材料、器具堆放。

（3）与当地电力部门协调沟通后，提前拉设并接通用电线路，同时自备发电机供现场应急使用。

（4）准备围堰所需材料与设备，如石笼、编织袋、黏土、防水彩条布、块石、吊车、挖掘机及装载机。同时，测量人员及其他施工人员也要做好工作准备。

（5）围堰设计与验算：本围堰要求能抵御在施工期间可能出现的最高水位下水压力的作用。相应设计与验算内容如下：围堰的平面尺寸；混凝土的强度；石笼与土袋尺寸；土袋装土量；静水压力作用下围堰稳定性验算；动水压力作用下围堰稳定性验算；静、动水压力组合作用下围堰稳定性验算；其断面计算简图如图2所示：

图2 围堰力学计算示意图（单位：cm）

3.2 黏土填筑

根据设计要求先测量放样，确定填筑范围，打设定位桩。在水位较低的窗口期完成填筑；采用黏土填筑，填筑厚度约2.5m，填筑长度与宽度须满足后续工序施工作业面要求。

在填筑过程中由专人负责观察记录水位的涨退与水流速度情况，如有异常须停止施工，并由现场专人负责组织人员与机械撤离至安全地带。黏土填筑完成后应及时进行石笼填筑。

3.3 石笼填筑

为了防止水流对回填黏土的冲刷，黏土填筑完成后应及时设置石笼围堰。

（1）石笼填筑前，先对河床围堰区域进行测量定位及机械整平，防止石笼吊装摆放后倾斜，影响围堰整体稳定性。

（2）石笼围堰断面呈梯形，高度2.5m，围堰底宽3.5m，上宽2.7m。石笼采用矩形铁丝笼，铁丝笼网目尺寸为10cm×13cm的菱形网目，整体尺寸分为2m×1.75m×1.5m和2m×1.75m×1m两种。

（3）石笼运至现场后，在石笼内填块石、卵石，以人工码砌为主，机械为辅，笼内边角及底部位置采用人工码砌。

（4）在水位较低的窗口期完成分层填筑至设计高度。石笼分两层堆筑，底层高度1.5m，第二层堆筑时在上层收边0.8m，以保证石笼稳固。填筑施工应按照先上游后下游，先下后上的施工顺序依次均匀堆码。

3.4 反开挖

石笼填筑完成后进行反开挖，采用挖掘机按1∶0.5放坡分层开挖，每层开挖深度约1m，直至开挖至河床基岩面。开挖围堰基坑底边长度约17m，宽度约16m，基坑深约2.5m。

开挖土方装填土袋用于土袋围堰施工，将土袋分散堆放至指定区域，距离开挖基坑顶边缘不得小于3m，多余土方由运输车转运至指定地点。反开挖施工过程中须进行沉降观测，确保基坑开挖稳定无异常。

3.5 土袋围堰施工

土袋围堰整体断面呈梯形，高度2.5m，围堰底宽约1.5m，土袋填筑紧贴土面，土袋围堰和黏土中间铺防水彩条布。土袋填装量为土袋容量的60%，袋口对折反压然后进行堆码，堆码应平整、密贴，随码随压、挤压密实。

围堰堆码施工时，应先堆码上游、再堆码下游。堆码时应相互错缝，搭接长度为1/3～1/2土袋宽度，堆码密实整齐。

3.6 抽水清基

在土袋围堰堆筑完成，且沉降稳定后，对围堰内进行抽水清基，抽水时须配足备用抽水设备和施工备用电源，提前做好排水设备与备用电源连接准备措施，便于停电时及时转换，保证围堰抽水及时完成。

四台潜水泵从围堰四个边角处同时抽水，抽水时应控制水位降速不可过快，并对围堰顶高程进行观测，确保围堰的稳定。围堰内抽水完成后，对河床基层淤泥及杂物进行清理，清理后的淤泥及杂物须及时转运至指定地点。

3.7 混凝土围堰施工

上游水库放水时水位急涨急退，为保证基础施工安全，在石笼和土袋围堰的基础上设置了混凝土围堰，形成组合围堰结构。

（1）混凝土围堰施工在抽水清基完成后先进行调平层混凝土施工。考虑围堰内基底高低不平，不便支模，因此，在混凝土围堰内侧先码砌1m高的土袋，再进行调平层混凝土铺筑。

（2）调平层宽度1.5m，厚度10cm。调平层施工前，需在河床基岩上植筋，（用电锤在基岩上植入直径20mm钢筋，植入深度40cm，植筋长度80cm）。

（3）混凝土围堰分3层浇筑，每层浇筑1.5m高，底层宽度为1.2m，第二层宽度在底层内外都缩进0.1m，同理，第三层宽度为0.8m。

（4）在已浇筑的调平层基础上装模，混凝土围堰模板采用1.5m高×1.2m宽的组合式钢模板，围堰四边同时安装模板。安装模板时，支撑应牢固，防止模板在浇筑混凝土时产生位移。

（5）混凝土围堰采用混凝土泵车泵送浇筑完成；混凝土围堰层间需插入直径20mm的连接钢筋，逐层浇筑至顶面。

（6）混凝土浇筑完成后须及时覆盖土工布养护，保持混凝土表面湿润。

4 工程质量控制措施

（1）测量定位工作必须严格按照相应规范标准执行，测量标识要清晰。

（2）围堰平面布置应简单，在满足水下承台钢筋混凝土工程的施工操作空间的条件下，应布置成平行于栈桥的矩形并采用直角转角，有利于石笼、土袋的定位。

（3）把好材料的质量关，选择坚固密实、耐风化性能好的石料；拉伸强度与渗水性符合规范要求的彩条布；力学指标符合要求的黏土。

（4）石笼填筑与土袋堆筑时应整齐严密，错缝堆码，确保密实稳固。

（5）全过程测量监控。采用测距仪定位、全站仪垂直度监控，确保石笼、土袋、植入钢筋的准确定位和围堰竖向垂直度，有效保证组合材料形成围堰后的整体刚度与良好的止水性能。

（6）模板安装完成后，其尺寸、平面位置和顶部高程等应符合设计要求，节点连接应牢固。

（7）每一层混凝土应连续不间断浇筑。

（8）质量检验标准详见表3。

表3 围堰混凝土、土袋、石笼组合围堰施工质量检验标准

5 安全、环保控制措施

（1）每位施工人员必须经岗前安全培训，石笼填筑过程中应由专人负责观察记录水位的涨退与水流速度情况，如有异常须停止施工。

（2）开挖时施工现场应有专人指挥机械开挖作业并记录作业情况，如有异常应马上停止开挖；围堰抽水、排水时，必须派专人指挥、指导和监测。

（3）坑内清理冲刷土方由装载机清理，转装土方车外运；施工过程中严禁往河道里随意丢弃建筑废料。

（4）密切关注河道水位变化，合理安排施工进度，尽量避开汛期施工作业。

6 结论

综上所述，该高速公路桥梁水下桩基围堰施工采用适用于间歇性湍流环境下的组合围堰施工方案，施工始于2020年8月9日，2020年8月21日完成桥梁左幅4#、5#柱墩、右幅5#、6#主墩的组合围堰施工，施工耗时13d，实现了预期的止水效果，围堰结构强度满足要求，桥梁柱墩桩基稳定，经实践研究可知，间歇性湍流环境下的组合围堰施工方案优势如下：

（1）有效提高桥梁主墩桩基施工效率，无需断流、对原有河道等水系环境的破坏少，同时可有效提高桩基结构稳定性，性价比高。

（2）有效解决了间歇性湍流环境下的桥梁基础施工安全与质量问题，可有效保障桥梁桩基施工安全与施工质量。

（3）通过布设多点桩基施工平台，提高施工管理效率，可为后续桥梁承台施工提供支撑，有效提高施工效率。

（4）施工方案操作简便，无需使用大型施工机械设备，施工后清理施工现场方便，节能环保，适用于水流湍急，水深3m以内河流环境的桥梁基础施工。