桥梁水中墩双壁钢围堰施工技术

隋丰年

（中铁十九局集团华东工程有限公司，浙江宁波 315400）

1 工程概况

1.1 工程简介

某桥梁工程结构形式：采用1-32 m 预应力混凝土T 梁+1-112 m 下承式钢桁梁+1-32 m 预应力混凝土T 梁。桥梁位于直线上，与涡河正交，相交处河宽约200 m，水深最大约为7.0 m，其中2#～5#墩为水中墩，均采用Φ1.25 m 钻孔桩基础。3#、4#墩（主墩）各设9 根桩基、桩长47～49 m，承台采用一级低位矩形承台，承台尺寸9.25 m×9.25 m×3 m，桥墩为圆端形实体桥墩，墩高分别为15.75 m、17.25 m。3#、4#主墩承台在河床以下的埋深分别达到7 m 和7.9 m，综合考虑环保和施工期间航道通航要求等因素，采用双壁钢围堰施工。

1.2 水文地质情况

本桥位处涡河为Ⅳ级航道，在3#、4#墩之间设置1 个跨径为112 m 通航孔，净高不小于7 m，河岸坡度较大，河床中间比较平缓。沿线的地质条件较好，以黏性土和粉土层为主，3#、4#桥墩承台基本位于粉质黏土层范围内。

2 水中主墩钢围堰施工总体方案

3#、4#主墩采用贝雷梁钢栈桥配合双壁钢围堰的施工方案，按先桩后堰顺序组织施工：钢栈桥搭设→水中钻孔业平台搭设→钻孔桩施工→双壁钢围堰构件岸上加工→双壁钢围堰水上安装与下沉→水下混凝土封底→承台和墩身施工→拆除钢围堰。

钢栈桥与桩桩基作业平台采用钢管桩+贝雷梁的方式搭设，按冲击钻成孔工艺组织桩基础施工。成桩后，拆除影响钢围堰下沉的钢管桩，在钻孔作业平台上拼装首节钢围堰。设置吊装系统下放钢围堰，下水后拼装焊接第二节钢围堰，依次接高钢围堰并在壁仓内灌水到达河床。采用高压射水枪和吸泥泵辅助钢围堰下沉，到达设计标高。水下作业清平基底，合格后进行水下混凝土封底。待封底混凝达到强度后排水进行承台和墩身施工。

3 双壁钢围堰施工技术

3.1 钢围堰施工方案

以4#墩钢围堰为例，双壁钢围堰结合承台形状按照矩形进行设计，内净空尺寸按承台尺寸每侧放宽1 m，总壁厚1 m，为了缓解流水对围堰的冲击力，四角设计成圆角，内径1.0 m，外径2.0 m。围堰底部设45°刃角，以利于下沉。

（1）围堰标高确定。经施工调查近3 年桥址附近最高洪水位于2018 年12 月，H=29.37 m；2019 年1 月，H=29.36 m；2020 年8 月，H=29.4 m。3#、4#墩钢围堰顶按高于近3 年最高水位0.5 m，标高取29.75 m；钢围堰刃角底按低于封底混凝土底面2.0 m，标高取13.45 m。

（2）围堰分层和分节确定。钢围堰根据承台尺寸、起吊运输能力、现场条件等因素，在平面上分段、在高度方向分层，形成各个单元节段。总高度16.3 m 分为3 层：底层带刃角的高6 m，第2 层6 m，第3 层4.3 m。每层12 个单元节段：直线节8 个，圆角节段4 个。围堰横撑采用Φ630 mm×10 mm 钢管。

（3）单元节构造。钢围堰内外面板和隔仓板均采用6 mm 钢板，刃角部位采用8 mm 钢板。采用∠100 mm×100 mm×10 mm角钢作为横向加强肋，∠75 mm×75 mm×6 mm 角钢作为竖向肋形成网格骨架；横向肋间距0.5 m，竖向肋间距0.3 m，中间间隔∠75 mm×75 mm×6 mm 角钢作为副竖肋。内外壁板之间用∠100 mm×100 mm×10 mm 角钢横撑、竖向斜撑加强，与网格骨架焊接成整体。

3.2 钢围堰施工准备工作

（1）钢围堰加工场地的选择。考虑到加工及运输便利，加工场地选择在河岸边陆地上，场地平面尺寸为100 m×30 m，场地与施工便道相通。考虑到加工质量需求，加工场地用20 cm 砼硬化，在加工场地上设焊接加工工作平台，加工工作平台用90 mm角钢做骨架，角钢距离为50 cm，角钢顶面标高保持一致，上面铺设厚度6 mm 钢板。加工工作平台要求牢固、表面平整，表面平整度控制在5 mm 以内[1-2]。

（2）钢围堰的加工次序。钢围堰的加工应该按每层分块在加工工作平台上进行，每块钢围堰的加工，先按设计尺寸下料焊接好面板（厚6 mm 钢板），然后在面板上焊接纵向次梁、隔舱板、水平横撑，最后在桁架焊接另一侧面板施焊成型[3]。加工好的钢围堰作好标记归类依次转运、堆放，待拼装时再利用平板车或运输船转运到拼装现场，依次逐块拼装[4]。

（3）钢围堰堆放和保护。构件堆放场地应平整坚实、干燥，并有排水措施。构件吊放和堆放，应选择好吊点和支点，桁架类构件的吊点和支点应选择在节点上，并采取防止扭曲变形损坏措施。构件堆放要放平放稳，支座处要垫平。多层水平堆放构件，构件之间应用垫木隔开，各层垫木应使其在同一垂线上，以保证堆放时不发生变形。构件在吊运、堆放过程中，不能随意在构件上开孔或切断任何杆件，避免遭受冲击。重心高的构件立放应设置临时支撑，或紧靠立柱绑扎牢固，避免倾倒损坏。同一工程的构件应分类堆放在同一地区，方便构件的管理和发运[5]。

3.3 钢围堰下沉及封底

（1）钢围堰下沉。钢围堰的起吊下沉利用已浇注并达到强度后的钻孔桩作支撑，埋设Φ1000 mm、δ=8 mm 钢管立柱6 根，每相邻2 个立柱上部安装4 根I50a 工字钢横梁，横梁悬臂端对称安装1 台200 t 千斤顶，设吊带4 根（Φ36 mm 精扎螺纹钢），横梁中部设吊带2 根（Φ36 mm 精扎螺纹钢），固定在钻孔桩钢护筒上，以平衡横梁悬臂端受力所产生的扰度。钢围堰起吊和下沉利用千斤顶工作和调节吊带螺栓来实现。钢围堰下沉至水中时，采用壁仓内灌水下沉，应确保围堰内四边水头高度一致，以避免套箱失去平衡。当双壁钢围堰底部刃脚距河床面0.5 m 时，停止注水下沉，测量堰顶标高、平面位置进行纠偏。当位置准确时，可继续注水着床，采用吸泥机吸泥下沉。吸泥机作业应确保围堰四边匀速下沉，接近设计标高时，停止下沉，对钢围堰位置进行全面测量、调整，直至钢围堰处于设计位置。

（2）水下混凝土封底。4#墩钢围堰刃脚下沉到设计标高-10.7 m即停止钢围堰的下沉，此时调整钢围堰的平面位置及垂直度，保证平面误差为±20 cm，保证承台平面位置在钢围堰平面范围内。钢围堰下沉到位后，派潜水员进行水下检查，并用钢丝刷、高压水枪等对封底范围内的钢护筒周边、钢围堰内壁板和刃脚进行清洗，除掉粘附在上面的泥土等杂物，以保证封底混凝土与钢护筒及钢围堰壁板的良好接触，满足握裹力的要求，同时避免抽水后，封底与钢护筒、钢围堰之间形成孔洞漏水。封底前潜水员逐一对钢围堰四周进行检查，确保刃脚露出河床面以及刃脚外侧四周封堵密实。若刃脚外侧不密实拟采取长臂挖机挖土填实或抛填砂带压实。另外，一般封底混凝土数量较大，为保证封底成功，封底混凝土必须保证一次性浇注完成。因此需要对施工人员、机械、设备以及混凝土等材料供应做详细的组织安排，做好轮班准备措施，保证足够的混凝土材料供应，同时保证混凝土有良好的和易性、稳定性和初终凝时间。

3.4 钢围堰观测及防护

钢围堰沉放过程中，采用测绳或专用测深仪对围堰四周河床标高进行测量，布置不少于10 个测点，每天早晚各测一次，并做好观测记录，如果冲刷较明显，对冲刷的部位采取抛砂袋或碎石的办法对围堰进行防护。钢围堰着床后，若出现局部（如围堰上游段）严重冲刷，即围堰大部分区域已着床，局部区域可能处于严重悬空状态，这时将预先准备好的砂袋对冲刷区域及时进行抛填。抛填过程中，对抛填厚度及抛填面积进行测量，使防护区域面积大于冲刷区域面积，抛填后标高略大于周围未冲刷泥面标高，并对局部抛填厚度不足的位置进行补抛。在钢围堰后续沉放施工过程中，由于绕流的影响，可能会出现钢围堰上游侧以及江侧、岸侧出现严重冲刷，此时将先准备好的砂袋或碎石对钢围堰四周进行抛填，确保围堰在沉放过程以及后续使用期间的安全。在围堰封底砼完成以前，在围堰顶面设立标高观测点，对围堰的沉降进行观测。

3.5 钢围堰拆除

基础、墩身完工后，向围堰内注水，使围堰内外水位相同，然后采用水下切割方法对双壁钢围堰进行切割分解，切割后利用履带吊将割除部分吊起，运送至指定场地堆放保存。

4 实施效果

施工过程中通过导向架及全站仪辅助定位，桩位偏差100%满足≤1/3D 要求，桩顶标高100%满足≤±50 mm 要求，电焊接桩焊缝相关端部错口、咬边深度、加强层尺寸等采用钢尺及焊缝检查仪检查，满足质量要求。而且经过检测，钢围堰的最大沉降位移也满足规范要求。

5 结束语

通过在某桥梁工程水中墩采用双壁钢围堰施工技术应用，安全优质地完成了此桥水中墩的施工任务，施工期间临时占用河道较小、施工安全可控且施工效率较高。实践证明，该围堰设计、加工制作、下沉、封底及拆除的施工方法是切实可行的，为类似桥梁水中墩施工提供了参考。