论桥梁项目深水承台施工围堰及施工监测

陈忠银

摘要 建设各类交通基础设施时，根据项目建设实际情况，有些桥梁承台及基础只能建于深水当中，施工现场地质条件较为复杂，淤泥厚度大，且水流速度较快，极大地增加了施工难度及风险。基于此，文章以某桥梁工程项目为研究案例，总结了桥梁深水承台施工围堰设计原则，分析了围堰形式选择、结构设计及验算、施工监测等内容，旨在为同类项目的建设提供参考和借鉴。

关键词 深水承台；钢板桩围堰；施工监测

中图分类号 U445.556文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）09-0105-03

0 引言

大型桥梁基础体积较大，需要埋藏在较深的位置，因为地质环境较差且多变，极大地增加了施工难度及风险，这就需要采取有效措施，解决围堰结构设计及施工方面存在的问题。钢板桩作为一项成熟产品，内部构造较为灵活，易于支撑，且施工难度小，因此在桥梁基础施工中得到广泛应用。钢板桩施工过程中，需要综合考虑施工场地环境、地质、气候等因素对施工环节及支撑结构使用年限的影响。该文以某高速公路桥梁工程为例，全面分析了深水承台施工围堰及施工监测。

1 工程概况

某高速公路桥梁工程属于刚构连续桥梁，桥梁的上部结构是由（115+200+115）m预应力混凝土浇筑。桥梁的28#、29#墩为主体桥墩，建造于水下，每个桥墩设计有18根直径2.5 m钻孔灌注桩，承台底面标高为?9.0 m，其尺寸大小为37 m×15.5 m×5 m，两主墩在河床面的設计标高依次是?11.0 m、?6.0 m。该文以28#墩为分析对象。

从水利部门获悉，该桥位的年均水位是1.59 m。通过现场勘查发现，28#桥墩所处位置的覆盖层由上到下依次是粉砂，黏土及各种砾石。该工程项目施工围堰基础条件如下：

（1）桥墩承台对应的围堰整体面积比较大。

（2）施工过程中的水位差异较大，最大差值10 m。

（3）由于河水流速较小，在桥墩处形成的粉砂层厚度为8.675 m，设计围堰时只需采用常规止水措施。

（4）非汛期只有3个月，需在此时间段内完成施工。

2 围堰设计

2.1 设计原则

设计围堰应采用先进技术，确保围堰能安全稳定地运营，建设成本低，且便于回收再利用。

（1）围堰的整体净空应超过承台结构，同时确保施工顺利进行。

（2）要求所用的构件外形小，但有足够的刚度及强度，避免构件占据较大空间。

（3）因为水位高且河流波浪较大，设计围堰时应增加其高度，提升安全性。

（4）确保项目安全的基础上，适当减少建材使用量，避免出现浪费，降低围堰建设费用[1]。

2.2 型式选择

从工程实践来看，施工水域的水深如果不超过4 m且流速较慢，可以使用一些比较容易施工，且造价成本较低的简易围堰，例如土石围堰、木质围堰等。但是，如果水深超过4 m，则只能选择使用钢板桩围堰和双壁钢围堰[2]。下文结合该项目具体特点，对比分析两种围堰形式：

（1）工程造价：依照实际项目经验可知，在围堰尺寸相同的情况下，钢板桩围堰的造价比双壁钢围堰低一半多，为降低工程建设成本，钢板桩围堰是最佳选择。

（2）结构形状：大部分双壁钢围堰属于圆形结构，受到水压影响，会出现轴向环力，因此无须设置内撑结构，有利于降低钢铁消耗量，承台的长宽比在1.5以下时，可选择该形式的围堰。该项目承台长宽比为2.4，该形式的围堰并非优选，可使用钢板桩围堰，在结构方面更加搭配，且易于操作[3]。

（3）隔水效果：双壁钢围堰的构造较为完整，因此具有良好的刚度及强度，能有效防水。

（4）施工难度：因为双壁钢围堰的体型较大，所以需要有大型的拼装场地及起吊设备。相比之下，钢板桩围堰所占据的空间很小，不需要有大型的拼装场地及设备，可以进行多次周转及拆装，施工周期短，可在三个月内建设完水中承台。根据施工现场具体状况，确定选用钢板桩围堰。

2.3 结构设计

（1）钢板桩长度设计：设计钢板桩围堰，需要将流水、土层、波浪等因素综合考虑在内，围堰结构应具备良好的抗滑性和抗冲刷性。浇筑桥墩建设钢板桩，其防水位为+4.5 m，配套钢板桩的顶标高为+5.5 m，底标高为?21.5 m，钢板桩长度总计为27 m，封底混凝土顶面标高?9 m。

（2）围堰平面尺寸设计：为便于开展施工，围堰壁与承台的间隔至少为l m，围堰长度为39 m、宽度为17.5 m。

（3）围檩内撑的设计：该项目的承台高度为5 m，且位于深水下，结构承受较大水压，若不设置内撑，则钢板桩的应力不符合要求且会发生严重变形。所以，浇筑承台需要分上下两层施工，并在合适位置安装三层围檩内撑，前两层内撑位于桥墩结构内部，最后一层内撑占据了混凝土浇筑空间。设计方法如下：

1）第三层围檩内撑结构体系转换：高度为3 m的承台浇筑完成后，清理围堰与首层混凝土间的砂石，并将其填充至2.6 m高，之后进行混凝土支撑层浇筑，厚度为0.4 m，浇筑成型后将最后一层支撑拆除，确保第二层承台施工有充足的空间。

2）第二、一层围檩内撑结构体系转换：结合桥梁及承台施工情况，将水注入围堰，使其降至作业面之下，确保围堰内外压强基本一致，再配置四对角撑，并将相应的对撑拆掉[4]。表1为围堰内撑构件材料表。

2.4 结构验算

通过Midas有限元软件构建模型，全面分析钢板桩围堰施工环节，钢板桩及围模内撑分别运用壳单元与梁单元，牢固连接围檩与内撑构件，连接完成后，通过“土弹簧”开展模拟活动。此外，还需验算施工的关键环节内容。

工况Ⅰ：用于封底的混凝土的强度达标，将围堰内部河水抽排出来。

工况Ⅱ：第三层围檩内撑体系转换后。

工况Ⅲ：第二层围檩内撑体系转换后。

工况Ⅳ：第一层围檩内撑体系转换后[5]。

为提升结构强度，需在第三层围檩上焊接钢板及钢槽，这是在综合分析现场水、土压及流水速度等因素后作出的设计决定。围檩内撑正应力最大为130.1 MPa，最大变形为14 mm。钢板桩正应力最大为81.5 MPa，最大剪应力为15.2 MPa，最大位移为1.36 mm。由此可知，各项指标数据符合设计标准[6]。

3 施工流程

施工过程中，明确位置后下放围檩，之后插打钢板桩。

（1）结合岸边实际地形条件，选取合适位置安装施工平台，通过精确定位后，再搭建液压起吊系统，将围檩内撑、牛腿等构件安装到平台上，结合具体拼装进度，将围檩吊装到水下，并连接固定到钢板桩上。

（2）检查钢板桩，无问题后将其吊至指定位置，所用吊具为两个吊钩，保证钢板桩保持垂直，移动到指定位置后安插钢板桩锁口中，再一一进行插打合龙。

（3）通过运用牛腿，将围檩移至钢板桩，潜水员使用高压水枪对衬底护筒及钢板桩进行冲洗，构架完整的施工平台，到浇筑结束后，及时排掉围堰内积水[7]。

（4）依照桥梁施工方法，有效转换围堰内支撑体系。

4 施工监测

该项目的钢板围堰尺寸为39 m×17.5 m×27 m，主要构造为三层围檩内撑及286根钢板桩，设计所用技术较为先进，施工环节严格按照设计标准进行，一旦出现问题，会对整个围堰施工质量及安全性产生影响。所以，为提升施工安全性，施工过程中需开展施工监测[8]。

4.1 围檩内撑监测

围檩内撑主要承受压轴力，对内撑轴力进行测量，必须使用精确度较高的标距150 mm的钢结构表面应变计，将其安装在受力较大的部位，及时有效地监测围堰施工活动[9]，所得结果见表2～3。

4.2 钢板桩监测

由于钢板桩受到外部压力，从而发生受弯和挠曲变形。根据受力变形状况，通过JMZX-7000型倾角综合测斜仪对其变形情况进行监测，选取变形程度大的部位安装测斜管，使用镀锌板将其焊接到钢板桩上，实现全方位监测。其监测结果如图1～3所示。

4.3 监测评估

通过对整个施工环节进行检测发现，结构应力及变形量基本符合设计标准，未超过数值上限。施工过程中，河流水位较低，围堰控制界面的应力值较低，并未出现明显变动，结构承受应力保持了正常水平[10]。

5 结论

综上所述，该文以桥梁工程深水承台施工围堰为研究对象，研究得出如下结论：

（1）如果水深不足15 m，承台长宽比超过1.5，易于止水且拼装场地受限时，选用钢板桩围堰；如果水深超过15 m，承台长宽比低于1.5，难于止水且拼装场地面积足够时，选用双壁钢围堰。

（2）项目施工过程中，由于承台较高，围檩内撑空间被挤占，建造承台时应分层浇筑，浇筑时需增强围檩内撑，浇筑完成的承台层能对钢板桩起到一定的支撑作用。通过转换围檩内撑系统受力体系，可提升结构安全性，且不挤占施工操作空间，有利于降低建造成本。

参考文献

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[2]钱有伟， 王杰， 卓为顶. 深水基礎超长钢板桩围堰施工仿真及监测研究[J]. 江苏建筑， 2022（2）： 85-88+131.

[3]钱越， 杨帅. 钢板桩围堰设计与施工[C]. 《施工技术》杂志社， 亚太建设科技信息研究院有限公司. 2021年全国土木工程施工技术交流会论文集（上册）， 2021： 495-498.

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[6]倪波文. 复杂环境下桥梁承台钢板桩围堰的设计与施工[C]. 中国公路学会. 全国第二届品质工程论坛暨惠清高速公路绿色科技示范工程现场观摩会论文集， 2019： 177-185.

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[8]吴帅. 超长钢板桩围堰在深水区施工中的应用[C]. 《施工技术（中英文）》杂志社， 亚太建设科技信息研究院有限公司. 2022年全国工程建设行业施工技术交流会论文集（下册）， 2022： 277-281.

[9]周新亚， 刘昌箭， 钱有伟. 深水基础超长钢板桩围堰设计与施工关键技术[J]. 世界桥梁， 2020（2）： 20-24.

[10]王德怀. 深埋式承台钢板桩围堰设计与施工关键技术[J]. 中外公路， 2021（3）： 130-134.