双壁异形刃脚钢围堰先放围堰后成桩施工技术研究

叶小华 寇俊

摘要 某三跨斜拉桥的高桩承台深水施工中，采用了双壁异形刃脚钢围堰和先放围堰后成桩作业方法，取得围堰平面偏差控制在10 cm以内，倾斜度小于1/150的质量效果。结合工程应用，介绍该双壁异形刃脚钢围堰先放围堰后成桩施工技术，供深水桩基施工应用同类围堰施工技术参考。

关键词 双壁钢围堰；异形刃脚；先放围堰；后成桩；施工工艺；技术研究

中图分类号 U445.55文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）12-0036-03

0 引言

双壁钢围堰是由横竖向钢桁架、内外壁板、加力角钢、刃脚等焊固构成的一种密不漏水的围堰结构，其空壁间通常配有8个竖向隔舱板，将堰内空间等分成互不连通的8个隔舱，便于在投放就位时控制舱内注水和浇注混凝土时控制作业顺序，配备刃脚利于堰体与着床基岩充分嵌入和契合，以与其他防透渗措施一道，形成不透水空间，为桥梁桩基深水干法施工提供操作空间[1]。双壁钢围堰结构稳定，刚度和强度好，自带锚锭系统，适用于桥梁桩基的深水施工作业。受基岩条件制约，刃脚时常需要采取异形状态配备，则围堰即为双壁异形刃脚钢围堰。围堰施工的水深通常都在10 m以上，按作业顺序有后下围堰先成桩和先放围堰后成桩两种操作方案，其中后者工程应用相对较多。某三跨斜拉桥在部分桩基施工中就采用了双壁异形刃脚钢围堰和先放围堰后成桩施工工艺，取得了围堰的平面偏差能够控制在10 cm以内，并且倾斜度小于1/150的质量效果。这里结合工程案例，梳理所应用的双壁异形刃脚钢围堰先放围堰后成桩施工的相关技术要点，為同类工程应用提供技术参考。

1 工程实例

某三跨大桥位于某县城上游8 km区域，主桥采用（205+460+205）m三跨斜拉桥，跨越江面宽度1.16 km。桥梁处于水库库区，桥址区水流速度较小。7～12#墩属于水上墩，10～11#墩属于索塔墩。其中南岸8#墩采用了双壁异形刃脚钢围堰方法施工。

8#墩设计为径值25 m的圆柱高桩承台结构，高度6 m。通常情况下，高桩承台采用钢吊箱施工，但是由于处于河床无覆盖层，基岩属于细砂弱风化岩，钢管桩打入非常困难，而且吊箱底板距离河床过小，河床岩面又高差大，拆卸底板非常困难。考虑到这些情况，经过综合分析和比较选择，最终选择了双壁异形刃脚钢围堰，采用先放围堰后成桩作业方案。

钢围堰选择双壁自浮式结构，采用高低异形刃脚设计，内径25 m，外径为28 m，双壁间距1.50 m，高度31.00～34.00 m，共分为7节，其中首节高度5.00～8.00 m、2～5节高度5.00 m，第6节高度3.50 m，第7节是防浪板，高度2.50 m。节段平面分为12个环形隔舱，顶面高程+153.28 m，堰体总重量约880.60 t。

2 先放围堰后成桩工艺流程

在该方案中，围堰准确定位的关键是要有强大的水上系缆系统。第一节钢围堰可厂制后整体浮运到工程现场，也可现场拼装后浮吊入水。由于异形刃脚围堰各边重量不相等，需要入水后向隔舱注水找平，着床之前，围堰平面位置、垂直度、旋钮角度等必须调整准确，着床操作要快[2]。围堰入岩后，需要再次调整垂直度。调整方法是在围堰周围设置若干钢管桩和调平反压支架，用千斤顶将支架和钢管桩顶平。由于围堰趾部不能全断面均匀撞击岩石，需要用钢垫封堵找平，水上作业由潜水员完成。

3 先放围堰后成桩施工技术要点

3.1 浮式装配平台

浮式装配平台是用来进行第一个钢围堰组装作业的依托平台。在第一个围堰入水之前，围堰被提升到一定高度。在浮式装配平台退出后，装配好了的围堰可以下降并自浮于水中。浮式装配平台由两艘800 t方驳沿河而建，由ψ800×10 mm的钢管桩焊接而成，构成一个满足拼装操作要求的平台整体。两个船体的宽度分别为11.00 m和10.80 m，净距为5.80 m，总平台宽度为27.60 m。

3.2 导向船锚缆系统

（1）导向船配置。导向船采用2艘400 t甲板驳船，局部龙骨加强。两艘腰部定位的驳船平行布置在浮式装配平台方驳的外侧，净距29.40 m。

（2）主尾侧锚配置。4个5 t霍尔锚主锚，配Φ43级和M2级带挡锚链，每锚配有2节锚链，其中主锚位距离桥轴线500.00 m；配有两个5 t霍尔锚尾锚，尾锚数量是主锚数量的40%。锚链和钢丝绳与主锚配置一致。尾锚位距离桥轴线500.00 m。侧锚的每侧配有两个5 t霍尔锚侧锚。侧锚链选用Φ43级和M2级带挡锚链，共配置3根锚链。

（3）下拉缆配置。围堰上游配置的下拉缆选用2根6×19/37/1 700/光/右交叉钢缆，钢缆长度同于主锚。围堰两侧的下拉索用6×19/37/1 700/光/右交叉钢缆与岸上网箱连接，水侧下拉索用6×19/37/1 700/光/右交叉钢缆与导向船连接，构成对称牵引，以保证围堰安全顺利作业。

（4）理顺主锚缆与拉缆测力。利用导向船的控缆设备，拉紧尾缆和主锚缆，形成反向拉力，当弹簧测力计测得主缆放缆力为200 kN时，放松缆绳。然后拉紧尾备与另一个主锚形成拉力，如此依次进行，拉直主锚索。拉直的顺序是后放缆先调，先放缆后调。锚力测量要点：在拉锚过程中，当锚开始滑动时，测量主缆应力R。

3.3 隔舱水密性检测

围堰下水后，进行水密性检测，通过向隔舱内对称间隔注水，检查围堰壁以及隔舱之间是否存在漏水现象。为保证相邻隔间水头＜6 m，第1次注水的高度取6 m，直到＜6 m的隔间被填满。完成第一次水密性检测后，对＞6 m的相邻隔舱注水1～2 m，然后对水高6 m的隔舱注水到堰顶齐平。对剩余的顶部隔舱进行水密性测试。用同样的方法对其他舱室的水密性进行测试。安排专人负责检查隔舱有否存在漏水，并对漏水处进行加固维修。

3.4 上游下拉缆与尾缆设置

在水流力的作用下，为了控制沉放时的围堰下口位置，在第一个围堰上游的顶口外壁上以围堰中心线为准，间距14 m，两侧各1个，对称配置2个吊耳，并设置2根Φ36.5规格钢丝缆下拉索，下拉索的上游端系在导向船前端，其下游端则系在围堰壁上的吊耳上。为了保证围堰下口垂直于水流方向，在围堰下游配置2条Φ26规格的下拉八字钢丝尾缆。尾缆的上游端系在第1个围堰顶部的吊耳上，吊耳按14 m间距，对称布置在围堰中心线的两侧，下游通过导向船系泊系统连接到绞车系统。

3.5 首节围堰入水

两艘导向船之间配置1根万能杆件作为连接梁，其上配置2个贝雷梁，贝雷梁上配置1根型钢分配梁，分配梁上设置4个吊点，通过滑轮组下放第1个围堰。因为不够高度，须在连接梁上加一个高6 m的柱子，柱子也以万能杆件拼装。在首节围堰按每1/4周长设置1个吊点，共配置4个吊点。4个吊点的配位与分配梁的4个吊点相对应。每个吊点配置2排滑车组，每排由2个50 t滑车组构成，滑车组由26根钢丝绳组成，岸侧2个吊点用Φ21.5钢丝绳绑12圈，水侧2个吊点用Φ26钢丝绳绑10圈。每个吊点的滑轮组钢缆走17圈，钢缆末端串联12 t张力计。卷扬机安装在横梁顶面的吊点上，滑轮组由8 t卷扬机牵引。

浮式平台退出后，第一个围堰的提升高度为1.50 m。在升降过程中，4台吊机同时缓慢下降，以控制围堰顶部开口的标高。当围堰倾斜时，立即停止下放，将较高部位的卷扬机下放调平。另一方面，1台吊机的最大读数不可＞7.50 t，尤其是水侧的2个吊点。当拉力过大时，应对4个吊点的拉力进行调整。

3.6 注水调平与接高

首节围堰投放入水后，由于异形刃脚的关系，围堰顶部会发生倾斜，需要向一些刃脚较高的舱室注水找平。各舱室注水高度会有所不同。完成注水调平后，就可以对围堰进行接高，接高按分节、分块的方式逐层接高。如果围堰重心较高，可注水下沉，保证围堰高度不低于2 m，然后进行下一节段接高，接高过程中要始终使围堰保持水平。隔舱水位应按以下要求控制：围堰悬浮时，河水水位不得高于隔舱水位6.0 m以上；着床后，舱室内水位不得高于舱室外水位6.0 m以上；在隔舱浇筑混凝土时，舱内水位不得高于舱外水位2 m以上。此外，在接高过程中还要及时调整上游下拉索和下游尾索的松紧，围堰上口与连接梁都要及时固定好。

3.7 钢围堰就位

围堰落岩就位过程中，平面扭转直接影响刃脚吻合基岩的紧密程度[3]。施工过程中，可利用导向船上的调整控制设备给予校正。钢围堰扭转控制系统如图1所示。

以30 t滑轮组和5 t卷扬机与安装在钢围堰墙板上的扭转校正装置连接，通过斜拉卷扬机产生的扭矩校正围堰扭转。在沉放过程中，应随时调整4台卷扬机的给力状态，使钢围堰的扭转和平面误差回到允许范围内，尽可能地使刃脚与基岩面匹配咬合。

3.8 调平钢围堰

河床基岩不平，高差最大超过3 m，刃脚为高低异形刃脚，不能完全与河床吻合。围堰在下沉过程中，会发生倾斜，因此须在围堰内壁装置4根直径为600 mm的调平钢管，并在顶部配置倒牛腿，再使用60 t千斤顶进行调平和顶升。使用强化箍可以避免侧向失稳，并且强化箍的标高应分别为+140.78 m、+132.78 m和+125.28 m。其中直徑为600 mm的钢管底部要加焊一道50 cm高的强化圈，上下口内部要用10 mm厚的钢板焊接设立30 cm高的十字加力板，并在顶部口上用10 mm厚的钢板封底。倒牛腿及调平钢管的配置如图2所示。

河床基本没有覆盖层困扰，而且岩面高低不平。制造的围堰异形刃脚无法与岩面完全匹配，因此在首节围堰的刃脚设置了12个用于支撑刃脚的钢倒牛腿。由于围堰着岩后很难获得均匀可靠的支撑，所以在使用液压支架钢管调平之后，潜水员会对刃脚支撑点下方的河床进行摸探。如果发现有一些覆盖层，将使用导管吸泥清理基础，使其裸露在岩面上。

接下来，潜水员将进行水上测量，以掌握刃脚支垫距离岩面的高度以及岩面的平整情况完成测量后，潜水员会通知水面，并用吊绳把预备的垫块垂放至潜水员所在的位置进行塞垫。如果发现岩面高低不平，会先使用装有混凝土的小麻袋进行找平。然后使用钢管柱进行支撑，倒牛腿与钢管柱之间的间隙将以不同厚度的钢板给予填补，以确保间隙保持在5 mm以内。

完成支垫后，液压支承钢管的支撑力卸去，然后对各个隔舱注入1.00 m的水，以使每个支垫承受大约10.00 t的载荷。这项措施旨在确保围堰结构的稳定性和承载能力。

3.9 围堰防护与堵漏处理

为了方便进行围堰刃脚封堵操作，需要减缓围堰底口的进水流速。在完成围堰支垫之后，刃脚封堵之前，需要对围堰外周进行抛石笼加固，以增强其稳定性和耐用性。抛石笼时应该先从河床较低的位置开始，逐渐向河床较高的地方延伸[4]。

经过找平、支垫及防护处理后，潜水员将在刃脚处进行袋装混凝土封堵。袋装混凝土应采用与填壁混凝土一致的标号和配比来制作，拌制时适当降低混凝土塌落度。拌好的混凝土装入50 kg麻袋中，封好口，然后由潜水员在围堰刃脚处进行封堵。对于刃脚封堵孔隙较大的位置，应该将多个混凝土麻袋垒在一起，形成集束袋装混凝土，并采取安全网加固，以进行强制封堵。主要封堵漏水部位，直到刃脚不再漏水。要求封堵高度要大于刃脚底口约50 cm。

4 技术功效

刃脚就位质量一直是钢围堰施工的质量关键，主要难点在于调平、纠钮，精确就位以及刃脚支护的作业质量。经采取前述技术操作后，案例桥梁工程先放围堰后成桩操作，围堰的平面偏差能够控制在10 cm以内，并且倾斜度小于1/150，施工效果达到了很高的标准。

5 结语

该文基于案例工程背景，对所应用的双壁异形刃脚钢围堰先放围堰后成桩施工技术从以下几方面进行了分析：介绍了双壁异形刃脚钢围堰形式、先放围堰后成桩工艺流程以及先放围堰后成桩施工技术要点，内容涉及浮式装配平台、导向船铺缆系统、隔舱水密性检测、上游下拉缆与尾缆设置、首节围堰入水、注水调平与接高、钢围堰就位、围堰定位与着床、调平钢围堰、围堰防护与堵漏处理等重要操作环节及相关技术要点。实践证明，双壁钢围堰结构稳定，刚度强度好，适用于桥梁桩基的深水施工作业。配备刃脚利于堰体与着床基岩充分嵌入和契合，形成不透水条件，为桥梁桩基深水干法施工提供操作空间。

参考文献

[1]胡永. 深水裸岩高桩承台钢吊箱设计与施工[J]. 建筑技术， 2007（11）： 25-26.

[2]胡启升， 李小珍， 李贞新. 桥梁基础双壁钢围堰施工技术的应用现状[J]. 四川建筑， 2006（3）： 137-138.

[3]程海琴， 兰其平， 邓少锋. 天兴洲大桥双壁钢吊箱围堰定位精度的分析与测量控制[J]. 铁道建筑， 2008（10）： 12-15.

[4]张鸿， 刘先鹏. 特大型桥梁深水高桩承台基础施工技术[M]. 北京：中国建筑工业出版社， 2005.