魏軍輝 楊宏偉

摘 要：官渡黃河大橋所在區(qū)域為河南中北部，屬黃河沖積平原區(qū)，該地區(qū)是黃河沖口泛濫和改道最頻繁的地區(qū)之一，反映黃河變遷的地貌特征明顯，故河道高地、洼地、河漫灘地、背河洼地等地貌形態(tài)分布普遍。通過國道107改線官渡黃河大橋主河槽灘地和水中圍堰施工的實例，對游蕩性河床地質(zhì)情況下鋼板樁圍堰的方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)優(yōu)化和施工中出現(xiàn)問題的處理措施等進行分析、論述，總結(jié)施工經(jīng)驗，為類似工程的施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：圍堰設(shè)計；方案優(yōu)化；問題及措施

中圖分類號：TB 文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.16.087

1 工程概述

1.1 工程簡介

國道107改線官渡黃河大橋全長7377米，設(shè)計時速為100km/h，雙向八車道設(shè)置。其中官渡黃河大橋主橋全長2325米，基礎(chǔ)為群樁基礎(chǔ)+大體積混凝土承臺，下部結(jié)構(gòu)為空心薄壁墩身，上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，采用掛籃懸臂澆筑法施工。

官渡黃河大橋117#-122#墩位于黃河淺水區(qū)，采用筑島施工；123#、124#墩位于深水區(qū)，采用搭設(shè)平臺施工；所有承臺尺寸均為1890cm×1760cm×450cm，承臺頂標高均低于勘測河床面下2米。

根據(jù)本項目主橋橋墩所處位置、結(jié)構(gòu)特點以及黃河主河道的斷面寬度和水深情況，主橋灘地和水中的承臺施工均采用鋼板樁圍堰支護的方案。

1.2 水文情況

黃河屬于典型的游蕩性河流，隨著小浪底水庫的建成，其對下游河床的影響十分明顯，泄洪期間河床沖刷嚴重，過后再次淤積，河床面起伏變化較大，再加上棧橋、筑島、鉆孔平臺的施工對河床的擠壓效應(yīng)，造成主河槽擺動頻繁。通過測量監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)鋼板樁圍堰施工前已出現(xiàn)河道內(nèi)淤積的現(xiàn)象，隨著鋼板樁的插打，河床標高不斷抬高，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，繪制出鋼板樁圍堰四周河床標高變化曲線圖。

1.3 地質(zhì)情況

橋位處地層以粉細砂和細砂層為主，透水性較強，在河床面以下夾雜的有多層粉質(zhì)粘土層，層厚不一，其中124#墩緊臨黃河控導(dǎo)，每年拋投大量的護導(dǎo)片石，導(dǎo)致124#墩位處河床沉積的片石較多。

2 圍堰設(shè)計

經(jīng)比選117#-121#墩承臺采用鋼板樁圍堰排水下挖（干封）施工方案。122#-124#墩承臺采用鋼板樁圍堰水下開挖（水封）施工方案。以下重點以122#墩和124#墩圍堰設(shè)計情況進行說明。

2.1 122#墩圍堰設(shè)計

122#墩陸地圍堰設(shè)計水位：84.5m，設(shè)計水深75m；設(shè)計河床標高77m；防水流沖擊力為2m/s；防沖刷深度2m；鋼板樁設(shè)計樁長為24m。設(shè)計水下開挖后進行水下封底混凝土，封底厚2.5m。

2.2 124#墩圍堰設(shè)計

124#墩水中圍堰設(shè)計水位84.5m；設(shè)計水深131m；設(shè)計河床標高71.4m；防水流沖擊力2m/s；防沖刷深度2m；鋼板樁設(shè)計樁長為24m。設(shè)計采用先水下安裝圍檁和支撐，再進行鋼板樁插打，水下開挖后進行水下封底混凝土施工， 封底厚3.0m。

如圖3，124#墩鋼板樁圍堰采用水下加第二、三道支撐，封底后抽水進行兩次體系轉(zhuǎn)換，工序復(fù)雜，施工效率低，安全風(fēng)險高。

3 方案優(yōu)化

3.1 122#墩圍堰設(shè)計優(yōu)化

在實際施工過程中，根據(jù)施工總體計劃，122#墩圍堰在4月初開始施工，此時122#墩位于筑島最前端，緊靠河邊，采用鋼板樁圍堰施工，施工期間水位最大標高為83.0m；土體標高為84.0m。樁基施工時發(fā)現(xiàn)標高65m左右有一層黏土層，故經(jīng)項目技術(shù)部門對圍堰重新檢算，因地制宜，對該墩圍堰設(shè)計進行了優(yōu)化，將有水開挖后水封混凝土變更為直接抽水開挖，采用無水干封混凝土基底，既加快了施工進度，又節(jié)約了成本。

3.2 124#墩圍堰設(shè)計優(yōu)化

124#墩緊靠控島，由于棧橋、支棧橋鋼管樁、鋼護筒以及鋼板樁插打的阻水效應(yīng)，河床面發(fā)生了較大變化。根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)顯示，現(xiàn)狀河床出現(xiàn)了在鋼板樁圍堰的上游沖刷、下游淤積現(xiàn)象，圍堰上游河床標高69.0m，下游河床標高76.5m，圍堰內(nèi)土層頂標高76.5m，河床相比原設(shè)計河床71.4m發(fā)生了較大改變。而進入8月以后，橋位處黃河水位基本維持在80.8m，而原設(shè)計水位84.5m，故對現(xiàn)狀做如下分析：

水位變化對圍堰影響，由于實際水位較設(shè)計水位低3.7m，對圍堰的安全、穩(wěn)定性十分有利。

河床變化對圍堰的影響，圍堰上游沖刷明顯，減小鋼板樁的入土深度2.4m，圍堰下游淤積明顯，增加了圍堰外側(cè)土壓力，對圍堰穩(wěn)定性及鋼板樁不利，但同時圍堰內(nèi)的土層頂標高76.5m，比原設(shè)計增加了5.1m，增加了圍堰內(nèi)的被動土壓力，對抽水安裝第二、三道支撐有利。

調(diào)整支撐安裝工藝順序?qū)叩挠绊?，根?jù)現(xiàn)狀條件采取抽水安裝第二、三道支撐，再對圍堰注水、水下吸泥，水下澆筑封底混凝土，從結(jié)構(gòu)受力角度比原設(shè)計水下加撐更加安全。

調(diào)整封底混凝土厚度對圍堰的影響，由于現(xiàn)狀水位比原設(shè)計水位降低3.7m，封底混凝土浮力減少37m×10kN/m3=37kPa，混凝土的重24 kN/m3，因此減小50cm的封底混凝土厚度對結(jié)構(gòu)安全與穩(wěn)定沒有影響。

調(diào)整支撐標高對圍堰的影響，由于現(xiàn)狀水位比原設(shè)計水位降低3.7m，第一道支撐、第二道支撐標高適當(dāng)下調(diào)，使支撐受力狀態(tài)更好，對圍堰的安全穩(wěn)定相對有利，同時第三層支撐上調(diào)50cm，通過結(jié)構(gòu)計算能夠滿足要求，方便承臺模板安裝施工。

通過對圍堰結(jié)構(gòu)的重新檢算，對原設(shè)計進行了優(yōu)化，將先進行水下安裝圍檁和支撐變更為隨著抽水開挖同步安裝圍檁和支撐；水封混凝土厚度由3米變更為2.5米。優(yōu)化后的方案不但加快了進度也節(jié)約了成本。

4 問題及處理措施

4.1 124#墩圍堰鋼板樁插打、合龍困難

124#墩圍堰鋼板樁利用棧橋、支棧橋進行插打，施工至下游側(cè)時，由于此處河床下有較厚的粉質(zhì)粘土層，且沉積了不少孤石，造成鋼板樁施工困難。現(xiàn)場采取了利用壓力管道在鋼板樁底部高壓射水的方式，使鋼板樁能順利穿過孤石層。

同時合龍前，經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)合龍口兩側(cè)鋼板樁偏差較大，我們根據(jù)實測偏移數(shù)據(jù)提前制作調(diào)整樁（楔形樁或V型樁），并采取定位措施保證鋼板樁插打的垂直度，通過幾根調(diào)整樁的插打，最終實現(xiàn)了鋼板樁圍堰的精確合龍。

4.2 124#墩圍堰水下孤石清理

由于124#墩圍堰緊靠黃河控導(dǎo)，圍堰內(nèi)沉積了大量的孤石，使圍堰內(nèi)取土無法順利進行。深水、鋼護筒、三層角撐、中間橫撐、圍檁等決定了不能采用長臂挖機或抓斗進行打撈，為此項目部首先通過潛水員水下摸查，搞清楚孤石的位置和數(shù)量，并制作了專用的吊框，由潛水員在水下將孤石一塊塊搬至吊框內(nèi)，并利用吊機吊出圍堰外，再逐步吸泥至封底混凝土底面，最后在水封混凝土強度滿足要求后順利抽水至封底混凝土頂面，實現(xiàn)了無水作業(yè)條件。

5 結(jié)束語

通過對官渡黃河大橋主橋122#墩和124#墩鋼板樁圍堰的施工，根據(jù)施工期水位和河床面標高，因地制宜地優(yōu)化施工方案，不但加快了施工進度，也有效節(jié)約了工程成本，對類似游蕩性河流水中圍堰的施工具有積極的指導(dǎo)意義。

參考文獻

[1]魏愛軍.鋼板圍堰施工技術(shù)[J].北方交通，2008，（1）.

[2]張會洲，陳玉鑫，李恩宏.鋼板樁圍堰設(shè)計與施工[J].黑龍江水專學(xué)報，2006，（2）.

[3]廖曉萍.黃岡公鐵兩用長江大橋主橋圍堰設(shè)計及計算[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2010，（06）.