陸有傳

摘要：雙壁鋼圍堰適用于深水基礎施工，而深水裸巖大體量雙壁鋼圍堰嵌巖施工存在封底混凝土方量大、穩(wěn)定性難保證、抗浮抗?jié)B要求高等技術難題，完成鋼圍堰下放就位及混凝土封底必須具備科學適用的施工技術。文章以柳州市白沙大橋主塔墩施工中采用的雙壁鋼圍堰設計施工承臺為例，針對洪水影響，從前期河床處理到雙壁鋼圍堰的拼裝下放、河床清理、下放嵌槽、清基及混凝土封底等方面，探討深水裸巖大體積雙壁鋼圍堰嵌巖設計與施工技術，為此類工程施工提供參考。

關鍵詞：深水裸巖;大體積;雙壁鋼圍堰;嵌巖;洪水因素;封底

中國分類號：U443.16+2文章標識碼：A321244

0 引言

柳州市白沙大橋主橋為斜拉橋，采用2×200 m單塔雙索面的設計結構。主塔型似“扭曲門形狀”，盡顯橋梁主流美學，主塔墩各采用8根300 cm分離式樁基礎，承臺設計為矩形體，縱橋方向長27.5 m，橫橋方向長12.0 m，高度8.0 m，設計承臺頂面位于常水位以下5.5 m，分有左幅和右幅兩個承臺，位于柳江河中心，常水位水深約26.0 m。

雙壁鋼圍堰的設計整體剛度較大，其內部設有鋼管內支撐及鋼圍檁，其形狀有利于抗浮抗?jié)B且能承受較大水流的沖擊力、水頭的壓力以及由施工平臺產生的豎向作用力，同時還可以作為水上作業(yè)平臺的基礎，河道通航不受影響，有利于泄洪和安全度汛。

1 前期地質處理技術

1.1 水下爆破

針對柳江河床裸巖、巖面傾斜的特點，設計鋼圍堰封底混凝土底標高處于巖面以下，選擇水下爆破技術方案對鋼圍堰底部河床面作爆破處理及整平。爆破后對巖面進行清理，鋼圍堰施工范圍內底部河床標高須滿足封底混凝土底標高，以此解決巖面傾斜不利于鋼圍堰施工、封底混凝土厚度不足的施工條件限制。

1.2 巖層矩形槽沖鉆

鉆孔灌注樁施工結束后，割除鋼圍堰范圍內鉆孔平臺面板及工字鋼，預留四周1.5 m范圍平臺作為后續(xù)施工人行走道，在3 m大直徑鉆孔樁鋼護筒以及外側630 mm鋼管焊接Ⅰ56 a工字鋼作為組裝平臺橫梁。搭建的雙壁鋼圍堰組裝平臺，即可作為矩形槽沖鉆施工平臺。

利用搭建好的平臺來固定鉆機沖擊的位置，確保其不會產生較大幅度的擺動，以便精準沖擊矩形槽。為了確保矩形槽在沖鉆過程中能及時將碎渣清除，每沖擊一定深度后利用空壓機及時將沉渣吸出裝船處理。沖槽過程重點檢查沖鉆位置的準確性以及矩形槽寬度和深度，如有不符及時整改。

2 雙壁鋼圍堰施工工藝流程

雙壁鋼圍堰的施工工藝流程大致為：雙壁鋼圍堰制造及焊接平臺（組拼平臺）搭建→矩形槽沖鉆→浮吊及運輸船運送→首節(jié)鋼圍堰節(jié)段組裝→焊縫煤油檢驗→提升裝置系統(tǒng)安裝及檢測→起吊首節(jié)鋼圍堰并完成下放→安裝導向系統(tǒng)及調整鋼圍堰→懸浮狀況下依次對稱組裝上一節(jié)鋼圍堰節(jié)段→焊縫煤油漏水試驗→對稱注水下放→清理河床堆積物→抽砂注水下沉嵌槽→澆筑鋼圍堰隔倉混凝土→清基→混凝土封底。

3 雙壁鋼圍堰施工關鍵技術

3.1 雙壁鋼圍堰的設計及制造

雙壁鋼圍堰本質上是作為水下承臺施工的無底擋水結構，主要服役于承臺施工，為其創(chuàng)造水下施工的干環(huán)境。雙壁鋼圍堰一般由雙層壁板、豎向板間桁架、水平板間桁架、底部刃腳和鋼圍檁內支撐組成。常規(guī)的雙壁鋼圍堰以結構形式劃分為矩形體、圓形體和圓端體。

柳州白沙大橋主塔墩施工承臺選擇雙壁鋼圍堰設計方案，鋼圍堰結構采用雙壁設計，承臺尺寸設計為27.5 m×12.0 m;考慮到鋼圍堰施工定位偏差，鋼圍堰內部平面尺寸比承臺實際平面尺寸擴大0.10 m，變?yōu)?7.6 m×12.1 m;鋼圍堰設計壁厚為1.0 m，設計外部壁板平面尺寸為29.6 m×14.1 m。以柳江歷年水位數(shù)據(jù)統(tǒng)計及工期安排，設定鋼圍堰底標高為61.0 m，頂標高為79.5 m，高于常水位2.0 m。鋼圍堰總高度設計為18.5 m，劃分為3層，由下至上首層鋼圍堰高度設計為6.5 m，第二層、第三層設計高度為6 m，每層節(jié)段共分為18塊，共有4.8 m、4.5 m、5.0 m三種結構尺寸，整幅鋼圍堰共設置54塊。鋼圍堰內支撐采用鋼管，尺寸630 mm×8 mm，鋼圍檁采用工字鋼，尺寸為雙拼Ⅰ56 a，內支撐和鋼圍檁連接支墊采用鋼板，厚度為10 mm。在內支撐位置因為應力集中，水平支撐設置為雙拼Ⅰ14 a槽鋼。鋼管內支撐共設置五排，其中上面兩排鋼管內支撐在承臺標高以上。如圖1、圖2所示。

3.2 鋼圍堰拼裝下放

鋼圍堰水中組拼安裝前，可預先將三層圍堰節(jié)段試拼成整體，再分塊運至水中組裝平臺。以相對角位置為圍堰節(jié)段安裝起點，同步向兩方向對稱安裝節(jié)段，直至完成鋼圍堰合龍。利用起重機械（浮吊）吊裝首節(jié)鋼圍堰節(jié)段緩慢放置于拼裝平臺上，調整鋼圍堰的空間位置和垂直度直至符合方案設計，再加以限位和鎖定。由此根據(jù)首節(jié)鋼圍堰節(jié)段定位基準，按順序安裝下一塊相鄰鋼圍堰節(jié)段。再次測量校核鋼圍堰的空間位置和垂直度，若符合設計要求則逐步滿焊合龍豎向拼縫。鋼圍堰的合龍段需根據(jù)現(xiàn)場實際安裝誤差情況適當調整設計尺寸，現(xiàn)場可采用下料、切割、預留焊縫坡口等方式稍微變更合龍段尺寸，以解決因施工誤差及環(huán)境溫度等因素造成無法合龍的難題。所有對接焊縫必須滿焊，首層鋼圍堰安裝焊接完成后，采用煤油對每條焊縫位置做滲透試驗。

在組裝平臺完成首層鋼圍堰安裝后，采取大重量整體提升分段自浮式安裝鋼圍堰的技術工藝下放首層鋼圍堰。在對鋼圍堰進行下放作業(yè)前，必須確保提升系統(tǒng)各個結構件處于健康狀態(tài)，滿足作業(yè)要求。鋼圍堰下放過程可利用樁基鋼護筒配合手拉葫蘆作為導向牽引，慢慢推動鋼圍堰中心到達設計位置，然后均勻平穩(wěn)下放入水。鋼圍堰處于懸浮狀態(tài)時，在鋼圍堰分隔艙內注水使之預留一定高度以保證鋼圍堰穩(wěn)定和上層鋼圍堰接高作業(yè)方便。

依次對應接高下一層鋼圍堰模板并下放，直至完成整個鋼圍堰的設計組裝。特別注意鋼圍堰完成合龍后，檢查上下兩層鋼圍堰模板的接縫是否對接密貼，各隔倉的分隔線須相應對齊。

3.3 河床清理

受柳江洪水的影響，鋼圍堰范圍內河床堆積大量垃圾，洪水帶來的樹干與泥土等雜物沉積形成了類似鋼筋混凝土結構的垃圾層，使得鋼圍堰下放至設計嵌巖位置變得異常艱難。項目部審時度勢引入長臂挖掘機進行水下垃圾清理作業(yè)。通過搭設平臺和四角液壓浮式平臺滿足長臂挖掘機進行水上作業(yè)。通過手拉葫蘆的方式平移鋼圍堰，便于長臂挖掘機對河床，尤其是對矩形槽進行全面徹底的開挖清理。

3.4 鋼圍堰下沉嵌槽

鋼圍堰能否準確下沉至設計位置及高程是前期地質處理是否有效的關鍵，是雙壁鋼圍堰在洪水影響下施工能否成功的重點。通過隔倉注水及錨定系統(tǒng)控制雙壁鋼圍堰的下沉與糾偏，達到雙壁鋼圍堰精準定位目標，然后對稱均勻向各分隔倉內注水使鋼圍堰刃腳順利嵌槽。雙壁鋼圍堰下沉過程中全程用全站儀監(jiān)測鋼圍堰的偏位情況并及時進行糾偏，以確保鋼圍堰始終在設計位置下沉。當刃腳接近槽底時，用空壓機配合抽砂管在刃腳底吸渣，然后再進行最后的下沉，以保證刃腳與矩形槽底基巖貼緊。最終須達到鋼圍堰中心偏差和傾斜度都符合設計要求。

3.5 澆筑隔倉混凝土及清基

在雙壁鋼圍堰的隔倉內澆筑混凝土，澆筑過程按對稱、高度一致原則，每個隔倉內澆筑混凝土高度應考慮雙壁鋼圍堰結構的強度、剛度及抗浮的要求，最終實現(xiàn)以下效果：（1）雙壁鋼圍堰為大型結構物，在深水裸巖地質施工，須著重考慮其抗浮性及穩(wěn)定性，澆筑隔倉混凝土，對增強鋼圍堰抗浮性和穩(wěn)定性具有很大效果，同時也起到輔助下沉鋼圍堰的作用，可使鋼圍堰刃腳與矩形槽基巖面粘接更牢固;（2）雙壁鋼圍堰底部在深水裸巖、水流速大的河中心，受到的靜水壓力和動水壓力較大，還要承受可能出現(xiàn)的汛期江水攜帶而來的各種雜物的沖擊等，而隔倉混凝土可提高雙壁鋼圍堰底部抗壓力及抗?jié)B性。

無底鋼圍堰進行底部清基作業(yè)旨在達到河床基巖面與水下封底混凝土無縫貼合的效果，也可更好實現(xiàn)鋼圍堰嵌巖設計理念，杜絕夾砂層的存在，不會出現(xiàn)透水病害。清基時，先利用抓斗清理河床底部沉渣，再采用空壓機配合抽砂管劃分網格區(qū)域逐塊抽砂。清基作業(yè)完成后，潛水員潛至河床底部全面檢查基巖面上砂礫存在情況，同時利用測繩全面測量鋼圍堰基底標高，以確保封底混凝土厚度達到設計值，也作為封底混凝土方量的計算依據(jù)。

3.6 混凝土封底

澆筑封底混凝土前，潛水員潛至圍堰底部對刃腳嵌巖及周圍情況逐塊檢查，重點核實雙壁鋼圍堰嵌槽情況，同時在鋼圍堰外側采用沙袋或水泥袋填塞，潛水員堆碼嚴密。同時仔細檢查各樁基鋼護筒外壁，確保已處于清理干凈狀態(tài)，目的是提高封底混凝土和樁基鋼護筒間的咬合力。

封底混凝土是雙壁鋼圍堰最后施工的止水結構，兼作澆筑水中承臺的底模。雙壁鋼圍堰結構強度和剛度的優(yōu)劣很大程度上取決于封底混凝土的澆筑質量。在深水裸巖地質完成圍堰封底的關鍵工序，須做到：

（1）封底之前必須保證鋼圍堰刃腳嵌槽，不存在懸空現(xiàn)象。

（2）澆筑工藝合理有效，可先進行澆筑布點，選擇先四周后中間的方式。布點須考慮布料機的數(shù)量、每條導管可以澆筑混凝土的覆蓋半徑、澆筑順序即導管如何移動等。

（3）澆筑過程對封底厚度進行嚴格把控，可利用測繩持續(xù)多點測量。

（4）封底混凝土的坍落度宜控制在18～20 cm，可適當摻入高效緩凝劑及粉煤灰，從而提高封底混凝土流動性能和延長其初凝時間。

整個封底混凝土的澆筑過程必須嚴格按照水下混凝土施工工藝規(guī)范進行。選擇拔球法作為封底混凝土的隔水措施，第一批封底混凝土澆筑前，首盤混凝土的方量必須準確求出，制定方案及使用足夠方量的料斗及導管，保證導管埋入混凝土中，確定砍球成功后，方可繼續(xù)澆筑。

4 核心技術分析

（1）針對深水裸巖、巖面傾斜的地質施工雙壁鋼圍堰，利用爆破工藝處理巖面，以達到巖面平整、封底混凝土底標高滿足要求的目的。采用沖孔打樁機在鋼圍堰刃腳底部河床沖鉆矩形槽，以達到雙壁鋼圍堰嵌巖的效果。該施工工藝具有以下優(yōu)勢：①雙壁鋼圍堰能夠在此類地質下達到密閉性好，使得基巖與雙壁鋼圍堰成為整體，能對鋼圍堰內壁與混凝土封底銜接的薄弱點進行加密的效果;②緩解深水水壓對巖石的滲透，增加鋼圍堰抵抗靜水壓力和動水壓力的能力及穩(wěn)定性，同時達到滯水作用;③對避免雙壁鋼圍堰出現(xiàn)上浮現(xiàn)象起到輔助作用。

（2）水中施工作業(yè)不可避免受到自然因素的影響，針對洪水攜帶而來的堆積物，僅靠傳統(tǒng)的抽砂吸泥工藝，無法使鋼圍堰下沉到設計位置，更不能達到鋼圍堰與巖面銜接的目的。在清理鋼圍堰底部河床垃圾中引入長臂挖掘機，利用挖掘機動力強、力度大、速度快、功效高的作業(yè)優(yōu)勢，不僅達到了清理河床垃圾的目的，而且減小了鋼圍堰清基時間，縮短了工期。

（3）鋼圍堰設計為雙壁式矩形體，封底混凝土施工屬于大體積水下封底混凝土澆筑，采用推進式澆筑工藝。進行封底前，根據(jù)封底混凝土厚度及導管澆筑作用有效半徑，在封底范圍內進行澆筑布點。首封混凝土拔球成功后，沿矩形鋼圍堰長邊逐步推進并一次性澆筑到位。該封底澆筑方式能夠保證混凝土密實均勻，不出現(xiàn)夾層漏水現(xiàn)象，雙壁鋼圍堰四周嵌槽部位混凝土封底嚴密，封底混凝土能順利完成與巖面、鋼圍堰內壁、鋼護筒的無縫結合，也便于在澆筑過程中對封底厚度的測量監(jiān)控。

5 結語

橋梁水下承臺施工圍堰結構類型各式各樣，其具體設計方式需結合施工條件、資源配置和環(huán)境因素等確定，本斜拉橋主塔墩水下大體積承臺創(chuàng)造性應用了雙壁鋼圍堰嵌巖設計理念，攻克了深水裸巖大體積雙壁鋼圍堰嵌巖施工難題，特別是針對洪水的影響，鋼圍堰底部河床處理措施先進有效，達到預期目的，保證水中主墩基礎的順利完成，可為國內外同類施工條件下鋼圍堰基礎施工提供參考。

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