楊斌財

(珠海交通集團有限公司，廣東 珠海 519000)

0 引言

港珠澳大橋埋置式承臺工藝取得成功后，跨越河道的橋梁設計優(yōu)先采用埋置式承臺，承臺頂面一般設置在河床面以下50cm，以降低新建橋梁的阻水比，減少對河道防洪的影響[1]。埋置式承臺圍堰根據開挖深度和內外水頭差不同一般選用雙壁鋼圍堰、鎖口鋼管樁、鋼板樁等不同的結構型式。為減少圍堰內支撐數量，確保圍堰內有足夠的施工空間，大型主墩埋置式承臺圍堰優(yōu)先選用相對剛度較大的雙壁鋼圍堰。圍堰吸泥下沉深度深，施工難度大，是埋置式承臺施工的控制性工序。

1 工程概況

珠海市洪鶴大橋起點對接港珠澳大橋連接線、與廣澳高速公路及金海大橋形成十字交叉，向西跨越洪灣水道、磨刀門水道，終點與鶴港高速公路相接，全長9.654km。洪灣水道和磨刀門水道主航道橋均為(73m+162m+500m+162m+73m)鋼混疊合梁斜拉橋[2]。其中磨刀門水道主航道橋9#主墩承臺尺寸為42.1m×22.6m×6.5m，采用C40混凝土，總方量為6 184m3;水下C25封底混凝土厚3.5m，總方量為2 934m3。承臺頂標高為-5.5m，河床面高程為-2～-5m，施工期最高水位+2.8m，圍堰最大開挖深度13.5m，最大水頭差18.3m，采用雙壁鋼圍堰進行施工。

2 圍堰設計

2.1 設計參數

圍堰下沉范圍內地質從上到下依次為淤泥、淤泥質粘土。圍堰頂標高+4.0m，底標高-18.5m，封底混凝土底標高-15.5m，泥面標高-2.0m，設計施工期最高水位+2.8m。圍堰設計時選擇最大水下開挖深度、最不利干作業(yè)環(huán)境及拆除底層內支撐三個最不利及典型工況進行復核驗算。通過采用ANYSIS軟件計算分析，對靜水壓力、動水壓力、土壓力、波浪力進行荷載組合，對圍堰的材料強度、變形、穩(wěn)定性及抗浮進行驗算，均滿足相關規(guī)范要求[3]。

2.2 圍堰結構

雙壁鋼圍堰壁體主要由內外壁板、隔艙板、箱梁、環(huán)板、豎向次梁、水平橫撐等構成，斷面尺寸每邊比承臺尺寸大10cm，壁厚1.5m，外輪廓尺寸為45.3m×25.8m，圍堰總高度22.5m(含1.5m刃腳)。根據現(xiàn)場施工需求，分為上中下3節(jié)，高度依次為4.9m、6.2m、11.4m，設計夾壁混凝土高6.7m(含刃腳)，壓倉水高7.3m。圍堰設置三層內撐，標高分別為+2.60m、-3.1m、-8m，由φ1 000×12mm及φ600×8mm鋼管構成平面框架，與圍堰壁板一起組成結構受力體系。圍堰在最低潮位以下1m左右設置四個連通器，實現(xiàn)圍堰吸泥及封底時內外水壓平衡。圍堰的平面和立面如圖1、圖2所示。

圖1 主墩鋼圍堰平面布置

圖2 主墩鋼圍堰立面布置

3 圍堰施工

3.1 施工方案

根據橋位現(xiàn)場條件、設備起重能力等因素綜合考慮，雙壁鋼圍堰采用橋位現(xiàn)場拼裝、多點下放的工藝施工。鋼圍堰單元在工廠加工成型，由船運至現(xiàn)場。采用75t履帶吊在原位拼裝平臺上組拼底層圍堰，底層圍堰拼裝完成檢驗合格后通過10臺穿心千斤頂及同步控制下放系統(tǒng)，多點同步下放圍堰。著床后澆筑2.8m高的夾壁混凝土，散拼中層及頂層圍堰。通過二次澆筑夾壁混凝土、向壁體內注水、挖機挖泥及吸泥等方式使圍堰下沉到位。最后澆筑C25水下封底混凝土，待混凝土強度達到設計要求后抽水進行承臺干作業(yè)施工[4]。

3.2 底層圍堰

3.2.1 拼裝平臺

樁基施工完成后拆除鉆孔平臺，將四周需要安裝下放承重架的10根鋼護筒接長到+12.8m標高，底層拼裝平臺頂面標高設置為+1.80m，確保在低潮及平潮時鋼圍堰可正常拼裝。拼裝平臺由雙拼I56型鋼穿入外圈鋼護筒加固焊接作為承重梁，并加設I25斜撐。承重梁上設置兩排雙拼I25平聯(lián)作為拼裝底平臺，測量調平，在外側I25翼緣板上放出圍堰刃腳底部輪廓基準線及相鄰單元之間的拼接線，并在輪廓邊線上焊接定位型鋼，確保圍堰底口的平面位置及高程。底層拼裝平臺如圖3所示。

圖3 底層拼裝平臺

頂層拼裝操作平臺由圍堰下放系統(tǒng)的承重架作為承力結構，橫放I56型鋼并焊接固定形成環(huán)向操作平臺，頂標高+13.93m。頂層操作平臺供圍堰拼裝定位、下放人員、測量人員施工使用。

3.2.2 圍堰拼裝

底層圍堰高11.4m，水平方向分為48塊，最大吊重21.7t?，F(xiàn)場采用75t履帶吊吊裝單元件至拼裝平臺輪廓邊線和拼裝線位置，手拉葫蘆輔助調位，由長邊上游開始對稱拼裝，短邊跨中合攏。圍堰刃腳下口由定位型鋼輔助定位，控制圍堰平面位置，頂口定位角鋼從頂層拼裝平臺引出，控制其垂直度，采用垂球吊線法精調。定位完成后采用全站儀復測，滿足要求后與鋼護筒焊接臨時支撐固定，及時焊接圍堰單元間的拼縫。最后焊接底層內支撐，焊縫檢測合格后，拆除臨時支撐?，F(xiàn)場復測得出底層圍堰拼裝最大平面偏差0.8cm，垂直度h/570，滿足規(guī)范要求。

3.2.3 圍堰下放

底層圍堰重約700t，采用10臺150t千斤頂進行下放。下放系統(tǒng)由下放牛腿、千斤頂、鋼絞線、夾具及壁板掛腿等組成，下放承重架焊接在接長的10根鋼護筒頂口，護筒頂口局部加強，確保下放過程不出現(xiàn)局部失穩(wěn)。整個下放系統(tǒng)采用1套帶輸出模塊的主控制系統(tǒng)，同時控制5套相同的液壓泵站對10臺穿心千斤頂提供動力。每臺千斤頂上安裝1套壓力傳感器及1臺位移傳感器，實現(xiàn)千斤頂行程的自動轉換和行程的實時監(jiān)測，確保圍堰整體同步下放。下放系統(tǒng)結構如圖4所示。

圖4 圍堰下放系統(tǒng)結構

圍堰下放時設置上下兩層各10個導向裝置，導向裝置由φ426×20mm鋼管加工，與鋼圍堰內側壁體或鋼護筒采用HN400×200型鋼焊接成整體。上層導向裝置焊接在鋼護筒上，頂標高為+4.0m;下層導向裝置焊接在底層圍堰內側壁體上，頂標高為底層圍堰頂口向下60cm。導向裝置離圍堰內側壁體或鋼護筒5cm，以保證圍堰下放過程中平面位置的精度。導向裝置如圖5所示。

圖5 上下導向裝置

底層圍堰拼裝完成經過水密試驗合格后，根據橋位現(xiàn)場水文地質條件，選擇低平潮時進行下沉。10臺150t千斤頂統(tǒng)一提升圍堰5cm，靜置20min，割除下層拼裝平臺及牛腿，緩慢下沉底層圍堰，圍堰下放如圖6所示。

圖6 圍堰下放

為確保千斤頂系統(tǒng)均勻、同步下放圍堰，在鋼圍堰上每隔10cm劃上刻度，千斤頂每下放50cm暫停一次,通過位移傳感器讀數及實測數據核查千斤頂位移的同步性，及時調整千斤頂受力。同時在鋼護筒頂口搭設三個測量平臺架設全站儀，圍堰頂口設置6個測量控制點，圍堰下放過程中, 對圍堰各控制點的平面位置及標高進行持續(xù)測量，測量控制點布置如圖7所示。圍堰頂面設置6個手拉葫蘆，同時備用12個手動頂升千斤頂，用于調整圍堰平面位置，通過同步下放系統(tǒng)調整圍堰標高，標高和平面位置均滿足要求后，再進行下放，依次循環(huán)操作。

圖7 測控點布置

底層圍堰自重約700t，圍堰夾壁底面積約203.7m2，圍堰吃水4.03m時達到自浮狀態(tài)。底層圍堰下放施工在3月進行，常水位標高+1.5m，河床面標高-2～-5m。圍堰在自重作用下部分進入泥面，此時圍堰平面位置向航道中心側傾斜，通過導向架粗調，手拉葫蘆、手動千斤頂精調平面位置，同步下放系統(tǒng)調平圍堰標高，及時調整圍堰著床的平面位置和垂直度。當航道外側圍堰入泥0.5m(底標高-2.5m)左右，圍堰達到自浮狀態(tài)，反對稱澆筑2.8m夾壁混凝土，澆筑方量為415m3。澆筑過程中實時監(jiān)測調整千斤頂受力，同步觀測圍堰平面位置及垂直度變化，滿足要求后吸泥下沉至-6.0m。此時圍堰、內撐及夾壁混凝土的自重G為1 813t，圍堰所受浮力F1為1 375t。根據河床地質資料，泥面標高-2.00～-16.28m為淤泥，側摩阻力8kPa；-16.28～-18.5m為淤泥質粘土，側摩阻力12kPa。圍堰范圍內河床傾斜面(-2～-5m段)取入泥平均值計算，則圍堰側阻力F2為284t。G=1 813t>F1+F2=1 375+284=1 659t，現(xiàn)場圍堰施工和理論計算基本相符，此時圍堰四周均入泥1.0m以上，復測圍堰最大平面偏差1.5cm，垂直度h/407，滿足規(guī)范要求。拆除圍堰同步下放系統(tǒng)裝置，開始拼裝6.2m高的中層圍堰。

3.2.4 圍堰吸泥下沉

圍堰著床后，通過對圍堰內側吸泥使圍堰下沉，河床頂標高為-2.0m,圍堰刃腳下沉至設計標高-18.5m，圍堰內側四周需吸泥達16.5m，單個圍堰吸泥總量近1.5萬m3。采用2臺帶高壓射水嘴的空氣吸泥機及伸縮臂挖機進行吸(挖)泥下沉，圍堰吸泥如圖8所示。

圖8 圍堰挖泥及吸泥

圍堰著床平穩(wěn)后，采用2臺空氣吸泥機用履帶吊移動，對圍堰內側四周分層吸泥，每層厚度不超過50cm。圍堰下沉過程中，勤測量圍堰內壁周邊泥面標高，當泥面標高低于刃腳標高1.0～1.5m，圍堰仍不下沉，說明圍堰下沉重力不夠。根據李進[5]等對大型沉井下沉力學性能分析與研究可知，圍堰壁側阻力隨入土深度呈線性增長，下沉越深，側阻力越大，需通過澆筑夾壁混凝土、隔艙注水等方式，以增加圍堰的重力實施下沉。

3.3 中上層圍堰

因淤泥河床承載力差，且圍堰四周入泥深度不一致，為避免圍堰出現(xiàn)過大傾斜，反對稱拼裝中層圍堰單元，在短邊跨中合攏。仍采用75t履帶吊散拼圍堰，中層圍堰下口與底層圍堰上口通過限位型鋼調整對接，使圍堰接口平順。頂口定位及臨時固定措施同底層圍堰，但其標高對應下調。及時焊接圍堰單元間的拼縫，最后焊接第二層內支撐，焊縫檢測合格后，拆除臨時支撐吸泥下沉。中層圍堰下沉重力不足時，及時澆筑3.9m高的第二次夾壁混凝土，增加圍堰自重。夾壁混凝土共796m3，采取反對稱方式布料，澆筑速度基本一致，防止圍堰發(fā)生過大傾斜。根據下沉速度向圍堰倉內注水，使圍堰下沉7.2m直至底標高為-13.6m。在+4.0m標高處拼裝上層圍堰，上層圍堰拼裝、下沉工藝均同中層圍堰。及時向圍堰內注水，使圍堰下沉到設計標高。此時圍堰、支撐、夾壁混凝土自重G1為4 549t，倉內注水重G2為1 487t，浮力F1為3 921t，側阻力F2為1 833t，G=G1+G2=6 036t>F1+F2=5 754t。

圍堰下沉重力滿足圍堰下放需求。圍堰現(xiàn)場下放到位后經測量復核，圍堰中心軸線偏位2.8cm，垂直度偏差h/320，滿足設計及規(guī)范要求。

3.4 封底混凝土

圍堰吸泥下沉到位后,由潛水員水下探明圍堰內基底的情況。為避免淤泥與封底混凝土直接接觸，拋填30cm厚砂袋，封堵圍堰四周，整平基底。同時由潛水員用高壓水槍和鋼刷對設計封底高度內的護筒外壁、圍堰內壁進行清理，確保封底混凝土與鋼護筒及圍堰內壁緊密結合。參考周同生[6]關于雙壁鋼圍堰施工風險及抗浮穩(wěn)定性的研究成果，封底混凝土與鋼護筒的粘結強度取值為170 kPa，圍堰抗浮驗算滿足要求。

以圍堰頂面和鋼護筒為基礎，搭設水下封底混凝土作業(yè)平臺。封底混凝土流動半徑按5m考慮，共設置35個封底控制點，采用水下整體斜面推進法工藝封底，一次澆筑3.3m(預留0.2m找平層)水下封底混凝土[7]。臨近澆注結束時，重點檢測導管作用半徑相交處、護筒周邊、圍堰內側周邊等位置混凝土標高，根據測量結果及時處理，確保混凝土封底厚度滿足要求、頂面平整、封底混凝土達到設計強度后抽水形成承臺干作業(yè)面。

3.5 施工注意事項

(1)圍堰下放過程中夾壁混凝土需反對稱澆筑，中、上層圍堰也需反對稱拼裝，避免圍堰出現(xiàn)較大偏斜的狀況。圍堰出現(xiàn)偏斜時可根據圍堰平面位置及垂直度情況調整倉內注水順序進行糾偏，但需嚴格控制注水高度，確保下放安全。

(2)圍堰內河床面存在3m高差，部分著床時圍堰四周側阻力不一致，容易出現(xiàn)傾斜，需選擇水流平穩(wěn)緩慢的時機著床。同時通過下放千斤頂調整圍堰標高，手拉葫蘆、水平千斤頂等調整平面位置，放慢下沉速度，加快有土側的吸泥工序，使其保持平穩(wěn)下沉。圍堰全部入泥后除土宜均勻，同時使圍堰內泥面不低于刃腳1.5m，避免造成圍堰傾斜或出現(xiàn)反涌。

(3)圍堰出現(xiàn)傾斜或偏位時，及時測量圍堰內側的泥面標高，泥面較高處集中吸泥，使圍堰內側泥面標高大致相等。若仍存在偏斜，通過調整圍堰下沉吸泥部位及局部注水加重進行糾偏。如圍堰仍然是傾斜的，則應停止下沉作業(yè)，由潛水員對圍堰刃腳周邊進行探摸，如有異物應及時取出，圍堰糾偏后才能繼續(xù)作業(yè)，確保圍堰平穩(wěn)下沉，直至達到設計標高的位置。

4 結語

珠海洪鶴大橋9#主墩雙壁鋼圍堰從2018年3月初開始現(xiàn)場拼裝，到澆筑封底混凝土，歷時近4個月。該圍堰結構尺寸大、入土深度深，根據現(xiàn)場施工條件選擇橋位散拼、多點同步下放的工藝施工。施工過程及時采取相應措施，成功解決了圍堰下沉困難、傾斜、偏位等突發(fā)狀況，圍堰中心軸線偏位及垂直度偏差均滿足設計及規(guī)范要求，可為后續(xù)類似工程提供經驗參考。