趙海 彭正中

第一作者簡介：趙海（1986-），男，高級工程師。研究方向為橋梁施工。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.13.044

摘? 要：以G5京昆高速廣元至綿陽段擴容工程LJ3 合同段嘉陵江特大橋施工為背景，結合現(xiàn)場施工方案、施工技術，對水中承臺圍堰施工技術進行分析。嘉陵江特大橋主橋采用95 m+180 m+95 m連續(xù)剛構，引橋采用25、50、48.5 m簡支T梁，該文以主橋2#、3#墩承臺為例，水中圍堰采用鎖扣鋼管樁形式。圍堰方式遵循地理環(huán)境和水文條件、工程的用途和功能、工程的經(jīng)濟性和可行性等原則。施工過程中合理規(guī)劃施工工序，同時進行樁基棧橋的施工和圍堰引孔作業(yè)。最后重點加強對鎖口的檢查，做好圍堰關鍵位置的變形監(jiān)測，以保證安全施工。

關鍵詞：特大橋；水中承臺；圍堰施工；鎖扣鋼管樁；施工技術

中圖分類號：TV52? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）13-0183-05

Abstract： Taking the construction of the extra-large bridge over Jialing River in LJ3 contract section of G5 Beijing-Kunming Expressway from Guangyuan to Mianyang as the exemplar， based on the on-site construction scheme and technology， the construction technology of underwater pile cap cofferdam is analyzed. The main body of Jialing River Bridge is made of a continuous steel structure of 95 m+180 m+95 m， and the approach bridge adopts 25 m， 50 m and 48.5 m simply supported T-girder. In this paper， the 2～3# caps of the main bridge are taken as exemplars， and the underwater cofferdam is in the form of locked steel pipe pile. The cofferdam mode follows the principles of geographical environment and hydrological conditions， the use and function of the project， and the economy and feasibility of the project. In the process of construction， the construction procedure is planned reasonably， and the construction of pile foundation trestle and cofferdam are carried out at the same time. Finally， we focus on strengthening the inspection of the lock， ensure the deformation monitoring of the key position of the cofferdam to guarantee safe construction.

Keywords： extra-large bridge; underwater pile cap; cofferdam construction; locking steel pipe pile; construction technology

圍堰是為防止水和土進入建筑物修建位置而臨時修建的一種圍護結構。對于拱橋圍堰施工技術，學者們做了大量的研究。嚴杰等[1]針對赤壁長江公路大橋主橋南橋塔墩基礎采用先平臺后圍堰法順利完成了圍堰施工。吳夢喜等[2]為了分析拉哇上游圍堰的安全性，從而采用了基坑開挖和圍堰填筑全過程滲流與應力變形耦合，并在LinkFEA軟件中實現(xiàn)二維和三維有限元仿真方法。李先進等[3]為研究出海域基巖地層和圍堰內(nèi)孤石中超大直徑泥水盾構在淺覆土條件下的掘進變形規(guī)律，分析了汕頭海灣隧道盾構始發(fā)段。趙玉麗[4]分析了水利工程施工中圍堰技術的應用要點。劉佳東[5]就圍堰技術應用進行分析，提出科學的技術方法，以此確保水利工程施工順利進行。郝偉等[6]綜合評估了橋梁深水基礎鋼板樁圍堰的安全狀態(tài)。鄭緒楠[7]介紹了圍堰技術的作用、應用原則，以及圍堰結構的類型，對圍堰施工、基坑排水作業(yè)、黏土填充及圍堰加固等技術要點進行了闡述。李文俊等[8]為驗證施工方案的安全性，采用MIDAS Civil軟件建立圍堰有限元模型，分析高水位和低水位2種最不利工況下圍堰結構的彎矩。黃娟等[9]對滲透各向異性土層中的圓形圍堰滲流場進行解析研究。張文軍等[10]介紹了鎖扣鋼管樁施工、抽水、圍檁安裝等關鍵技術，保證了深水施工的安全性。

嘉陵江特大橋承臺在水中施工，覆蓋層較厚，巖層堅硬，而且傾角較大，施工難度較大。水中承臺圍堰施工需要選用合適的圍堰形式，來滿足施工要求。因此本文依托G5京昆高速廣元至綿陽段擴容工程LJ3合同段嘉陵江特大橋2#、3#墩承臺圍堰施工，對此類水深、土質、巖層的水中圍堰進行施工技術分析，在施工過程中對圍堰關鍵位置的監(jiān)測，保障了施工的順利進行，為此類施工提供參考。

1? 工程概況

嘉陵江特大橋主橋為95 m+180 m+95 m連續(xù)剛構，其中主墩2#墩和3#墩為水中墩，承臺頂標高為441 m，主墩承臺厚度為5 m，2#主墩承臺圍堰封底混凝土厚1.0 m，3#主墩承臺圍堰封底混凝土厚1.5 m。嘉陵江特大橋立面如圖1所示。2#墩所處地質情況：0～5 m為灰黃色粉砂；5～13.2 m為青灰色砂巖，巖質較硬；13.2～18.8 m、23.6～40.0 m為紅棕色粉砂質泥巖，巖質較軟；18.8～23.6 m為青灰色砂巖，巖質較硬。3#墩所處地質情況：0～20.6 m為回填卵石；20.6～30.0 m、30.9～32.6 m、34.0～47.8 m為紅棕色粉砂質泥巖，巖質較軟；30.0～30.9 m、32.6～34.0 m為青灰色砂巖，巖質較硬；47.8～51.2 m為青灰色砂巖，巖質較硬。

根據(jù)項目前期水文調(diào)查，得出每年的最高水位在9—10月份，最高水位為458 m，每年最低水位在3—5月份，最低水位為442 m，最大流速約為1 m/s。嘉陵江水位調(diào)查見表1。

2#、3#主墩承臺開挖面積大，需要剛度大、止水性好、經(jīng)濟性高的支護方式，采用鎖扣鋼管樁圍堰。根據(jù)地質鉆探情況，2#主墩處覆蓋層少，巖層堅硬，所以需要引孔，圍堰引孔數(shù)量多，鋼管樁長度較長，插打時垂直度控制要求高，對施工提出了很高的要求。水中施工，汛期水位增高，需要在汛期來臨前，完成水面以下結構的施工，工期緊張。施工過程中，圍堰止水性要求質量高。以上工程地質和水文條件情況，給拱橋施工帶來諸多挑戰(zhàn)。

2? 施工方案及技術

2.1? 鋼管樁引孔

在鎖扣鋼管樁插打前，通過已經(jīng)施工完畢的支棧橋，借助100 t履帶吊起重設備進行導向架安裝和鋼護筒下放，再采用XR360D旋挖鉆配合1 m直徑的鉆頭進行鎖扣鋼管樁的孔位引孔，圍堰施工流程圖如圖2所示。

在支棧橋上使用履帶吊及振動錘插打第1個孔的鋼護筒，插打完成后，使用旋挖鉆機開始第1個孔沖孔施工。在第1個孔完成沖孔施工后，孔內(nèi)開始回填黏土，回填完成后，將鋼護筒拔除。在距離第1個孔中心1 m位置插打鋼護筒，插打完成后，開始第2個孔沖孔施工，第2孔位施工完成后，回填砂在孔內(nèi)，然后將第1個孔位的支護鋼管拔除插打至第2個孔位處，拔除鋼護筒。依次完成后續(xù)沖孔施工。

2#主墩圍堰引孔順序：2#主墩在進行靠近廣元側第1排樁基施工時，可以進行“釣魚法”先將廣元側的支棧橋同步施工，待廣元側支棧橋施工完畢后，進行廣元側鎖扣鋼管樁引孔施工。與此同時，2#主墩第2排樁基施工完畢，立即進行相應的主棧橋和支棧橋施工，并在不干擾棧橋施工的前提下，同樣進行左右側鎖扣鋼管樁的引孔。待第3排樁施工完畢，利用浮平臺進行綿陽側的鎖扣鋼管樁引孔以及支棧橋的引孔，同步將支棧橋與主棧橋施工完畢。

每個孔位在引孔過程中，時刻關注垂直度，利用2臺全站儀，進行平面位置控制，邊引孔邊修正，確保成孔垂直度在0.5%以內(nèi)，以便后期鎖扣鋼管樁施工。每個孔位引孔到距離設計標高10～20 cm后，停止引孔，立即灌入黏土，再將鋼護筒拔出，在距離第1個孔中心1 m位置插打鋼護筒，插打完成后，開始第2個孔沖孔施工，第2孔位施工完成后，回填黏土在孔內(nèi)，拔除鋼護筒。根據(jù)現(xiàn)場實際工作平面，逐個引孔，依次完成后續(xù)沖孔施工。

圖2? 鋼管樁圍堰施工流程

2.2? 鋼管樁的插打

利用100 t履帶吊作為起吊設備，APE液壓振動錘（200-6）施打鎖扣鋼管樁，具體施工工序如下所述。

待鎖扣鋼管樁全部引孔完畢后，將旋挖鉆撤離支棧橋，進行鎖扣鋼管樁插打施工。APE液壓振動錘（200-6）將基坑靠上游側的兩角插打鎖扣鋼管樁，插打到位后，進行導向架牛角和導向架焊接，形成一個矩形框的導向架，以便于鎖扣鋼管樁的插打。鎖扣鋼管樁施工前，在導向架上安裝限位裝置，直徑比鋼管樁大2 cm，插打施工時，鋼管樁樁背貼緊導向架，邊插打施工邊將吊鉤慢慢下放。為了使鋼管樁的垂直度滿足設計要求，需要用全站儀觀測2個互相垂直的方向，來保證鋼管樁的垂直度。在鋼管樁施工過程中應及時進行糾偏，確保鋼管樁垂直度。最初的兩角點處的2根鋼管樁（兼做導向樁）的打設位置、垂直度和方向要確保精度，其成功與否，直接影響基坑整條邊的施工質量。其打入時要緩慢些，插打到一半的設計深度時暫停施工，檢查鋼管樁垂直度是否符合規(guī)范要求，如果滿足要求，則照常施工，不滿足則拔出重新插打。

在插打過程中，需要提前預算出每根鋼管樁的位置，以便隨時檢查糾正；每完成3根（在導向架上劃出定位線）測量校正1次，確保在同一直線上且平面位置準確，保證樁身的垂直度在規(guī)范要求范圍內(nèi)，每根鋼管樁施打完畢后，即與導向架焊接牢固，整個施工過程中，要用全站儀始終控制每根樁的垂直度在0.5%以內(nèi)，出現(xiàn)偏差時及時調(diào)整。根據(jù)起吊能力確定逐根插打到設計標高。鋼管樁合龍通過精確計算，確定合龍口位置，一般合龍口的位置選擇在距離角樁4～5根的鋼管樁位置合攏，鋼管樁插打過程如圖3所示。

在施工過程中，必需滿足“插樁正直、分散偏差、有偏即糾、調(diào)整重打”的施工原則。在施工過程中，因為鎖扣鋼管樁下端有土擠壓，鎖扣和鎖扣間的縫隙較大，所以樁身上端會向遠離第1根鎖扣鋼管樁的方向傾斜。故此，每插打4根鎖扣鋼管樁就需要用垂球來吊線，把鎖扣鋼管樁的傾斜度保證在0.5％以內(nèi)，若超過規(guī)定的傾斜度就需要糾偏（注意一次性的調(diào)整不能太多，否則鎖扣卡住，就會妨礙下一根鎖扣鋼管樁的施工）。當鎖扣鋼管樁偏差太大時，要采用多次少量糾偏的方法慢慢減少偏移量，如果土質硬，導致糾偏困難，可選用走倒鏈組糾偏的方法。

圖3? 鋼管樁插打示意圖

2.3? 圍堰開挖支護

2#主墩圍堰開挖支護，先將靠岸側的圍堰內(nèi)外覆蓋層進行清理，以減小靠岸側與靠河心側土壓力不平衡問題，將圍堰內(nèi)外覆蓋層清理至相應標高，再進行圍檁、內(nèi)支撐的施工。圍檁采用2HN700 mm×300 mm H型鋼，對撐采用2HN700 mm×300 mm H型鋼，斜撐采用Ф820 mm×10 mm鋼管。圍檁施工完畢后，繼續(xù)開挖，當靠河岸側遇到堅硬的巖層時，可以采用小型的破碎頭和風鎬進行分區(qū)分塊鑿除。將其開挖至封底底面標高，并采用C30混凝土進行封底，封底厚度1 m，圍堰第一層平面布置如圖4所示，圍堰第二層平面布置如圖5所示。

3#主墩圍堰開挖支護，先將圍堰內(nèi)進行開挖，將土清理至相應標高，安裝圍檁，繼續(xù)將圍堰開挖至封底混凝土底標高，清理至封底標高后，進行水下C30混凝土澆筑，封底厚度1 m。等到封底混凝土強度滿足設計強度的90%后，把圍堰內(nèi)的水抽出，然后進行承臺的施工。

2.4? 圍堰止水及基底清理

鎖扣鋼圍堰滲漏通常出現(xiàn)在鋼管樁鎖口的位置，所以在插打過程中要加強對鋼管樁鎖口位置的檢查。插打前制作相同鎖口樣品來進行相同條件下的滲漏試驗，檢查鎖口的松緊程度，不論過緊還是過松都有可能使圍堰施工后出現(xiàn)滲漏的情況，所以施工前需要在鎖口內(nèi)涂抹黃油混合物油膏（其重量配合比為滑石粉∶黃油∶瀝青∶鋸末=10∶6∶4∶1），施打時控制好垂直度，不得強行施打，損壞鎖口。

抽水后如果發(fā)現(xiàn)鋼管樁鎖口漏水，但不太嚴重時，開挖時需對漏水位置進行堵塞處理，必須減少漏水量。抽水后如果發(fā)現(xiàn)某處鎖口漏水比較嚴重，需在鋼圍堰內(nèi)側用板條、棉絮、麻絨等在板內(nèi)側嵌塞。在樁腳漏水處，采用局部混凝土封底措施。

由于2#承臺圍堰所處地質為砂巖，可以提高較為干燥的施工作業(yè)環(huán)境，所以2#承臺封底混凝土為普通混凝土澆筑。3#承臺圍堰封底混凝土為水下混凝土，封底混凝土的導管選用內(nèi)徑為273 mm、壁厚為8 mm的無縫鋼管去制作，管節(jié)長度有3種，分別為1 m、2 m、3 m，選取快速螺紋接頭連接相鄰管節(jié)，墩水下封底砼導管布置如圖6所示。導管長度22～23 m，底部距鋼管樁圍堰底10～15 cm，在圍檁的支撐架上選取臨時導管專用定型卡來固定。導管上部綁白棕繩，來控制導管傾斜度，并且通過設置手拉葫蘆去控制導管的高度。導管頂口和0.8 m3集料斗連接，使用拔球法澆灌水下封底混凝土。

承臺封底墊層采用C30混凝土澆筑，2#主墩承臺圍堰封底混凝土為1.0 m厚，3#主墩承臺圍堰封底混凝土為3.0 m厚的水下混凝土。2#主墩封底成功后，待混凝土強度達到10 MPa以上后，進行鋼護筒割除，然后采用風鎬將樁頭破除至設計標高，3#主墩水下封底混凝土必須達到90%的設計強度后，才能將圍堰內(nèi)的水抽出，才能進行下一步施工。

在進行樁基鑿除過程中，不能損傷樁基混凝土和主筋，要保證承臺和樁基之間的連接。將樁頂混凝土鑿到設計標高，然后對樁頭鋼筋進行整理、調(diào)整，與此同時，將封底混凝土進行鑿毛，并清理干凈。

圖6? 3#墩水下封底砼導管布置圖

2.5? 圍堰變形監(jiān)測

基坑的監(jiān)測點布置必須最大程度地反映控制點的變化和實際狀態(tài)，在控制點變形和內(nèi)力變化較大的關鍵部位和周圍的監(jiān)測位置，監(jiān)測點須適當加密，而且不能影響到監(jiān)測對象工作。監(jiān)測標志應明顯、穩(wěn)固，監(jiān)測點的布置應合理，能夠正常觀測，施工過程中要加強保護監(jiān)測點，施工前要準備好監(jiān)測點的保護設施或者保護裝置。監(jiān)測以測量儀器為主，以日常巡鑼工作為輔，兩者有機結合，圍堰存在時，要做好現(xiàn)場監(jiān)測位置的保護工作。具體檢測部位以及方法和頻率應滿足表2。

施工過程中重點監(jiān)控地質情況變化，當發(fā)現(xiàn)地質與原設計不一致時，應進行論證后決定開挖方式。施工時，要做好現(xiàn)場監(jiān)測點位的保護，在每次監(jiān)測前，要對所使用的控制點進行校核，如果發(fā)現(xiàn)有位移，就要按照之前布網(wǎng)時的測量精度重新布置。施工過程中要定期分析監(jiān)測報告，及時反饋測點信息，保障施工順利進行。

3? 結論

嘉陵江特大橋位于廣元市昭化區(qū)紅巖鎮(zhèn)上游約3 km處，跨越嘉陵江，主橋承臺圍堰施工采用鎖扣鋼管樁圍堰的形式。圍堰包括鎖扣鋼管樁、圍檁、內(nèi)支撐和封底，圍檁采用2HN700 mm×300 mm H型鋼，對撐采用2HN700 mm×300 mm H型鋼，斜撐采用Ф820 mm×10 mm鋼管，封底使用C30混凝土。該圍堰施工方法具有結構簡單、使用方便、搭接容易和密封性好的優(yōu)點。通過合理規(guī)劃施工工序，同時進行樁基棧橋的施工和圍堰引孔作業(yè)，縮短工期，順利在汛期前完成水下結構施工。本文主要介紹了圍堰的施工和圍堰關節(jié)點的監(jiān)測，為承臺、墩柱的安全施工提供了保障。工程實踐表明，嘉陵江特大橋承臺圍堰施工過程順利，安全可靠，可為其他類似水中圍堰施工提供一些參考。

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