深水裸岩面大高差异型钢围堰封底施工技术
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摘 要：根据主墩的复杂地质处加工的大高差异形刃脚钢围堰，经过各工序成功着落主墩设计处，通过两次刃脚压仓混凝土控制钢围堰的重心，以及外侧的梳子板的抛填麻袋进行外侧封堵。其次根据钢围堰的受力情况计算出封底混凝土为三次封底，采取以上措施后，经抽水后发现无渗水情况。充分说明了我部在复的地质条件下的水下封堵技术水平，为下一步施工打下了很好的基础。
中图分类号：TU74文献标识码： A
引言
高低刃脚高差过大的钢围堰经行封堵情况复杂，不易受控制，为成功进行封堵我部采取了精确着位，抛填麻袋、封堵混凝土的措施成功的经行了封堵，使其满足了下步的施工要求。
1、工程概况
望东长江公路大桥WDQ-03标主墩处地质复杂，为岩层（部分有少量覆盖层），墩位处河床起伏大且陡，最大落差达9.4m，最深处标高为-11.4m，最高处标高为-2.000m。经三次实测，局部最高高程甚至不足-2.000m，封底混凝土设计顶标高为+0.000m，理想计算此位置封底混凝土厚度，也仅有2.000m。由于承台位置为无覆盖层中风化灰岩，强度高，按照常规施工方法直接施打钢管桩和钢护筒难以有效嵌入河床进行锚固，因此必须采用大型无底围堰施工技术。采用先下放无底围堰、利用封底混凝土埋设钢护筒的钻孔桩施工方案，可以有效解决钻孔平台搭设和底脚锚固的难题。
由于承台采用先无底围堰、后平台方案，利用封底混凝土进行钢护筒底脚锚固，无底钢围堰采用高低刃脚形式。
2、水文地质情况
根据安庆水文站1924～1937、1945～1999年水位资料统计分析，多年平均水位为8.28m，最高水位为16.80m，出现在1954年，最低水位为1.62m，出现在1929年。设计提供的20年一遇最高通航水位18.97m，最低通航水位为3.1m。根据现场实测水位数据：枯水期12月～2月,水位4～8m；3～4月，水位6～10m；5～11月，水位8～16m。历年观测水位变化情况见下图2-1：
图2-1 桥位附近（枞阳闸下）历年水位变化情况曲线图
根据水文局提供资料，桥位处流速情况为：洪水期最大流速2.1m/s，中水位最大流速1.7m/s，枯水期最大流速为1.2m/s。
为了更好的详细了解河床岩面起伏情况，为高低异形刃脚围堰刃脚和支撑点提供准确的数据。我公司先后委托了不同的两家专业测绘公司对主墩施工区域进行了详细的河床扫描，并采用河床触探测出河床覆盖层及岩面标高。
在11月上旬又根据第一和第二次河床扫描结果进行河床触探，根据三次展开图对比，确认以第三次河床触探作为刃角设计依据。
3、钢围堰异形刃脚的加工
45#墩钢围堰为异形刃脚，经过三维高精度河床标高扫描，根据地形确定钢围堰刃脚形状，设计成高低刃脚形式，竖向共分为2节，每节12块，在胎架上方分块加工。刃脚内侧焊接梳子板，减少封底混凝土外流。
4、刃脚压仓混凝土
为调平钢围堰重心位置，并增加钢围堰高刃脚处的刚度，在钢围堰加工时浇注了高刃脚侧面的压仓混凝土。
5、深水异形刃脚外侧的封堵
为了防止封底混凝土渗漏，在围堰底脚设置了梳子板，梳子板采用6mm钢板，伸出刃脚30cm，其板宽50cm。
钢围堰着床并初步稳定后，潜水工沿钢围堰一周进行仔细探摸，以确定钢围堰是否稳定地支撑在基底坚硬的岩层上，对较大的空隙采用钢凳进行支垫，对较小的空隙采用由2cm钢板做成的楔形块进行填塞，以确保钢围堰的稳定。等钢支撑塞垫好后，继续在舱体内注水，使围堰舱体内水位和河水面一致。等舱体注水完成后，在其先对称抛填砂袋填塞刃脚和河床之间的空隙，砂袋抛填至刃脚顶面以上50cm。
抛填砂袋作用如下：
a、减缓围堰内部流速（联通管在抽水施工承台之前一直处于开启状态），平稳流态，创造潜水员下潜作业条件；
b、利用抛填砂袋封堵刃脚和岩面的大空隙，防止封底混凝土浆体流失，有利于保证封底混凝土质量；
c、围堰外对称抛填砂袋，起到锚固围堰底脚的作用，防止围堰偏位。
6、锚桩设计
为抵抗钢围堰封底混凝土浇筑过程中混凝土对钢围堰的侧滑力，确保钢围堰的整体稳定性，在钢围堰钢箱内设置6根锚桩，具体布置如下图所示：
图6-1 钢围堰锚桩平面布置图
锚桩内设置钢筋笼并用混凝土锚固，既可抵抗钢围堰整体向江心侧的滑移，还能起到提供抗拔力防止钢围堰整体上浮等作用。
6.2、锚桩施工
锚桩混凝土采用C25水下混凝土，采用刚性导管法灌注。灌注锚固混凝土时，需要及时检测混凝土标高，当其快与河床顶面平齐时, 需要安排潜水员对钢箱与河床之间的间隙用砂袋填堵，防止混凝土翻出孔口。钢管内的混凝土面浇注至钢筋笼顶面以上1.0m的位置。
7、钢围堰封底
7.1、钢护筒施工
钢围堰封底前应先安装钢护筒。钢护筒安装采用型钢定位，260t浮吊单根吊装就位后临时固定。
钢护筒安装按照以下顺序进行，吊放安装的原则为从岸侧向江心侧进行，根据护筒长度由短到长安装，具体如下表所示：
安装
次序 第一次 第二次 第三次 第四次 第五次 第六次 第七次 第八次
护筒
编号 32、26 31、25、19、13 30、24、18、12、6 29、23、17、11、5 28、22、16、10、4 27、21、15、9、3 20、14、8、2 7、1
图7.1-1钢护筒安装顺序表和示意图 图7.1-2钢护筒安装示意图
钢护筒根据实测河床标高在加工厂提前卷制，浮运至现场后直接用浮吊起吊安装。 钢护筒调整到位并验收合格后，将钢护筒与临时固定型钢焊接固定，并按照设计要求焊接钢护筒之间的平联钢管。
按钢护筒下端悬臂20m计算，假设封底砼向钢护筒一侧流动，砼高度2.0m,砼容重采用浮容重14KN/m3，最大荷载为q=14×2=28KN/m2。
图7.1-3 钢护筒受力加载图
图7.1-4 荷载下钢护筒应力和位移云图
由上图可知，钢护筒在荷载下最大应力为10.85MPa，最大位移3.72mm。
7.2、封底分层
7.2.1封底分层厚度
封底混凝土厚度可按下式计算：
经计算在19m的水头作用下，封底混凝土最小厚度为1900mm，实际最薄处砼厚度为2000mm，为了降低钢围堰施工过程中的各类风险，保障基础工程的顺利实施，将主墩承台标高向上提高1000mm，确保封底砼有效厚度为2500mm。
7.2.2封底混凝土抗浮验算
由河床扫描结果可知，围堰封底最薄地方区域较大，此处提取两个位置的护筒反力作为评定代表，分别为32号、31号护筒。
由计算结果提取反力：
图7.2-132号护筒反力为1781.1KN 图7.2-231号护筒反力为2002.6KN
则31号钢护筒周边所受反力F反=2002.6KN
砼与护筒之间的粘接力为：
F粘=μLh封=150×π×3.4×2.5=4003.5KN
要使该区域内封底砼满足抗浮要求，F粘> F反，从计算可知，F粘=4003.5 KN > F反=2002.6 KN，该区域抗浮能满足要求,且具有一定的安全储备。
7.2.3封底混凝土强度计算
为保证封底混凝土不至于被水压“顶破”，产生裂缝，出现渗水甚至局部砼遭受破坏，需要对封底混凝土强度进行评估。
在ANSYS中提取计算结果如下：
图7.2-3模型最大位移为6.07mm图7.2-4模型最大拉应力为0.395MPa
由模型计算结果可知，封底砼最大拉应力为0.395Mpa< ft=1.23 MPa，封底砼最大压应力为0.051Mpa< fc=11.5 MPa，封底砼的强度满足要求。
7.2.4封底分层控制
由于河床岩面倾斜度大，为保证封底混凝土施工过程中钢围堰不发生整体偏移，分3层进行封底混凝土浇注：第一层封底混凝土控制标高为-7.0m，封底混凝土方量约930m3；第二层封底混凝土控制标高为-4.0m，封底混凝土方量约1650m3；第三层封底混凝土控制标高为-0.2m，封底混凝土方量约3128m3。
7.3封底混凝土浇筑
封底混凝土浇筑利用钢围堰及钢护筒上方搭设的施工作业平台，采用“刚性导管法”进行水下灌注，布料方式采取“由低向高、由边往中”及混凝土初凝前完成浇注的原则。
根据封底混凝土分层方式及现场实测地形扫描情况，导管布设按照浇注面积进行分区设置（每根导管的作用半径按5m考虑），导管布置距离钢护筒及钢围堰壁板50cm以上，确保围堰和护筒周围混凝土厚度。各层区导管布设、区间划分及施工顺序如下图所示。
图7.3-1封底砼各层浇筑面积、导管布设、区间划分及施工顺序图
施工作业平台搭设时，顶层钢板先不铺设，以利于导管顺利下放。贝雷及承重型钢搭设完成后，按照每层封底混凝土导管施工区间划分及各区间导管下放原则进行封底施工设备安装及导管下放。平台搭设及浇筑作业时，严禁大型机械设备及大重量结构物摆放施工平台上，同时确保作业平台不受到冲击或碰撞，以保证钢护筒平面位置及垂直度。
为了保证每层混凝土之间的粘结力和层间的剪力传递，在上层混凝土封底之前，利用气举反循环设备清理下层混凝土表面的泥沙和松散混凝土等杂物。
8、结论
三次封底完成，在水位为+14.0m的情况下钢围堰抽水后，发现无渗水情况，达到预期目的。现将施工中有关经验总结如下：
①、施工中采用的双层导向架模式，有较高强可操作性，施工过程定位简单、快速、操作方便、定位精度高。安装定位、焊接可同步流水进行，缩短了施工控制工序及工期。单根钢护筒定位只需1小时可完成，比预期效果好。
②、方案验证了水下大面积灌注不需分仓，首次灌注点6小时后才换点，在实测中混凝土影响范围达12m。
③、施工方案确定的是施工的基本原则，但在实际施工中应根据相应情况采取灵活的调整措施，原计划混凝土浇筑点较多，但实际中因混凝土流动性较少，减少了混凝土的灌注布置点。
④、设计封底顶面标高0m（承台底），灌注过程控制比设计标高低50cm，即－0.5m，避免灌注过高浪费混凝土，并且高出部分需凿除。灌注过程及灌注后实测点基本都能满足要求，界时承台施工时只需再浇筑10cm调平层，为以后承台施工创造良好的条件。
⑤、外抛砂包有效解决了浇筑过程混凝土外泄，稳定钢围堰着床，是一道特别关键的工序，处理不当将影响整个灌注质量，特别是存在着床后存在空隙现场情况。另外砂包的选材抛填与江水的水流及施工工期有一定关系，水流较急宜选用麻袋，具有可装重量较大，下水后不易腐烂特点。普通编织袋人工可操性好，适用于水流较缓。本工程采用两种相结合方式。
钢围堰内部封堵采用的混凝土干粉料方法具有遇水结块凝固的特点有效保证了围堰底部的封堵效果，避免了封堵材料的流失保证了封底的成功。
参考文献：
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[2] 陈光福.《中国港湾建设》。2002年6月
[3] 交通部公路规划设计院.《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ 025－1986）.
[4] 中交公路规划设计院.《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》.（JTG D62－2004）.
[5] 《南京大胜关长江大桥钢吊箱围堰施工技术》
作者简介：
赵富立 男1982年10月 学士工程师
廖顺山 男1979年8月学士工程师