深水急流环境下承台围堰施工技术
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摘要： 利用跨黄河特大桥为实例，针对深水急流环境下低桩承台的施工难点，设计出适合此环境下的围堰施工方案。通过对钢板桩围堰和双壁钢围堰进行详细设计，综合考虑各种因素，确定钢板桩围堰施工方案。实践证明，方案设计合理，安全可靠，有效缩短了工期，节约了施工成本。
Abstract： This paper， taking cross bridge in the Yellow River as an example， aiming at the difficulties in construction of low pile cap deepwater and torrent environment， designs the proper cofferdam construction scheme in accordance with the environment. Through the detailed design of the steel sheet pile cofferdam and double wall steel cofferdam， considering various factors， the paper determines the construction scheme of steel sheet pile cofferdam and proves that the scheme design is reasonable， safe and reliable， effectively shorten the construction period and save construction cost.
关键词： 深水；急流；围堰；钢板桩；双壁钢围堰
Key words： deepwater；torrent；cofferdam；steel sheet pile；double-wall steel cofferdam
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）11-0140-04
1 工程概况
某黄河特大桥设计为左右双幅分离式桥梁，主桥跨越黄河，上部结构为70+128+70m预应力混凝土变截面悬浇连续箱梁，下部结构为薄壁墩、低桩承台，承台平面尺寸10.5m（横）×6.9m（纵），承台厚3.5m，左右幅承台横向净间距1.25m。基础采用直径1.8m钻孔灌注桩。
桥梁主墩位于主河道内，主桥处河道宽度220m，最大流速5.75m/s。承台顶面位于河床面以下0.8m，承台底距洪水位水面高度为14.15m。
桥梁位于黄河侵蚀堆积河谷阶地，桥梁处淤积层为粗砂及细砂，沿桥梁纵向各处水文条件变化无明显规律。粗砂：层厚13.1m，次棱角状，可见最大颗粒粒径达30mm，淡红色粉土约占10%，饱和，稍密。细砂：层厚14m，灰色，饱和，松散，土含量少。（如图1）
2 围堰的方案比选
在本工程桥梁基础施工中，根据水深、流速、地质情况等因素，可选择的结构形式有：双壁钢围堰及钢板桩围堰。
2.1 双壁钢围堰 主墩承台围堰采用矩形双壁钢围堰的结构形式，围堰设计总高度17m，入土深度6.24m。外径为28.0m×9.1m，围堰壁厚1m，在高度方向为3节，高度为（6.5+5+5.5）m。水平块与块之间采用螺栓连接，竖向上下节之间采用焊接连接。封底混凝土厚2m，水下封底1.8m，待抽水后再浇筑20cm找平。封底混凝土标号采用C30水下混凝土。（图2）
2.2 钢板桩围堰 钢板桩采用FSP-Ⅳ型钢板桩，桩长24米，封底混凝土厚2m，钢板桩入土深度6.35m。围堰尺寸为25.3×9.5m，围堰比承台周边大130cm，围囹和内支撑采用I63b工字钢、I40a工字钢焊接成空间桁架结构，材质Q235。牛腿及竖向连接采用[32槽钢，Q235材质。（图3、图4）
2.3 方案比选 经过对比分析，从工期及成本方面，采用多种措施保证施工安全等因素，采取24m长钢板桩围堰施工方案。（表1）
3 钢板桩围堰施工
根据桥位处水文地质情况，主墩水中承台施工采用先桩后堰法，围堰采用钢板桩围堰。水中灌注桩结束后拆除部分水中工作平台，利用剩余工作平台钢管桩和护筒拼装围囹，下沉预安装到位，作为钢板桩定位导向架。然后从上游中部逐根插打钢板桩直至合拢，合拢后进行基底开挖清理，水下浇筑封底混凝土。待封底混凝土达到设计强度的90%后，逐层抽水加固围囹，并安装最下层围囹。围囹及内支撑全部完成后抽水施工承台，承台施工结束后，对围囹支撑进行体系转化，然后施工墩柱直至墩柱施工结束。（图5）
3.1 钢板桩接长 钢板桩设计长度为24m，由于钢板桩进场时分节长度达不到使用要求，需要现场焊接接长。按照12m+12m和15m+9m两种组合，数量比例1：1。焊接时先对焊，再焊加固钢板，相邻板桩接长缝错开。
3.2 导向架安装 桩基施工完毕后，将钻孔平台上贝雷梁及桥面拆除，在各钢护筒外侧，安装竖向导向架，作为围囹及内支撑整体下放的导向及限位装置。竖向导向架采用挂壁式结构，将导向架焊接接固定在钢护筒上。竖向导向架下端设有牛腿，以承托底层围囹。（图6）
3.3 安装围囹和支撑 在护筒上焊接牛腿支架，将围囹及支撑在牛腿上拼装成整体。用两台75t履带吊两侧对称起吊围囹，割断牛腿支架，将围囹下放到设计位置。
3.4 插打钢板桩 采用QUY75液压履带吊和DZ90振动锤以四层围囹为导向架进行钢板桩的逐根插打施工。插打顺序：从上游开始，每边由一角插至另一角，在下游合龙，合龙处选择在围堰一边的中点位置。插打钢板桩时要严格控制好桩的垂直度，特别是第一根桩要从两个互相垂直方向同时控制，确保垂直不偏。插打一根或几根桩稳定后即与导向架进行联系，避免跟桩现象出现。插打钢板桩的过程中施工作业人员要对插打桩位置、垂直度进行符合，偏差超限的应及时纠正，直至所有钢板桩插打完毕。
3.5 水下清淤 钢围堰内基础开挖，采用高压水枪射水以及水下吸泥机吸泥相结合的开挖方法。钢板桩插打完成后，将高压水枪送至河床顶面，利用水下吸泥机清除堰内淤泥及细砂，吸泥机开动时注意使内外水头保持平衡。靠近钢板桩和钢护筒的部位可安排潜水员到水下用钢刷进行清理。吸泥完成后以1m间距布设测量网点，记录每个点的标高，以此作为混凝土厚度控制依据，以保证混凝土封底浇筑厚度不小于2m。
3.6 封底混凝土施工 封底混凝土施工前，在基底抛填30cm厚石块，防止封底时将基坑底的泥沙搅起，影响封底混凝土质量。钢围堰封底采用C30混凝土，封底厚度2m，设计方量557m3。围堰基坑宽9.5米，沿宽度方向布置3根导管，每根导管的作业半径为3m。每根导管配一个料斗，料斗的容量需满足首灌混凝土数量要求，首灌要求导管埋深不小于65cm。封底混凝土的浇筑，由左侧向右侧水平推进。灌筑过程中应及时测量混凝土面的高度变化，根据断面图，对灌注的位置和方量及时调整，以防超灌或欠灌。
3.7 体系转换 承台施工完成后，在承台周边填筑碎石，然后浇筑混凝土圈梁。承台和圈梁强度达到90%后，对第四道支撑进行体系转换。灌水至第三层围囹下50cm，先安装4#支撑，然后拆除1#、2#支撑，再安装5#支撑，拆除3#支撑，如此完成第三层支撑的体系转换。依此循环，直至最上一层支撑转换完毕。（图7）
3.8 围堰拆除 围囹的拆除与围囹的安装顺序相反，首先采用水泵加水至最下一层围囹标高处，然后拆除最下一层钢围囹。依此循环，直至最顶一层围囹拆除完毕。
在围堰内灌水至高出围堰外侧水位1.5m，内侧水压力使钢板桩与封底砼脱离。再在下游选择一组或一块较易拔除的钢板桩，先略锤击振动后拔高1～2m，然后挨次将所有钢板均拔高1～2m，使都松动后，再从下游开始分两侧向上游挨次拔除。
4 结束语
深水基础开挖钢板桩防护方案在孔家寺黄河特大桥得到了成功的运用，不仅解决了超长钢板桩的在急流环境下易产生倾斜移位、自稳能力差、止水效果差的缺点，同时也加快了施工进度，赢得施工的时间，成功解决了该桥深水基础施工难题。施工过程中，多次优化施工方案，简化施工工序，降低了工程成本。该桥的成功修建，为施工单位以后跨河桥梁深水基础施工提供了宝贵的施工经验。
参考文献：
[1]杨永刚.大体积混凝土施工技术探讨[J].山西建筑，2006（14）.
[2]马先明.中小型设备基础施工要点[J].工业建筑，2007（S1）.
[3]皮军云，潘军，谭红波.安庆长江大桥3号墩钢套箱围堰施工技术[J].铁道建筑技术，2011（10）.