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深水基础套箱围堰施工


深水基础套箱围堰施工综述
近年来,随着我国经济建设的不断发展,跨越大江大河的桥梁也 越来越多。我们中国铁道建筑总公司近几年来也修建了许多深水桥 梁,深水基础的施工水平逐渐提高。在许多方面已赶上和达到了国内 先进水平。 本文针对深水桥梁施工中的难点——低桩承台的施工围堰 加以总结,以便我系统在类似工程的施工中参考。 一、围堰的类型 目前,围堰主要有以下几种:钢板桩围堰、混凝土围堰、钢套箱 围堰以及钢-混凝土组合结构围堰。其中,钢板桩围堰主要为单壁结 构; 混凝土围堰又分为重力式钢筋混凝土围堰和双层薄壁钢筋混凝土 围堰;钢套箱围堰又分为单壁、双壁以及单双壁组合式钢围堰;钢混凝土组合结构围堰也可分为上钢下混凝土、下钢上混凝土形式。每 种围堰都有自己的特点和适用条件,因此需根据各自的水文、地质、 材料价格以及设备情况等比选而定。 下面分别就每种围堰的结构形式 及适用条件结合实例加以综述。 二、钢板桩围堰 钢板桩围堰是一种比较传统的深水基础施工方法。 钢板桩是从国 外引进的一种制式产品,我系统主要为德国拉森式钢板桩。钢板桩可 以打入土中或连到物件上,组成承载及防水结构,工作结束后,拔出 或拆下重复使用。

1.结构型式及特点 钢板桩围堰一般采用单壁的矩形、圆形等结构形式,内部根据水 位情况设置支撑,该围堰因为是重复使用,因此,一般没有封底混凝 土;它是一种施工简单、快捷、成本较低的围堰形式。但是,该围堰 也有其很大的局限性,其一,由于是组拼式结构,整体刚度较小,因 此其抗水流及冲刷能力差,不宜于在流速较大的情况下使用;其二, 由于其本身强度、刚度局限,在承台较深时,需设置强而密的支撑, 对后续的承台及墩身施工干扰很大,因此,不宜于在水位较高的情况 下使用;其三,因为要重复使用,不宜灌注封底混凝土,因此,在既 要满足底部支撑力,又要满足较小渗流的情况下,对河床提出了较高 的要求,因此,不宜在透水性强,承载力小的地层条件下使用。 2.施工工艺及施工要点 (1)施工工艺流程(图 1) (2)施工要点 a.插打钢板桩 应用固定的临时导向架插打钢板桩,在稳定的条件下安置桩锤。 一般宜插桩到全部合龙,然后再分段、分次打到标高。插桩顺序,在 无潮汐河流一般是从上游中间开始分两侧对称插打至下游合龙, 在潮

汐河流,有两个流向的关系,为减少水流阻力,可采取从侧面开始, 向上、下游插打,在另一侧合龙。桩锤一般采用振动桩锤。 b.堵漏 钢板桩插打到位后,可在其外侧围一圈彩条布,在布的下端绑扎 钢管沉入河床,并用砂袋压住,堰内抽水时,外侧水压可将彩条布紧 贴板桩,起到一定的防水作用;在板桩侧锁口不密的漏水处用棉砂嵌 塞,堵漏效果明显。 c.吸泥、硬化基层 在水抽干后,即可人工挖泥,或不抽水采用高压水枪配合泥浆泵 吸泥至设计标高,之后回填片石,浇注 30cm 的混凝土硬化基底,进 行承台施工。 3.应用实例 新长铁路长江轮渡北栈桥 7 号~13 号墩高潮位时水深在 1~6m 之间,河床地质为淤泥质砂粘土,承台尺寸相同,均为 5.4m*8.0m, 施工采用钢板桩围堰,其结构及内支撑尺寸相同,便于周转和重复使 用;由于水浅,堵漏及抽水工作量较小。综合考虑水文、地质、工期、 造价等因素,7 号~13 号墩用单壁刚板桩围堰。 钢板桩采用德国拉森(larssen)式槽型钢板桩,长度 15m,其数 量能同时满足两个墩使用,便于交叉作业,板桩入土深度为 8m(承

台底面以下 5~6m),内设两道支撑,支撑采用 2[40 栓接菱形框架 式结构,如图 2 所示。 三、混凝土围堰 混凝土围堰可分为重力式混凝土围堰和薄壁混凝土围堰。 重力式 混凝土围堰结构与沉井相似,一般用于岸上或浅水能筑岛的施工区 域,是一种比较传统的围堰形式,根据钢筋混凝土的受力特点,一般 以圆形结构为主,其同沉井的唯一区别是沉井是桥梁结构的一部分, 而混凝土围堰仅是一种施工结构。二者的施工方法相同,本文不再赘 述。下面重点介绍薄壁混凝土围堰的结构及施工工艺特点。 1.薄壁混凝土围堰的结构型式及特点 薄壁混凝土围堰一般采用双壁结构,其结构形式以圆形居多,也 有圆端形结构。它是一种分节、分层预制的装配式结构。其壁厚一般 为 20cm 左右,其平面形状根据承台结构形式以及水文等条件而定, 其高度根据浮运能力而定,节与节之间一般采用法兰连接,壁间下部 为封底需要填充混凝土,上部填充砂砾。 该种结构的特点为:其一,须在岸上预制,因此在桥位附近需有 码头并设有下水滑道;其二,由于其重量较轻,下沉困难,因此,仅 适用于河床覆盖层较浅的水中区域;其三,由于需采用水下对接,因 此其下沉须配备潜水员协助,对水流较大、较深的水域不宜实施。

2.施工工艺及施工要点(图 3) (1)施工工艺流程 (2)施工要点 a.混凝土围堰的预制 在靠近墩位的岸边设置预制场,将场地平整夯实后,在刃脚位置 布置木枕,在其上组拼模板;内模与钢筋一次组装,绑扎成型,外侧 模分次组立,边灌混凝土边接高,以便捣固。预制时,应确保模板不 滑移、不变形,特别是两节连接处,应确保尺寸准确。 b.设置滑道 从预制场至河内一定距离设置滑道,滑道需伸入一定水深的河 内,以满足龙门浮吊的吃水要求;滑道设-0.5%的纵坡,以便围堰 下滑。 c.围堰下水 待围堰节的混凝土达到设计强度后,用千斤顶将其顶起,将滑道 延伸至其下,推入运输平车就位并固定好,然后将千斤顶放松,使围 堰节落到运输平车上,再解除平车制动,用卷扬机牵引至水上滑道。 在拖拉时为防止失控,在围堰后方设一台小吨位卷扬机控制溜车。 d.浮运定位

利用平驳或浮箱组拼空腹式龙门浮吊,然后拖至滑道位置,利用 4 个吊构将围堰平稳吊离滑道,进入水域后缓慢放松吊绳,尽量降低 其重心,然后用缆绳将四角拉紧,利用 2 艘拖船或机动舟牵引,与定 位船连结,退出拖船,利用锚绳进行定位。 e.围堰的下沉与拼装 由于薄壁围堰重量较轻,在流速较大的情况下极易偏移,因此, 最好先在其墩位上下游设置定位桩,引导围堰下沉。围堰下沉至接近 河床时,潜水员下水清理刃脚处的卵石并大致磨平,然后用吸泥机吸 泥,使其落于基岩上,再用编织袋装干硬性水泥砂浆刃脚垫平。底节 围堰就位后进行临时锚碇,然后沉放第二节围堰外壁,对位后穿螺栓 连接。之后沉放内壁,将刃脚处填塞找平。两壁间吸泥干净后,在两 壁间灌注封底混凝土。围堰封底后,再依次沉放其余内壁,直至设计 标高,最后在内、外沉井间填充砂砾石。 3.应用实例 京九线泰和赣江特大桥,位于赣江中游,1 号~6 号墩位于主河 道上,水深 10~15m,2 号、3 号墩处覆盖层 2~4m,为中密饱和的 粗砂夹卵石。本着充分利用既有设备和资源、因地制宜的原则,综合 考虑水文、地质和通航要求等因素,经比选,位于主航道的 2 号、3 号墩采用双层薄壁钢筋混凝土围堰进行施工。

围堰外壁为圆端形,长 20m,宽 16.34m,壁厚 20cm,采取分 节预制,节长 3m,节间法兰连接。内壁为矩形,长 13.8m,宽 13.4 m,壁厚 20cm,框内设十字形隔墙。内、外沉井预制好后,按先外 后内的顺序逐节下水浮运拼装,内外壁之间填充混凝土及砂砾石,组 成挡水围堰。围堰构造如图 4 所示。 四、钢套箱围堰 近年来,由于钢材价格的下降,以及钢结构加工、运输、下沉方 便等方面的优越性, 钢套箱围堰越来越广泛地应用于大型深水桥梁的 基础施工中。 1.结构形式和特点 钢套箱围堰按形状可分为矩形(圆端形)和圆形,其中每种围堰 又有单壁、双壁以及单双壁组合式钢围堰。 圆形围堰,由于在水压力作用下,只产生环向轴力,可不设内支 撑,因此能够提供足够的施工空间,另外,由于其截面可以导流,因 此抗水流能力强,它适用于流速较大的深水河流的低桩承台的施工 中。但是,由于承台尺寸一般为矩形,因此,其封底的截面积较大, 封底混凝土的量较大。 矩形或圆端形围堰,可按承台的尺寸形状设计,减少了围堰钢壁 的用钢量以及封底混凝土的用量。但是由于该围堰需加设内支撑,给

后续工程的施工带来诸多不便。另外,其抗水流冲击能力和整体性较 差,不宜在流速较大的河流中使用。 单、双壁的构造主要是考虑钢围堰下沉的需要而设计,由于钢围 堰重量轻,在需要人土较深的情况下仅靠自重难以下沉,需灌注配重 混凝土,因此必须设置双壁结构;如果下沉较浅,借自重可以下沉, 可设计为单壁结构;如在满足下沉需要的前提下,又要节省材料,可 设计成单、双壁组合式结构。 钢围堰结构形式的确定受多种因素的制约,如水文、地质、起重 设备等。平面形状的确定主要受承台平面尺寸的影响以及水深的影 响。我们曾做过比较,当承台的平面尺寸长宽比小于 1.5 时,采用 圆形围堰更为合理,但水深大于 15m 的情况下,若采用矩形围堰, 需加设多层内支撑,施工空间难以保证,同时也大大增加了钢材的用 量,此时采用圆形围堰更为合理。 2.施工工艺及施工要点 (1)施工工艺流程(图 5) (2)施工要点 a.围堰的加工 为运输方便,一般选择船运比较方便的工厂进行加工。为减少墩 位处拼装工作量,一般根据现场起重能力分节在工厂加工。其加工顺

序为,先分单元在胎具上加工成型,然后在浮体上组拼。矩形围堰由 于较轻,一般是分块加工,一次拼装成型。 b.围堰的浮运 围堰的浮运根据下沉的设备情况而定,如果采用大型浮吊下沉, 可用平驳进行浮运;如果采用组拼的龙门浮吊下沉,可直接用浮吊进 行浮运。 c.围堰的下沉 矩形围堰由于重量较轻,可一次拼装到位,因此,精确定位后, 可一次放置于河床上。而双壁或单、双壁组合式围堰由于体积大,需 在水中边下沉边接高。其作业步骤为:将第一节放入水中定位,利用 双壁所产生的浮力自浮于水中, 然后接高第二节, 灌水或混凝土下沉, 再继续接高下一节,直至围堰全高。在围堰上搭设吸泥平台,布置吸 泥机进行下沉。围堰设计时,双壁间应设隔仓,灌注时应分仓对称进 行,以防钢围堰的偏移。 d.封底混凝土的施工 钢围堰沉至设计标高,灌注封底混凝土之前,要求潜水员用高压 水枪进行清理,整平河床面,同时,为了保证封底混凝土与桩身、箱 壁的良好结合,达到止水效果,潜水员应用高压水枪将桩身和箱壁上 附着的泥浆冲洗干净。

封底混凝土的施工采用垂直导管法。 水下混凝土靠自身流动性向 四周摊开。导管一般采用φ 300mm 无缝管,顶部设漏斗,导管数量 根据钢围堰内净空面积确定。 对于矩形钢围堰由于封底混凝土数量巨 大,可分成几个仓,分次灌注封底混凝土。混凝土一般由岸上拌合站 或大型拌合船供应,泵送至浇注位置。 3.应用实例 双壁钢围堰 1993 年已成功运用于京九线泰和赣江桥 4 号墩的施 工中,该围堰为拼装式矩形围堰,此不赘述。现将新长线长江轮渡北 栈桥的应用情况作一介绍。 该桥 1 号~6 号墩高潮位时水深在 6~10m 之间,加之承台的入 上深度以及封底高度,水头差均在 12~21m 之间。根据承台的尺寸 以及水位情况,我们对 2 号~6 号墩钢围堰采用圆形和矩形分别进行 了设计比较,这些承台平面尺寸均为 5.4m *8m,水头高度均在 12m 左右,在能满足承台墩身的施工条件下,采用矩形钢套箱围堰施工, 封底混凝土量小,钢材用量少,围堰加工简单,因此,2 号~6 号墩 选用了单壁矩形钢围堰,其结构见图 6。 1 号墩承台尺寸最大,为 12.4m * 7.6m 其水头差达 21m,桥墩轮 廊尺寸为 9.4m *5m,且构造复杂,采用矩形围堰,内支撑较多,不 能满足墩身施工空间要求。而采用圆形钢围堰,可不设内支撑,可为 承台、 墩身的施工提供较大的空间, 另外, 该墩位于深水区, 流速大,

采用圆形截面也更为有利, 考虑到下沉配重需要以及最大限度地节省 材料,五号墩采用了单双壁组合式钢围堰,其结构见图 7。为平衡壁 间混凝土的灌注,共设 8 个隔仓。 该桥由于有大型浮吊配合施工,因此其下沉方法为:矩形围堰一 次拼装下沉;圆形围堰按单双壁分两次接高下沉。 五、其他 在实际的施工应用中,还经常采用钢-混凝土组合结构围堰,下 部为混凝土围堰上部采用钢围堰时,其适用条件下重力式围堰类似, 优点是上部采用的钢围堰施工进度快,拆除方便;亦有下部采用钢围 堰上部采用混凝土围堰,它的适用条件同钢围堰,上部采用混凝土围 堰主要是考虑材料的价格因素。这种组合结构围堰本文中不一一列 述。 六、结束语 深水桥梁低桩承台的围堰形式是多种多样的, 每种围堰都有其各 自的特点和适用条件,施工中应根据各自桥梁不同的水文、地质、材 料以及设备等条件,综合考虑各种因素进行比选,不应死搬硬套,随 着深水桥梁建设以及设备的发展,新材料的应用,采用大型低桩承台 的结构形式越来越多, 其施工技术和围堰形式也必将得到进一步的发 展。


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