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深水基础套箱围堰施工综述


深水基础套箱围堰施工综述
纪尊众 刘长勇 李小和 (铁道建筑研究设计院) 【摘要】就深水基础套箱围堰的几种结构形式及特点进行了论述,并介绍了相应的应用情况,为 类似工程的施工提供了有益的经验。 【关键词】深水基础 围堰 施工

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。钢板桩可以打入上中或连到物件上,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 13.4m,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。

参考文献 [1]徐峰.双层薄壁钢筋混凝土围堰在深水基础施工中的应用.铁道建筑技术,1995(2) [2]纪尊众.泰和赣江桥深水基础施工使用的双壁铜围堰,铁道建筑技术.1995(3)


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