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深水基础围堰施工简介


【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. 本 篇 文 章 来 源 于 " 863 建 筑 工 程 资 讯 网 " 转 载 请 以 链 接 形 式 注 明 出 处 网 址 : http://www.863p.com/transportation/transportbridge/200609/8364_2.html

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