深水基础围堰施工技术研究

【摘要】随着科学技术的不断发展,围堰施工技术在深水工程中得到了广泛的应用。本文从围堰的类型及工艺流程、异形钢围堰的受力分析及对某长江公路大桥深水的分析等几个方面进行了探讨。

【关键词】深水；围堰；技术

中图分类号： TU74 文献标识码： A

一、前言

近年来，围堰施工技术普遍的应用在工程中。在围堰施工技术上我国虽然取得了一定的成就，但依然存在一些问题和不足需要改进，在科技突飞猛进的新时期，加强深水基础围堰施工技术研究，对我国深水基础围堰工程有着重要意义。

二、围堰的类型及工艺流程

1、目前,深水围堰主要有以下几种:木质围堰、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,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;钢板桩围堰主要为单壁结构;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。

2、工艺流程

采用“先平台后围堰”方案施工深水基础的工艺流程为:钻孔桩施工围堰设计与加工(可与钻孔桩同步进行)围堰现场拼装、下沉围堰清基、封底抽水后进行承台施工。

三、实例分析

1、工程概述

某长江公路大桥主桥为48+204+460+204+48m五跨连续双塔双索面半漂浮体系钢箱梁斜拉桥,设计行车速度为120km/h,设计荷载为汽车-超20级,双向六车道。主梁钢箱梁高3m,宽38.8m,宽度居国内同类桥梁之首。斜拉索全桥共设4*18对,顺桥向标准间距为12m,横桥向间距为36m。主塔高163.6m,主塔基础采用19根Ф2.5m的钻孔灌注桩,桩长40~42m,进入微风化岩层8m,桩顶以上是直径30m、厚6m的圆形承台。主塔基础采用双壁钢围堰挡水结构进行施工,钢围堰内径30m,外径33m;围堰总高30.5m。采用异形钢围堰,即在圆形钢围堰的上下游处焊接两个簸箕形构造,以方便塔柱变化处的施工（图1）。工程于1999年1月开工,2001年11月建成通车。

2、异形钢围堰的施工

（1）施工方案

根据受力需要，主塔墩基础采用19根直径2．5米的钻孔桩。主塔基础为低

桩承台，桩基为19根书2.5米长度约40米钻孔灌注桩，钻孔桩进入微风化7.2米。桩上是6米厚砼承台，承台直径30米。采用双壁钢围堰作为钻孔、封底的围水结构和承重结构，同时还能减小桩的自由长度。基础主要技术参数见(表1)。

主塔墩处河床无覆盖层，初步设计阶段通过对钢管桩平台钢吊箱、钢围堰等

施工方案的综合经济技术比较，决定主塔墩基础采用钢围堰方案施工。钢围堰起主墩基础及下塔柱的围水结构、施工平台的承重结构及减短基桩自由长度的作

用，不考虑作为基础的一部分而成为复合型基础。由于桥面很宽(居国内同类桥

梁宽度之首)，按常规设计，钢围堰的直径将达到44米。为了减小钢围堰的规模、

方便旖工，节省造价，同时又能保证索塔造型的美观，设计首次创造性地提出了

异形钢围堰的结构，即在圆形钢围堰上焊接两个簸箕形构造。

（2）异形钢围堰的加工技术

钢围堰在工厂加工，现场安装，异形钢围堰上口长17.5米，宽6.869米；下口长17.5米，宽1.87米。异形钢围堰高16.648米，分4节接高。钢围堰分节高度表见(表2)：

钢围堰加工在工厂进行。按上表分节高度要求圆形钢围堰分7节段、异形钢围堰分4段进行加工。圆形钢围堰平面每节分8块加工，用驳船运抵现场后组拼成节，其中首节钢围堰在工厂拼成整节运至现场入水自浮，用钢绳拖入导向船组内定位；2-4节段圆形钢围堰节段在施工现场设拼装船进行拼装，250T大型浮吊直接吊装接高进行施工；5―6节段因水位不足采取散拼施工；节段7待下斜柱旖工时根据需要加设。异形钢围堰在拼装船上预先分节拼成整体进行安设。

3、异形钢围堰的施工步骤

首节钢围堰制造与定位,将首节钢围堰在岸边拼装焊接成整体,浮运至墩位处初定位;在首节钢围堰锁定后,调平围堰,以后的每一节段均在拼装船上组拼焊接成整体,运到墩位处,以250t浮吊整节起吊与下一节进行焊接,每接高一节即均匀灌水下沉。当围堰接高下沉至刃尖距河床0.5m左右时对围堰精确定位,然后均匀灌水,快速实施钢围堰刃脚的着床,然后均匀吸泥稳步下沉即可实现钢围堰的着岩。并对钢围堰采取有效的稳定措施,以整平围堰、抵抗水流冲击和冲刷,牢固地稳定围堰;预计下沉着床时间短,故对锚碇系统的布设极为简化,利用打桩船作定位船,充分利用其上的绞车和锚缆设施。导向船利用一艘起重船在主航道一侧导向,用钢丝缆将钢围堰环绕系在起重船上,岸侧设有三条岸缆,考虑到钢围堰着床时覆盖层冲刷无几,采取了抛筑钢筋网石笼加固措施。钢围堰的锚碇系统是采用一条导向船和一条定位船的方案,导向船和定位船均自成体系,自身稳定性及调节能力强,能抵抗水流力、风压力及船舶撞击,通过定位船来抵抗围堰所承受的水流力,通过导向船来稳定和调整钢围堰,并在钢围堰另侧设拉缆平衡稳定钢围堰；钢围堰内清基、下放钻孔钢护筒、封底钢围堰。

四、受力计算

1主缆的总阻力

式中：冠为定位船、导向船组和系舶在这两艘船上的工作船的水下部分所受水流冲击力而引起的缆索拉力；

式中：F为摩擦系数(铁船0．17，木船0．25)；s为船舶沉入面积(聊2)：S=L(2T+o．85t})；L为船长(m)：r为吃水深度(m)；曰为船宽(m)：V为水流速度(m/s)；∥为阻力系数(方型为10，流线型为5)；F为船入水部分垂直子水流方向的投影面积(m2)：R：为钢围堰入水部分的水流阻力：

式中：d为挡水形状系数(矩形1．0，圆形0．80，流线形0．75)；，为水的密度(KN／m3)，对于淡水，r=10．0，对于海水，，=10．2；D为钢围堰宽度或直径(m)；H为钢围堰最大的浸水深度，以预计着床时的河床冲刷面标高与当时水位标高确定(卅)：v为着床时的水流速度(m/s)。R与水流速度成平方关系，加之着床时水深较大，流速与水深又呈非线性关系，在进行施工组织设计时很难准确取值，常用该河段某一水位的平均流速取值。为确保旋工安全，可对主锚缆安设测力装置和预留锚缆以各急需。R钢围堰用船舶组水面以上部分的风阻力；

K为填充系数(对实体取K=1．0，对塔吊、桁架等透空体取K=O．4)；Ώ为受风面积(m2)，包括R中所有船舶和其上的设备的受风面积：P为单位面积上的风压(KN／m 2)：P=K。％；Ko为风压高度变化系数，可从风压资料中查取，当离水平高度5m～50m时，取K。=0．80～1．67；Wo为基本风压(KN／m 2)，可从当地风压图中查取。

2、尾缆的阻力Rw

尾缆在双向流速的施工条件下，其受力计算与式(1)相同，但流速与风压的取值，应以尾缆方向的数据计入。尾缆在单向流速的施工条件下，其作用是维持上、下游方向的平衡，在黄石长江大桥施工中，我们参考以往其它大桥的经验，取主缆总阻力的0.4倍，效果良好。

3、钢围堰下兜缆阻力r

当钢围堰下沉时，为抵御水流阻力，保持钢围堰的竖直，应设下兜缆见。

式中；R，为钢围堰入水部分的水流力，按式(3)计算；a、b分别为R，的

作用点与下兜缆力点至钢围堰在导向船组的支点的距离。式中未考虑钢围堰水上部分的风压力。

五、产生的技术效果

该长江公路大桥在不利的水文地质条件下,经过经济合理的设计,在国内首次采用了大型异形双壁钢围堰钻孔基础,在长江上施工取得了成功,并且积累了丰富的实践经验。如前所述,因本桥桥面很宽,索塔下塔柱的斜率又较大,异形双壁钢围堰的采用优点明显。通过对比可知,异形双壁钢围堰较常规圆形钢围堰,几何尺寸小,材料用量省。本桥采用的异形钢围堰有其独特的施工技术特点:适合工程建设实际,节省投资和缩短工期,结构安全；施工工序单一,主要是拼装、焊接,施工方便；灌水下沉,如果发生偏移,可以排水上浮。¼部分钢围堰可以回收利用。

主塔异形钢围堰,也可以做成矩形、圆端形或多边形(例如温州大桥主塔的八边形围堰),其在设计施工方面的成功经验,在一定程度上填补了国内基础设计和施工技术的空白,极大地丰富了我国的深水基础建设的内容,并且给围堰施工的深水基础的设计和施工提供了参考。

六、深水基础围堰施工技术的意义

对于深水基础围堰施工技术,是先平台还是先围堰,要根据具体的工期要求、特定的水文和地质条件等综合因素确定。施工技术要经济合理、安全。既要保证深水基础施工的结构安全，极大缩短工期，解决深水基础施工周期长、耗费材料多的难题，创造良好的社会及经济效益。

七、结束语

通过对深水基础围堰施工的技术研究问题分析，进一步明确了围堰施工技术在深水工程应用中的方向。因此，在深水工程领域的后续发展中，要不断提高围堰施工技术的探索，促进深水工程技术领域的发展。

参考文献

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[2]陈侃 安庆长江公路大桥特大型深水钢围堰施工技术 安徽建筑工业学院学报2003年

[3]陈明宪 大型桥梁深水基础的设计与施工 湖南交通科技 1994年