深水墩高桩承台围堰施工技术

摘要：钢套箱围堰方法是桥梁深水基础施工方法之一，由于其施工速度快，成本低，安全性较高等优点，近年来在各大桥梁施工中得到了广泛的应用。文章主要结合工程实践，根据自己的经验，重点介绍了深水基础混凝土围堰、双壁钢套箱围堰的应用情况,为类似工程的施工方案比选提供参考。

关键词：钢吊箱围堰； 桥梁深水基础；施工方法

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

我国桥梁深水基础技术发展至今已达到国际先进水平。桥梁深水基础的修建，施工中防水、防土以及防止冲刷、滑坡等是关键，也是难点。除沉井和沉箱基础具有防水功能外，深水中管桩、桩基础的施工，常需要配以防水围堰。

目前，桥梁深水基础施工中，采用的防水围堰大致有：钢板桩围堰、双壁钢围堰、异形钢围堰、双壁薄层钢筋混凝土围堰、锁口钢管桩围堰以及钢吊箱围堰等形式。下文结合某大桥主桥深水承台施工为例,对钢吊箱围堰与混凝土围堰在高桩承台施工中的应用进行比较分析。

一、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, 沉井是桥梁基础结构的一部分, 而混凝土围堰仅是一种施工结构。二者的施工方法相同。

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。

二、钢吊箱围堰

其中钢吊箱围堰是为承台施工而设计的临时阻水结构,其作用是通过吊箱围堰侧板和底板上的封底混凝土围水,为承台施工提供无水的干燥施工环境。同钢围堰比较,钢吊箱围堰具有施工工期短、水流阻力小、利于通航、不需沉入河床、施工难度小、混凝土用量少等特点，因而在大跨深水大型桥梁中得到了广泛应用。

三、应用实例

某大桥总长为1981m，其中引桥长1222m，斜拉主桥长 755m。主线为双向6 车道，设计车速为80km/h。主桥采用双塔单索面预应力混凝土刚构斜拉桥。主桥墩身采用双薄壁实心墩，主墩承台施工包括22#、23#墩，均处于深水中。承台为整体式圆柱承台，直径为29.0m，厚度为5.0m，顶面高程为－1.3m，底面高程为－6.3m。承台采用C30混凝土。区内沿线地表覆盖第四系冲淤积层及砂土层，根据钻探结果，主桥位区从上到下: 22#墩主要为淤泥层(少部分墩位)、粉砂、全风化混合岩、强风化混合岩、弱风化混合岩、微风化混合岩；23#墩主要为淤泥层、全风化混合岩、强风化混合岩、弱风化混合岩、微风化混合岩。多年平均山潮比为0.26，属潮汐作用为主的河口。

四、主墩承台施工方案比选

大桥两个主墩承台处地质情况复杂，22#墩处河床最低高程－1.41m，承台埋置河床深度4.89m；23#墩处河床最低高程－2.43m，承台埋置河床3.87m。根据基桩勘测地质资料显示:22#墩从河床向下除局部存在强风化岩层外，其余均为砂层；23#墩从河床向下覆盖1～ 2m 淤泥外，其下均为全风化或者强风化岩层。结合以往经验，承台封底厚度暂按2.5m考虑，则22#墩承台开挖深度最浅为 7.89m，23#墩则为6.87m。由于承台埋置河床深，受水深(高潮水位至承台底深13.84m)和过往船只的影响，给施工带来了很多难点。为保证施工安全，通过对地质、水文等分析计算，决定采用无底双薄壁钢筋混凝土围堰或无底双壁钢套箱围堰进行承台施工。

五、方案选择与验证

1、选择施工方案

22#和23#钢围堰和混凝土围堰方案各工序的施工时间、费用等可以看出，对于同一工程，采用不同的施工方案所取得的效果是不相同的。经过专家多方面的技术认证，并进行了经济方面的对比，钢围堰比混凝土围堰工期短、费用低。为防止环向标准弧段对接时的竖向焊缝形成通缝，第二层围堰在与第一层对接时，整体逆时针旋转半个标准弧段(15°)，同时应保证旋转后的两层竖向加劲对齐。围堰连通管采用12根127mm×5mm 钢管，环向均匀分布于围堰+4.5m处平面，并与围堰内、外面板焊接，保证不漏水。

围堰标准弧段现场对接顺序如下: 各块件水平焊缝点焊竖向焊缝点焊内、外环向加劲板对接施焊拼装前围堰直径差为负值时，焊外壁板水平缝；正值时，焊内壁板水平缝，进行水平缝施焊内外壁板竖缝施焊其它缝施焊。为保证套箱围堰加工偏差满足要求和解决焊接、拼装过程中直径收缩问题，设置直径预扩张量ΔD=D/500=58.8mm。放样精度要求平面位置偏差不大于±10 mm；直径偏差不超过±20mm。为了检查焊缝质量，套箱下水前必须进行油渗和密水检验，保证套箱不渗水。

2 、方案论证

围堰标准弧段的吊装和局部撞击是否满足要求是一个重要环节，本文采用有限元软件MIDAS建立空间模型，对上述两种工况下受力进行了验算。

（1）、标准弧段吊装考虑施工现场的吊装、焊接以及加工工艺，取底节单块标准弧段、四点吊装进行分块分析计算，此种计算的边界条件为履带吊。型钢最大拉应力为 5.72 MPa，最大压应力为3.56MPa，二者均发生于吊点局部竖向加劲型钢，小于钢材容许应力。钢面板最大组合应力为6.34 MPa，发生于吊点局部外侧钢面板。型钢最大剪应力为 0.3MPa，发生于吊点局部水平桁架处，该应力小于钢材容许应力。构件最大组合变形值为1.97mm，发生于刃脚部位。计算结果表明，该双壁钢围堰在加工、使用过程中具备较好的刚度、强度和稳定性，满足吊装的要求。

（2）、围堰局部撞击验算计算荷载考虑静水压力、动水压力、土压力、波浪力等荷载组合作用，并在围堰顶部向下3m 处沿动水压力、波浪力同方向施加40kN的集中力。型钢最大拉应力为 131.4MPa，最大压应力为170.6MPa，二者均发生于撞击局部水平桁架。钢面板最大组合应力为8.3MPa，发生于撞击局部外侧钢面板。型钢最大剪应力为 15.7MPa，发生于中间节围堰竖向加劲处。构件最大组合变形值为6.36mm，发生于撞击局部。计算结果表明该工况也满足要求。

六、结语

本文根据不同地质情况，对两个主墩承台施工方案进行介绍比较，最终选择的钢套箱围堰施工是一个较为合适的施工方案，实际应用效果较好，降低了施工难度，节约了施工费用，缩短了施工工期，既满足施工质量，又降低工程项目的投入和加快施工进度的目的。

参考文献

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[2]胡南，弋安，黄建文.海伦大桥水中桩基施工若干问题的处理[J].国外公路.2000（05）.