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深水基础围堰施工方案比选

来源：易榕旅网

铁　道　建　筑RailwayEngineering

February,2009

文章编号:100321995(2009)0220006203

深水基础围堰施工方案比选

钟振云

(铁道部工程质量安全监督总站南昌站,南昌　330002)

摘要:就深水基础围堰的几种结构形式及特点进行了论述,并重点介绍了深水基础钢板桩围堰、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有益的经验。关键词:桥梁深水基础　围堰　施工方案比选

中图分类号:U4451556　文献标识码:B　　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。南昌铁路局近几年来也修建了许多水中桥梁,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。本文针对水中桥墩施工中的难点———低桩承台的施工围堰加以总结,以便在类似工程施工中参考。

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。

1　围堰的类型

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。下面分别就几种常用围堰的结构形式及适用条件结合实例加以综述。

3　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。311　结构形式及特点

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。钢板桩围堰可多次重复使用,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,不宜在流速较大的情况下使用;其二,由于其本身强度、刚度的局限,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,不宜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,不宜在透水性强,承载力小的地层条件下使用。312　施工要点

1)插打钢板桩　应用固定的临时导向架插打钢板

2　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

收稿日期:2008206223;修回日期:2008211203

作者简介:钟振云(1973—),男,湖南衡阳人,工程师。

2009年第2期深水基础围堰施工方案比选　　　　　　7

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。

2)抽水堵漏　钢板桩插打完成并做好加固措施后即可抽水。抽水时检查各点是否顶紧、板桩与导框间木楔是否挤紧,抽水速度不宜过快,要随时观察围堰的变化情况并做出相应处理。当发生锁口渗漏时,用棉絮在内侧嵌塞,同时在漏缝外侧撒大量木屑或谷糠,使其由水流夹带至漏水处自行堵塞。桩脚渗漏时采用在桩脚处填筑土袋、填充水下混凝土的止水方法,若桩脚渗漏是因河床透水引起的,则采用向透水层压注水泥砂浆或采用水下混凝土封底的方法止水。3)拔桩　钢板桩拔出前,应先将围堰内的支撑及其他设施从上到下陆续拆除。并陆续灌水使内外水压平衡,使板桩挤压消失。拔桩设备可用吊船、吊机、拔桩机、千斤顶等,也可用桥墩身做扒杆来拔,如拆除困难则进行水下切割。313　应用实例

浙赣线电气化提速改造,DK774+665袁水河双线特大桥位于江西省新余市分宜县境内,全长737115m,

孔跨为22×32m。该桥18墩承台尺寸为613m×1116m,承台埋于河床下3116m,水深8m。河床覆盖层薄且岩面倾斜严重,为软弱不均的白云岩夹灰岩。在河床覆盖层薄且岩面倾斜严重的地质条件下,钢板桩围堰存在插打困难,堰底极易漏水,且堵漏存在问题。定位桩难于施工,围囹难以成型,易造成钢板桩围堰失稳或整体位移和倾斜。如采用无底套箱或其它类型围堰施工,因基岩面严重倾斜,围堰下沉就位困难,一旦偏移设计位置,难于纠偏;加之投入加大,有可能突破预算,甚至影响工期。

18墩最终采用筑岛钢板桩围堰施工方案(图1)。该方案具有以下优点:施工工艺成熟,筑岛速度快,工期能得到保证。对侵入承台范围内的基岩,可以在筑岛完成后,采用水下控制爆破,先爆破侵入承台范围内的岩石,后钻孔成桩,避免扰动成桩混凝土,工程质量能得到保证。

钢板桩采用德国生产的拉森Ⅳ式(400mm×185mm×1411mm)钢板柱,长度16m,钢板桩围堰尺寸818m×1316m,内焊接3层内支撑加固。河水水位为6619m,水深约8m。

图1　18墩钢板桩围堰支撑平面示意(单位:cm)

　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。411　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,在入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<115时,采用圆形围堰更为合理。但水深>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。412　施工要点

1)围堰的加工　为运输方便,一般选择船运比较

4　钢套箱围堰

近年来,由于钢结构加工、运输、下沉方便等方面

方便的工厂进行加工。为减少墩位处拼装工作量,一

　　　　　　8铁　道　建　筑February,2009

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。

2)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。

3)围堰的下沉　矩形围堰由于重量较轻,可一次拼装到位,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,布置吸泥机吸泥下沉。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。

4)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<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。413　实用实例

南昌枢纽西环线沙田赣江特大桥跨越赣江,桥梁

总长8957141m,为双线铁路桥。16～20(4×120m)主墩承台为圆端形低桩承台,尺寸为2016cm×1400cm×400cm。地质条件为砂砾覆盖层1～4m,

图2　圆形围堰示意图(单位:mm,高程单位:m)

节后加载下沉,每节质量约100t。围堰下沉时采取抓斗挖泥,同时采取吸泥射水配合,就位后用钢套箱搭设

钻孔平台钻孔。18、20采用先桩后堰法施工,围堰在平台上逐块拼装,利用钢护筒设置立柱门吊进行围堰下沉。封底混凝土采取垂直导管法多点灌注水下混凝土,封底混凝土达到设计强度后,围堰内抽水,按常规方法施工承台。墩身出水后拆除围堰。

5　结语

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,其适用条件与重力式围堰类似,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。

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。结合工地一些方案的比选,希望能给大家一点借鉴。

参

考

文

献

下伏W2砂岩。按照施工水位17m计算,承台底以上水深在8m～11m。为使钢围堰达到能自浮及注水平稳下沉的目的,钢围堰采取单、双壁组合式结构,并用隔仓板分隔成几个部分,每个隔仓是独立的,相互间不贯通。双壁钢壳结构均由内、外壁板,竖向肋骨、竖向加劲肋、水平桁架、竖向桁架组成,见图2。

围堰顶高程按+18m考虑,考虑封底厚度2m。围堰采用圆形单、双壁组合结构,围堰内径2112m,壁厚112m,共分三节,每个墩一套。围堰施工可根据具体情况,采用先堰后桩法或先桩后堰法。16、17、#

19三个主墩因覆盖层较浅,直接搭钢管桩钻孔平台,稳定性难以保证,采用先堰后桩法施工。施工时在岸边拼装底节,滑道下水,底节漂浮到墩位后,精确定位,注水下沉。后面两节采用水上浮吊逐块接高拼装,成

[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[J].铁道建筑技术,1995(2):328.

[2]纪尊众.泰和赣江桥深水基础施工使用的双壁钢围堰[J].

铁道建筑技术,1995(3):14216.

(责任审编　赵其文)

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