摘要：近年來我國修建了不少跨越大江大河甚至跨越海灣的深水基礎，取得了很大的成績。橋梁深水基礎往往處于水深流急，地質條件極其復雜的環境，修建深水基礎時采用的防水技術一般就是圍堰和鋼吊箱。雙壁鋼圍堰具有結構強度高，防水性能好的特點，在橋梁深水基礎中得到了廣泛應用，并且它能承受較大的水壓力，結構簡單，施工簡便。
　　本文根據橋梁深水基礎雙壁鋼圍堰施工，淺析鋼圍堰施工工藝，探討合理的圍堰施工方案。
　　
　　關鍵詞：深水基礎，雙壁鋼圍堰，施工工藝
　　
　　一、鋼圍堰施工工藝簡介
　　雙壁鋼圍堰主要由井壁、隔艙、刃腳、頂部支座和一些其他配置組成，其主要施工工序為:在拼裝船上拼裝雙壁鋼圍堰、浮運、起吊下沉、鋼圍堰接高、并在鋼殼內灌水、澆筑承臺及墩身、拆除上部鋼圍堰。
　　深水基礎施工方案主要取決于當地地質條件。從施工方面看，鉆孔灌注樁基礎的施工有分為先下鋼圍堰后成樁和先成樁后下鋼圍堰兩種施工方案。
　　(一)先下鋼圍堰后施工鉆孔方案
　　先下鋼圍堰后施工鉆孔樁方案具有以下優點：
　　1、鋼護筒厚度及長度減少易于準確定位；
　　2、節省鉆孔平臺鋼管樁鋼材也可節省加工焊接及施工樁的的費用；
　　3、節省鉆孔平臺的穩定措施費。
　　若無覆蓋層或覆蓋層很淺時宜采用先下鋼圍堰后施工鉆孔樁方案。
　　(二)先成樁后施工鋼圍堰方案
　　先成樁后施工鋼圍堰具有以下優點：
　　1、施工快，從施工鉆孔平臺鋼管樁、架設平臺至開鉆時間短；
　　2、可降低鋼圍堰高度，節省工期，降低造價；減少雙壁鋼圍堰夾壁混凝土量；
　　3、避免巖面高低不平時，鋼圍堰不規律的高低刃腳著巖難度；
　　4、清除鉆渣難度減少；
　　5、封底混凝土量可減少。
　　因此，先成樁后施工鋼圍堰方案常被用于覆蓋層較厚，且覆蓋層較軟、承載能力較小，工期和造價有要求的工程中。
　　二、圍堰施工工藝淺析
　　（一）圍堰加工
　　為便于施工，“鋼堰”制作時在平面上分塊和高度上分節。分塊時力求等分和對稱；分節高度則以制作、接高的起重能力而定，在條件允許時，節段越次數和水平焊縫的現場焊接量。
　　分塊是“鋼堰”制作的第一道工序，也是施工質量的首道關口。為使塊體幾何尺寸準確和具有互換性，應在特制的胎架上進行組裝。為保證焊縫質量和水密性，力求平焊，盡量減少仰焊和立焊。制作時應選擇具有塊體翻轉技術措施和起重能力的專業廠家加工。
　　塊體運輸一般都用船運，因其體積大，陸運有諸多不便。運輸堆放時，要存放均勻，綁扎牢固，確保運輸過程的安全。
　　首節“鋼堰”的組拼是施工中的重要環節，它對施工進度和施工投人有舉足輕重的作用。組拼方法與施工單位的設備、水上起重能力和習慣作法有關。常用的組拼方法有：
　　1、在墩位附近岸側設浮式拼裝平臺拼裝成節，起重船整節起吊就位；
　　2、在兩導向船間設浮式平臺，用導向船上的起重設備起吊塊體拼裝成節，在導向船上設吊架吊起，退出浮式平臺下放就位；
　　3、在兩導向船間架設臨時拼裝平臺，用導向船上的起重設備起吊塊體拼裝成節，在導向船上設吊架吊起，拆除臨時拼裝平臺，下放就位；
　　4、在墩附近岸側修建簡易滑道，在滑道上拼裝成節后下滑人水，拖運至導向船組就位。
　�。ǘ�）雙壁鋼圍堰的錨碇系統布置
　　根據施工水域水文條件和通航要求，圍堰錨碇系統可以采取靈活多變的布置方式。錨固設備包括定位船、導向船、錨、錨纜和錨纜受力調節設備。一般情況下，如果水流是單流向的，可以只在上游設置定位船，并同時設置導向船；如果施工區域受潮汐等因素影響，水流速度、方向時而發生變化，應同時在上下游設置定位船。定位船的作用是抵抗圍堰所承受的水流力，導向船的作用則是用來穩定和調整鋼圍堰。導向船和定位船自身應有較強的穩定性及調解能力，以抵抗圍堰所受的外力。如果在圍堰的一側設置導向船，則應在圍堰另一側設置拉纜，保持圍堰的平衡與穩定。武漢軍山長江大橋錨碇系統布置即采用這種形式。如果上下游均設景定位船，可以不設導向船，但需在圍堰左右兩側設置邊錨以保持圍堰的穩定與平衡。
　　“鋼堰”在深水施工中，由于體積大、沉放時間長，本身的定位及穩定主要依靠錨錠系統承擔。“鋼堰”錨旋系統，由錨纜設施、定位船、導向船組三大部份組成，其布置與施工區的流向、流速和河床表層土質有關。確保施工期鋼圍堰的安全，是錨錠系統布置的首要出發點和歸宿。
　�。ㄈ�）圍堰接高
　　“鋼堰”首節就位后，就以自身的浮力形成接高平臺。
　　接高的方法有：
　　1、利用起重船將成節“鋼堰”吊入接高；
　　2、以首節為拼裝平臺、利用導向船上的起重設備將分塊吊人組拼接高；
　　3、以首節為拼裝平臺，現場拼焊成節接高。
　　三種方法中，方法是先進的施工工藝，接高時節間僅一條水平焊縫，節段工期短，焊接質量有保證，惟一的缺點就是需要大型水上起重船；是國內橋梁主墩“鋼堰”施工的常用工藝，它可以充分利用導向船上的桅桿吊、起重機吊拼塊體，具有較合理的綜合效益；方法(3)是過時的施工工藝，施工質量與施工進度都不能與現代化建設形勢相適應，惟一可取之處，就是設備簡單，施工投人少。
　　節段接高過程中要對“鋼堰”夾壁內灌注素混凝土加重，調整節段水平焊縫距操作平臺的高度在1.5m左右，以便施焊人員操作。還要根據水流與接高情況，及時安設下兜纜，控制“鋼堰”的垂直度。
　�。ㄋ模﹪�堰下沉
　　“鋼堰”的著床與下沉是極其重要的施工環節，必須在施工組織設計中對不同地質條件進行穩定與下沉系數的驗算，并據以采取相應的預挖措施，以免貽誤工期。
　　當“鋼堰”著床于砂、土層時，應根據要求的下沉深度計算下沉系數。首先對“鋼堰”夾壁內采用加水、加砂等低成本及加入與排出簡易的材料的助沉措施驗算其下沉系數，如不能滿足要求，可換放砼塊或澆注砼(澆注標高以不高于“鋼堰”切割線為原則)。再不能滿足要求時，則需采取外部助沉措施。
　　當“鋼堰”著床范圍的覆蓋層較薄，其下的巖面高差在0.5m以內，著床時其覆蓋層可能被沖光，也可能殘留無幾，著床時“鋼堰”的垂直度能保持在施工規范允許范圍，著床后稍作處理即可達到下沉的設計要求，及時采取拋石或石籠圍護，保證基腳穩定，即可進行封底工序。武漢軍山長江公路大橋6號主墩“鋼堰”施工就是這一情況的實例。當“鋼堰”著床范圍的覆蓋層較薄，預計著床時已被沖光，且巖面高差甚大，就必須采取可靠的技術措施確保著床的準確性和穩定性。
　　黃石長江公路大橋5號墩的覆蓋層0.5～5.2m，土質上部為中、粗砂，下部為卵石層，“鋼堰”著床在巖基上，巖面高差最大4.48m，施工時的水深17.5m，流速1.5m/s。在作施工組織設計時，作了兩個對比方案:一是先清除水下砂礫層，對巖面進行控爆找平。這一方案的優點是直觀，下沉著床易于控制，難點是深水清除砂礫層難度大、功效低，貽誤長江枯水黃金季節的可能性甚大，加之該河段是滑坡的敏感區，5號墩位又臨近岸邊100余米，水下挖砂和爆破有損江堤的安全，未予采用。二是精確勘測“鋼堰”周邊巖面的變化，繪制實測巖面高差的周邊展開圖，據以制作首節“鋼堰”底部的異形刃腳。下沉過程中，采取糾偏、糾扭的技術措施，并利用著床前的水流沖刷清除覆蓋層，著床后采用液壓支撐，鋼支墩，水下不離析鹼阻塞空隙，確保“鋼堰”刃腳支承面大于60%的要求，并在外部四周拋筑鋼筋網石籠穩定基腳。經實踐，順利完成了著床下沉任務，創造了大巖面差、深水、大流速條件下，下沉異形刃腳“鋼堰”的施工范例。
　�。ㄎ澹┓獾谆炷�土施工
　　1、圍堰的封底厚度分析
　　封底混凝土厚度主要由兩個因素決定:(1)鋼圍堰封底排水后，封底混凝土底面上受到向上作用的水壓力Pw，封底混凝土猶如一種周邊支承的板結構，在Pw的作用下，其厚度要保證板有足夠的強度以抵擋向上的水壓力而不破壞。
　　其靜力平衡方程為。
　　式中分別為封底混凝土最小厚度(m)、面積(m2)、容重(kN/m3)、周長(m)、封底混凝土與鋼圍堰接觸面上的單位粘著力(MPa)、水的容重(kN/m3)和堰內抽水深度(m)。
　　考慮抗浮時，除了考慮封底混凝土與鋼圍堰接觸面上的粘著力以外，其實還有其他一些有利因素。如工程樁作用于封底混凝土的抗浮作用;圍堰下沉至巖面時，封底混凝土與巖面結合，造成水壓力作用面積減小等。這些因素有時難以定量計算，但可以作為安全儲備來考慮。在確保封底混凝土強度和圍堰抗浮的前提下，應盡量減小封底混凝土的厚度，降低工程投資。
　　2、封底混凝土施工
　�。�1）圍堰封底
　　對鋼圍堰水下大面積封底混凝土灌注工序，采用混凝土攪拌站集中拌和，混凝土罐車運輸至施工現場，混凝土泵車輸送進人導管漏斗的施工方法。
　　混凝土罐車水平運輸，混凝土泵車泵送人漏斗。在灌注混凝土前應對鋼圍堰內的河床地形情況進行詳細測量，并由潛水員沿鋼圍堰四周刃腳認真探察，對刃尖處有和外部穿通的現象，用麻袋混凝土或麻袋砂卵石堵漏，保證封底混凝土不外漏。為了在混凝土灌注過程中保持圍堰內外水頭平衡，在鋼圍堰上設置排水孔道，因為大面積封底不能一下把圍堰刃尖封死，隨著混凝土的下灌，圍堰內的水要高于江水位，排水孔可調節內外水頭差，防止刃角出現漏水現象。
　　封底混凝土主要作用是為了保證圍堰抽水后的安全、不透水，澆注時要隨時掌握水下混凝土的高度，防止出現澆注過高或者過低的現象。澆注施工的方法可以參考鉆孔灌注樁施工規范。需要特別注意的是，由于圍堰底部比鉆孔樁要大，因此第一盤封管混凝土特別重要。封底混凝土澆注完成以后即可進行養生，養生不需特殊的工藝及設備，由于工程已在水下，因此只需放置10～15d即可。
　�。�2）封底后抽水
　　待混凝土強度達到設計強度的70%以后即可抽水。在抽水過程中要隨時觀察圍堰的變形及漏水情況，防止水壓力過大造成圍堰變形。如果有漏水或者變形的地方，應注意暫停抽水，待處理完畢并觀察不再變形及漏水以后再繼續抽水。圍堰內的水抽干后，應觀察堰底封底混凝土的漏水情況:如果漏水不嚴重，可以用水泵抽水維持堰內的的水位符合要求,如果漏水嚴重應采取封堵措施。
　　三、結論
　　綜上所述，就橋梁深水基礎雙壁鋼圍堰得出如下一些結論：
　　(1)雙壁鋼圍堰適合于橋梁深水基礎施工，我國已具有豐富的工程實踐經驗。在圍堰構造設計時，要與基礎承臺的構造相協調，避免尺寸過大。應與其他結構方案進行技術和經濟比較，在設計中做到形式靈活多變、結構受力合理并最大限度地降低工程造價。
　　(2)在考慮自重、水流力，風荷載及漂浮物對圍堰的撞擊力等外力的基礎上，應對圍堰的抗滑移、抗傾覆和抗浮穩定性進行驗算。在圍堰錨碇系統布置時，要考慮流速和流向的變化，采用定位船、導向船等設備，不僅在圍堰結構的上下游，也在兩側設置錨纜，同時要有錨纜受力調節裝置，確保圍堰的平衡和穩定。
　　(3)在確定圍堰封底混凝土厚度時，既要考慮強度要求，也要滿足抗浮穩定性。要充分注意到各種有利條件，在確保結構安全的情況下，盡量減小混凝土封底厚度，以降低工程費用。
　　
　　
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