浅谈近岛浅水区承台挡水结构施工技术

浅谈近岛浅水区承台挡水结构施工技术

张科

中铁大桥局集团第四工程有限公司江苏南京210031

摘要：桥梁承台位于水中时，为保证在无水状态下进行承台施工作业必须设置挡水结构，而在近岛海洋环境下，受浅滩地形及海水的涨落潮影响，承台施工在保证经济的情况下可供选择的挡水结构形式更加多样，文中以平潭海峡公铁两用大桥大小练岛水道桥单位工程为例阐述近岛浅水区承台挡水结构施工方案的确立及关键技术，主要包括止水帷幕、混凝土围堰、钢套箱围堰和钢板桩围堰施工。

关键词：止水帷幕；混凝土围堰；钢套箱围堰；钢板桩围堰

1、工程概况

平潭海峡公铁两用大桥是新建福州至平潭铁路、长乐至平潭高速公路的控制性工程，是合福铁路的延伸、京台高速的重要组成部分。大桥起于福建省长乐市松下镇，依次跨越元洪航道、鼓屿门水道、大小练岛水道、北东口水道，在苏澳镇上平潭岛，全长16.34公里。其中大小练岛水道桥横跨小练岛与大练岛。

桥址处风大、浪高、水深、流急、潮汐明显，其中小练岛周边近岛浅水区段暗礁多，覆盖层厚度不一、部分岩面倾斜、裸露，自然条件恶劣，地质复杂；该区域属正规半日潮，出现频率1%的设计极端高潮位为+4.65m，设计极端低潮位为-3.79m，最大潮差为6.91m。

正是由于桥址区域水文地质情况复杂，结合桥址处近岛浅水区具体地质水文情况，承台施工时分别采用了止水帷幕、混凝土围堰、钢套箱围堰、钢板桩围堰等施工技术方案。以下将结合具体水文地质条件对承台挡水结构形式选择与施工做详细阐述。

2、止水帷幕挡水结构施工

2.1、CX37#墩墩位处地质情况

CX37#墩为小练岛向福州方向的第一个近海桥墩，承台尺寸为26.6×13.6×4m，设计承台底标高为-2.0m；参照设计地质勘查报告和钻孔柱状图，以及现场施工情况，整个承台基坑处地质情况如下：①回填土层：顶标高约+6m，②碎石土：顶面标高约+0.38～+3.73m，③全风化凝灰岩：顶面标高约-1.0～+1.23m，④碎块状强风化凝灰岩：顶面标高约-1.0～+0.03m；④碎块状强风化凝灰岩：顶面标高约-1.0～+0.03m；⑤弱风化凝灰岩：顶面标高约-1.0～-3.07m；⑥弱风化凝灰岩：顶面标高约-1.0m；

承台区域平潭侧及线路左侧为原状土，土体结构稳定，不透水；福州侧与线路右侧临海边由土石回填而成，且承台开挖高度范围内及承台基底以下存在碎石层及流沙层，透水性较好，受涨潮落潮影响，该侧坑壁对防水性要求较高。该承台处临海侧底面标高+4.5m，承台底标高-2.0m，开挖深度大，基坑边坡稳定需满足设计要求。结合水文地质情况在承台基坑临海侧采用止水帷幕挡水结构施工。

2.2、CX37#墩承台止水帷幕施工方案

结合基坑四周地质情况及防水要求采用了双重管旋喷止水及土（砂）和放坡两种不同的基坑开挖及防护方式，每种方式的施工施工范围见下图1-1。

4、基坑防渗、漏水措施

对于基坑开挖过程中出现的渗漏水情况，根据渗、漏水量的大小采取不同的处理措施，具体如下：

（1）当基坑渗、漏水量较小时，在坑底设置集水坑，并沿坑底周围开挖排水沟，使水流入集水坑，然后用排污泵（潜污泵）抽走。抽出的水引至远离基坑的地方，以免倒流回基坑内。

（2）当基坑渗、漏水量较大时，若该处为放坡施工，则补充施工旋喷桩；若该处已有旋喷桩，则在已有旋喷桩外侧再增加一排旋喷桩，具体施工数量需满足防水要求。

3、混凝土挡墙挡水结构施工

3.1、XD04-XD08#墩墩位处地质情况

XD04#-XD08#墩承台处土层为小练岛路基段开挖弃土回填并压实，参照地质勘查报告和钻孔柱状图，经查阅原弃土场填筑顺序及现场混凝土搅拌站道路出露坡面观察确定基坑上层土为粉质粘土回填，底部有碎石，成透水状态。该区域场地较平整，回填土顶标高为+6m，承台底标高为+2～+4m之间，基坑开挖深度2～4m之间，承台基坑位置地下水位随海水涨落潮而相应变化，水位标高与海水潮位相近，高潮位时水位高于承台底标高，基坑内部会积水。考虑承台基底标高相对较高，且开挖深度较浅，基坑挡水结构形式采用混凝土围堰挡水结构。

3.2、XD04-XD08#墩承台混凝土围堰施工方案

XD04-XD08#墩位于小练岛南侧近岛浅水区，根据现场地质水文资料，围堰顶标高要高于最高潮位，选定挡墙设计顶标高不小于+4.5。首先对墩位处进行筑岛施工，测量放线完成后，然后进行基坑开挖防护，该区域内墩号承台均为带圆角矩形承台。基坑防护方式采用现浇底板和四边挡墙的形式防护，底板和挡墙厚度均为50cm。

由于XD04-XD08基坑沿大里程方向左侧为施工便道和5#混凝土搅拌站，基坑边缘距路面较近，路面标高约+11.2m，有一回填边坡。基坑其余两个边均为平整地面，地面标高约+6.0m，（距离便道边缘约10m）。基坑开挖前需对基坑临近的既有边坡进行加固防护，对搅拌站一侧既有边坡进行钢筋网片喷射混凝土加固，在坡顶沿混凝土路面至小里程侧施工便道修筑截水沟，减少坡面渗水。

3.3、XD04-XD08#墩承台混凝土围堰施工流程

1、施工流程

承台开挖选取在低潮位放坡开挖至设计标高，然后施作50cm厚底板和竖向挡墙，在挡墙达到设计强度后在墙厚回填土，回填土层与挡墙平齐，挡墙面以上至地面按1：1坡比放坡。

2、既有边坡防护

搅拌站侧边坡挂网喷射混凝土防护应在基坑开挖前做好，挂网喷浆各道工序应依次有序地进行。

3、基坑开挖

基坑应分层开挖，依据现场实际情况确定首次开挖深度，首次开挖标高不应低于高潮位标高，潮位标高以下部分需确定开挖时间，选取低潮位时间段开挖。

4、基坑底板和挡墙施工

基坑底板和挡墙混凝土采用C30水下混凝土，底板和挡墙混凝土厚度均为0.5m。基坑底板顶面高程为+2.0m；基坑挡墙底部与底板连接，挡墙顶标高不小于+4.5m。

4、钢套箱围堰挡水结构施工

4.1、XD09#、XD10#、XD14#墩墩位处地质情况

XD09#墩位于浅水区，承台底标高为+1m，海床面标高-2.0～-0.1m，表层为碎石土和碎块状强风化火山角砾岩。

XD10#墩承台区域，承台标高为-5m，海床面标高-5.79～-8m表层为淤泥质粉质黏土或碎石土，下层为全风化凝灰岩或碎块状强风化凝灰岩。

XD14#墩位于浅水区，承台底标高为-2m，海床面标高-2.13～-0.92m，表层为碎石土，其中局部高点突出为中风化岩石。

结合以上实际情况，考虑以上几个墩位处海床较深，大部分时间均被海水覆盖，且表层有部分覆盖层，采用套箱围堰施工更方便、快捷，综上所述故采用钢套箱围堰挡水结构。

4.2、XD09#、XD10#、XD14#墩承台钢套箱围堰施工方案

1、总体施工方案

基础采用先平台后围堰的方法施工。将围堰分块加工，拼装为整体，通过浮吊整体起吊、浮运至施工墩位处，整体下放。

钻孔平台施工钻孔桩后，拆除围堰区域内钻孔平台及平潭侧栈桥，保留福州侧支栈桥，低潮位时，在桩基钢护筒上搭设挖掘机施工平台，挖掘机配镐头将海床面清理至-30m，铺设10cm碎石垫层进行调平，通过浮吊将围堰整体起吊下放至设计底标高-3.0m，在围堰四周抛填防护，进行封底混凝土浇筑，待封底混凝土达到规定强度后，对围堰进行抽水；割除钢护筒并进行桩头清理；施工承台、第一、二节墩身；拆除围堰侧板和内支撑。

4.3、XD09#、XD10#、XD14#墩承台钢套箱围堰施工流程

主要施工流程：施工准备（海床清理）→加工、拼装场地布置→分块加工→安装内支撑→围堰拼装为整体→浮吊整体吊装、浮运→围堰整体下放→安装封底平台→灌注封底混凝土→抽水、割护筒→封底混凝土找平→施工承台、墩身→围堰拆除。

5、钢板桩围堰挡水结构施工

5.1、XD13#墩墩位处地质情况

XD13#墩位于大练岛岸西侧。承台为矩形圆弧倒角形式，尺寸为26.5m×15.5m×5.0m，承台顶标高0.0m。墩位处海床标高-3.18m～-7.38m；地层依次为碎石土、全风化凝灰岩、碎块状强风化凝灰岩。其中全风化凝灰岩层厚11米，底标高为-18.84米，墩位海床标高在-3.18m～-7.38m之间，承台底标高为-5米，结合钢板桩的参数性能选用钢板桩围堰做挡水结构。

5.2、XD13#墩承台钢板桩围堰施工方案

XD13#墩钻孔桩施工完成后，拆除承台范围内施工平台。承台施工采用钢板桩围堰作挡水结构。钢板桩围堰主要材料为拉森VI型钢板桩，单块钢板桩长18m，围堰顶高6.47m，围堰底高程-11.53m，围堰内侧距离承台边1.275m，用于承台模板安装等施工。围堰共设置两道圈梁；第一道支撑圈梁采用2根H型钢拼装而成，标高位于+6.0m，第二道支撑圈梁采用3根H型钢拼装而成，标高位于+1.0m处；在围堰外侧顶层圈梁对应位置设置一道外圈梁，外圈梁由2I63a组成。围堰四角利用钢管桩作斜撑。

5.3、XD13#墩承台钢板桩围堰施工

1、钢板桩施工顺序

考虑到墩位处水域的潮汐特征，钢板桩插打从大里程侧边线中心处开始，在小里程侧边线中心处合拢。

2、钢板桩插打

钢板桩插打选用振动锤施工，利用80t履带吊吊起振动锤对钢板桩进行插打。

3、水头连通设置

围堰内外水头连通通过在钢板桩上预留开口形成，标高位于低潮位-2.0m。围堰长边设置3处，短边设置2处。具体做法：将单根钢板桩切割成2根，插打时2根钢板桩之间预留约30cm开口。抽水前，在预留开口处塞满棉絮、止水胶皮等，再复打钢板桩至预留开口处封闭。

6、承台挡水结构的适用条件比选

该施工区段水文地质条件复杂，承台施工过程中结合具体施工条件选择了不同的挡水结构形式。现对不同挡水结构的适用条件总结如下表：

7、结束语

经现场实践证明以上施工方案均得到了很好的执行，即达到了理想的施工效果也节约了成本，达到了理想的经济效果，同时也为后续类似桥梁结构施工积累了经验并具有指导意义。

参考文献（References）

[1]《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）交通运输部

[2]《客货共线铁路桥涵施工技术指南》（TZ203-2008）

[3]《建筑基坑工程技术规范》（YB9258－97）

[4]《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）

[5]《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）

[6]《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）

[7]《公路桥涵地基与基础设计规范》JTGD63--2007，交通运输部