某大桥水中主墩承台围堰施工技术

某大桥水中主墩承台围堰施工技术

刘泳生

广州市公路工程公司广东广州510000

摘要：水中承台施工是桥梁施工的重点、难点工程。本文结合工程实例，根据该大桥的地质及水位情况，采用了钢管桩、钢吊箱和钢套箱三种围堰形式，并分别介绍三种围堰的施工过程以及关键施工技术，仅供参考。

关键词：钢管桩；承台；安装；围堰；浇注

引言

在桥梁基础施工中，当桥梁墩、台基础位于地表水位以下时，根据当地材料修筑成各种形式的围堰，围堰的作用既可以防水、围水，又可以支撑基坑的坑壁。围堰型式选择及施工质量、安全性对大桥水中承台的施工质量的影响较大。因此合理选择围堰型式，掌握了解各种围堰型式的施工技术，显得尤为重要。某大桥水中主墩承台根据桥位处地质及水位情况，采用了钢管桩、钢吊箱和钢套箱三种围堰形式。

1工程概况

某大桥，全桥分五联，共22跨，全长1044m。桥梁采用为预应力混凝土连续箱梁结构，桥跨布置为(4×40+4×40)(北引桥现浇箱梁)+(45+5×70+45)(主桥悬浇箱梁)+(3×40+4×40)(南引桥现浇箱梁)，左右幅分离，单幅桥面宽度20m，双向八车道，项目总投资3.08亿元。

该大桥位于下游，桥位河段为感潮段(半日潮区)，最大水位标高4.6m，最低水位标高－2.50m，最大潮差7.1m，主桥河床面淤泥层厚度大于7m，水中承台施工难度大。主桥左右幅包括过渡墩，共16个承台，有11个需要采用围堰施工。围堰型式选择及施工质量、安全性对水中承台的施工质量的影响较大。其中:3个采用钢管桩围堰施工，6个采用钢吊箱施工，2个采用钢套箱施工。钢套箱及钢吊箱由工厂直接定制，直接作为承台模板，钢管桩围堰施工完，需要搭设承台模板。承台及围堰的结构数据如表1所示。

2钢管桩围堰

10#墩承台围堰钢管桩采用Φ325钢管，壁厚8mm，单根长度12m。靠岸一侧钢管桩间距0.35m；其余三侧钢管桩间距0.5m，钢管桩外侧与8mm厚钢板焊接。钢板尺寸1.5×6m，钢板外侧设2根[14槽钢竖肋，间距1.1m。

2.1钢管桩插打

吊机的主钩吊住钢管桩的上口，副钩吊住钢管桩下口，同时提升使钢管桩悬空，然后主钩继续上升直至钢管桩垂直，最后松脱副钩。

吊机运钢管桩至沉桩位置，从定位架中缓慢下放，直至进入河床不沉，自稳为止。取下桩头上的千斤绳，用吊机主钩吊振动锤到桩头，用锤夹夹紧桩壁；启动振动锤(根据钢栈桥施工经验，振动锤采用DZ60型)沉桩，直至不再下沉为止。下沉过程中同时放松吊机的起重绳，控制锤身和桩身保持垂直状态。钢管桩插打过程对桩的垂直度进行检查，保证桩身的垂直度在1%L内。若一根钢管长度不够，还需焊接接长，此时应注意不应将首根钢管插打至水位以下，不便焊接。

2.2围囹及内支撑的安装

钢管桩插打完成后，应进行土方开挖(开挖至封底砼底)，并及时安装围囹、内支撑。共设置4层内支撑，如图1所示。

在钢管桩上标志出围囹的水平位置，在支撑的附近将托架焊接在钢管桩上，作为围囹安装的支承。围囹采用2I32工字钢。在岸上下料并连接好围囹型钢用吊车吊到托架上，紧贴钢管桩与其焊接；不能贴紧的在钢管桩和工字钢间加小钢板焊接。

在围囹上测设出内支撑的安装位置，并准确测量出两端围囹(或者围囹与护筒)之间的净距离；根据围囹的净距对内支撑钢管下料并将两端切割成企口。为保证钢管达到轴心受压的计算条件，轴线要保证和围囹的水平中线重合。支撑采用Φ426钢管，壁厚8mm。

吊车将支撑吊到对应的位置安装，围囹与支撑端头直接焊接牢固，围囹顶面与支撑钢管用连接钢板焊接。最后在围囹的转角处设三角支撑。

2.3侧板插打

侧板插打前，拆除导向圈梁的外圈梁。用吊车将侧板吊至施工位置，并使侧板紧贴钢管桩缓慢下沉，直至侧板进入河床不沉，自稳为止。用吊机主钩吊振动锤到侧板处，用锤夹夹紧侧板壁；启动振动锤沉桩，直至不再下沉为止。水位降低至河床面后，对侧板进行焊接，保证焊缝饱满，满足设计要求，焊缝高度不小于板厚。

3钢吊箱

3.1钢吊箱结构

钢吊箱由底板、侧模、内支撑、底托梁及钢吊杆等组成。钢吊箱平面内空尺寸与承台设计尺寸相同，在浇筑承台混凝土时作为外模板；吊箱顶高程控制在5.0m。钢吊箱采用单壁结构，侧模高度为8.7m，模板间采用M20螺栓连接，接缝间用δ=1cm厚止水胶皮止水，保证吊箱壁板有足够的防渗水能力。钢吊箱如图2所示。

3.1.1底板

钢吊箱底板采用8mm厚钢板，尺寸为14.6m×8.8m，分为8块拼装:1类4.4m×2.7m制作2块，2类5m×4.4m制作4块，3类4.4m×1.9m制作2块。

钢板底设[14槽钢竖肋，竖肋放置在底板受力梁上，受力主梁采用2[16的型钢。为了防止钢护筒处底板开孔时损伤主梁，主梁纵、横向间距需根据钢护筒位置调整以留有较大的富余值。

3.1.2侧模

钢吊箱侧壁采用单壁结构，面板为厚度为8mm，下侧板横肋为2[28槽钢，上侧板横肋为2[20槽钢，沿面板纵向从下至上每隔100cm布置一层；下侧板竖肋为[12，上侧板竖肋为[10，沿面板横向每间距30cm布置一根。钢吊箱壁体由8片可拆装的侧壁组成，侧壁与底板之间、侧壁之间连接采用φ30螺栓联接，中间垫1cm厚橡胶皮止水。

3.1.3支撑杆

在钢吊箱内口采用Φ426钢管设置了两层内撑，内撑设置在承台面往上30cm处和往上280cm处，即两道内支撑间距250cm。在钢吊箱内撑处设一层围囹，材料为2I25a型钢。撑杆主要起加强钢吊箱的强度和整体刚度的作用。

3.1.4钢吊杆

钢吊箱下放到位后，自身重量和封底砼荷载由Φ32mm精轧螺纹钢吊杆承受，一个墩总计24根，每根长12m。钢吊杆在封底混凝土施工完成、抽水转换受力(钢吊杆受力转换为护筒上焊设的拉压牛腿和封底砼共同受力)后拆除。

3.2钢吊箱安装

3.2.1顶梁、底梁及吊杆安装

在钢护筒顶沿横桥向安装2组贝雷片，每组2片，在贝雷片顶沿顺桥向安装2I32工字钢顶梁(共6道)，吊装2根2[16底梁(共6道)，梁与钢护筒之间预留15cm的间隙，顶梁和底梁之间设置4根Φ32精扎螺纹钢吊带(共24根)，在安装中注意使每根螺纹钢筋净长一致，同时在精扎螺纹钢外周设5.5m长套管(Φ48脚手管)，套管与底板结合处套一块橡胶皮，脚手管顶口位置套一螺帽，使脚手管压紧橡胶垫圈，防止封底砼进入脚手管与精扎螺纹钢粘结影响吊杆拆除。施工中要注意，套管顶应高出施工高水位，防止抽水后水由套管顶涌进入吊箱内，同时注意对精扎螺纹钢的保护，严禁点焊气割损伤精扎螺纹钢。底板安装过程如图3所示。

3.2.2侧模安装

底板安装完后，进行侧板安装，侧板与底板用M30螺栓连接，连接处加设δ=1cm厚止水橡胶；侧板之间用单排M30螺栓连接，在接缝间同样设橡胶皮止水。安装时应注意:先安装短边(被包模板)，然后安装长边侧模。侧模分块安装时应设临时钢支撑，保证拼装稳固及安全。拼装中必须拧紧连接螺栓，满足止水要求。

3.2.3内撑安装

为克服箱内外水头压力及承台砼浇注时的侧压力，钢吊箱内口设置两层内撑，内撑设置在承台面往上30cm和往上280cm高度处，材料为2I32工字钢围囹，Φ426钢管支撑。为增加钢吊箱的整体刚度，除内撑外，另外在钢吊箱4个角设置Φ426钢管角撑，角撑设的位置和围囹高度一致。

3.3钢吊箱下放就位

在钢吊箱4个角及中间各布置一台千斤顶(共6台)，对应6根Φ32精轧螺纹钢吊杆，为A组吊杆；其余18根吊杆分为B组(6根)和C组(12根)。吊杆分组如图4所示。千斤顶下面设置反力架，钢吊箱在下放前，要同时顶升千斤顶，调节每个千斤顶的行程，同时同步下放千斤顶，每次下放行程严格按15cm控制。钢吊箱沉放作业由专人负责指挥，其步骤如下:

(1)锁紧B组吊杆螺帽，B组吊杆承受吊箱重量；旋松A组吊杆螺帽20cm以上，再顶升千斤顶18cm，然后旋紧A螺帽。

(2)旋松B组吊杆螺帽，A组千斤顶承受吊箱重量；同时回缩千斤顶，使钢吊箱平稳下放，下放行程达到15cm后旋紧B螺帽，B组吊杆螺帽承受吊箱重量。

(3)重复步骤(1)和(2)，直到钢吊箱下放到设计标高。

(4)钢吊箱入水到达封底混凝土底标高－3.7m(封底混凝土厚1.2m)，进行调平吊箱，锁紧A、B组螺帽，使每根吊杆均匀受力。

(5)将C组精扎螺纹钢螺帽旋紧，使24根精扎螺纹钢同时受力。

4钢套箱

钢套箱与钢吊箱施工过程基本相似，主要区别有:一是钢套箱可以不设底板，钢吊箱必须要有底板，本工程采用有底钢套箱。二是钢套箱靠自重切土下沉至设计标高，吊杆主要作用是维持套箱平稳下沉。三是在套箱下放过程中需要采用水力机械进行水下挖土，即是用高压水泵将高压水枪射出的高压水流冲刷土层，使其形成一定的泥浆汇流至集泥坑，然后用吸泥泵(或空气吸泥机)将泥砂吸出，从排倪管排出箱外。水下挖土至封底标高并且保证套箱稳定后，方可停止作业。四是钢套箱下沉至设计标高稳定后即可拆除吊杆，而钢吊箱必须在封底混凝土浇筑后方可拆除。

5封底混凝土的浇筑

5.1拉压牛腿设置

文献中为了保障钢管桩与封底混凝土之间的握裹力，在钢管桩周侧设置环向螺旋钢筋网和径向钢筋，并在桩壁外侧布置剪力键(牛腿)，但通过计算1.0m的封底混凝土与钢管桩产生的粘结应力能够满足承台施工要求。本工程中每个钢护筒周围均匀布设4个拉压牛腿(如图5所示)，拉压牛腿由I16工字钢加工而成。工字钢顶部高出施工水位与钢护筒焊接固定，拉压牛腿长度根据施工时水位确定，埋入封底砼约50cm，封底砼强度达到设计强度的90%后，抽干吊箱内的水，将封底砼顶面以上15cm范围内的工字钢两边与钢护筒焊接固定，保证焊缝总长大于30cm，并将上部多余部分割除。

5.2导管布置

封底混凝土导管采用内径Φ273mm、壁厚8mm的无缝钢管制作，管节长度为3m、2m及1m等3种，管节之间连接采用快速螺纹接头。导管长10m～11m，底部距离底板(封底混凝土底标高)10cm～15cm，采用临时导管定型卡固定在操作平台上。导管布置图如图6所示，共布置6个浇筑点，每个浇筑点

半径按5m控制。为保证导管有一定埋深，混凝土灌注顺利时，一般不随便提升导管，即使需要提管，每次提升的高度都严格控制导管的埋深不小于50cm。导管上部系白棕绳，控制导管倾斜，并挂设手拉葫芦控制导

管高度。导管顶口与2m3集料斗相接，用拔球法灌注水下封底砼。

5.3混凝土浇注

5.3.1封底混凝土浇注平台搭设

钢吊箱下沉到位固定后，利用下放钢吊箱的顶梁作为主梁，在其上铺设型钢搭设封底砼操作平台。在护筒顶贝雷片之间铺设I16型钢，然后在型钢上铺设跳板、挂设安全网。在平台上架设导管固定架、料斗，并焊接固定。

5.3.2封底混凝土施工

混凝土导管封底从下游侧向上游侧推进，并保障混凝土连续不间断供应，以保证首批混凝土的需求(首批量为15.7m3)。当某一处封底砼达设计标高后再进行其相邻导管封底时，应根据灌注量及浇筑时间，及时测量标高以指导布料，使混凝土均匀上升。混凝土浇筑临近结束时，全面测出混凝土面标高，根据测量结果，对混凝土面标高偏低的测点附近的导管增加灌注量，直至所测结果满足要求。当所有测点的标高满足控制要求后，结束封底混凝土灌注。

6结语

综上所述，围堰虽是临时结构，但在桥梁深水基础施工中是相当重要的。结合某大桥主墩承台施工实例，采用了钢管桩、钢吊箱和钢套箱三种承台围堰施工技术，详细介绍了三种承台围堰施工的实际情况，包括主要施工步骤，关键工序以及工程实施情况。实践表明，大桥主桥下部结构施工过程中，克服了潮差近8m的困难，合理采用钢管桩、钢吊箱和钢套箱这三种围堰施工技术，有效保障承台施工质量，获得了良好的经济效益。

参考文献：

[1]张恒.黄河大桥主墩承台钢板桩围堰施工[J].城市建设理论研究:电子版.2013(21)

[2]钱云龙.长山大桥主墩承台吊箱围堰施工[J].科技视界.2016(7):222-223

[3]李明珊.古龙大桥主墩承台围堰结构设计方案[J].西部交通科技.2016(7):37-40