桥梁扩建工程水中钢围堰施工技术要点分析

彭继尧

（湖南和天工程项目管理有限公司,湖南 长沙 410000）

0 引言

桥梁扩建工程中，钢围堰可在水中作为桥梁扩建施工的基础结构，但在钢围堰施工中，钢管桩设置、围檩安装以及施工环境都会影响水中钢围堰的使用效果。因此，在桥梁扩建工程建设时，还应掌握水中钢围堰施工技术要点，规范围堰施工操作，构建高质量的水中围堰结构，为桥梁后期扩建打好基础。

1 项目概况

某桥梁扩建项目，主线设计长度1.082 km，按城市主干路兼一级公路标准建设，设置斜拉桥跨越东江，桥宽38 m，双向六车道，设计速度60 km/h，主桥为主跨280 m 双塔单索面混凝土斜拉桥，桥面以上塔高73 m，结构体系采用墩、塔梁固结体系，桥梁立面设计如图1所示。大桥3#～6#墩位于东江中，3 号墩和6 号墩为边墩，3 号墩水深较浅，约0.5 m，6 号墩处水深5.5 m，边墩承台尺寸为10×6.25×2.5 m，设置6 根直径1.5 m 桩基；4号墩和5 号墩为主墩，主墩处水深约8.5 m，承台尺寸为24×21.6×5 m，设置22 根直径2.5 m 桩基。为施工主墩承台、墩柱，本方案设计4#、5#主墩承台、墩柱采用钢管桩围堰施工。

图1 某桥梁工程立面设计图

2 桥梁扩建中水中钢围堰整体设计

该项目中4#、5#围堰平面尺寸为24.5×26=637 m²，围堰钢管桩高度：18 m。围堰水深：4#围堰平均5 m 水深，5#围堰平均9 m 水深。围堰深度范围圆砾、砂层厚度平均5.2 m，设计水位3.5 m，警戒水位4 m。围堰在桥梁承台边1 m 布置，钢管桩沿围檩外围施打，钢管桩距承台边1.5 m。围堰顶高程+4.0 m，底高程按−13.5 m 控制，施工常水位+2.0 m，围堰设计水位3.5 m，4#主墩河床高程−2.15 m，5#主墩河床高程−7 m。采用18 m 锁口φ820*14 mm 钢管桩、SKSP Ⅵw 钢板桩进行围堰施工。

4#、5#钢围堰各设置2 层围檩、支撑，第一道围檩采用双拼I45 工字钢，第一道围檩、支撑高程+3 m，第二道围檩采用双拼I56 工字钢，第二道围檩、支撑高程于承台顶面向上1 m；支撑采用φ609*16 mm、φ800*16 mm螺旋管，采取斜撑形式布置，布置原则避开钢护筒位置，为保证围檩和围堰的刚度、强度及稳定性，严格按照计算确定的规格、材质选定施工用材。为围檩下放平稳准确，于外围12 个钢护筒上安装H400 型钢滑道，于滑道上围檩标高位置及平台钢平台高度位置预先焊接支承牛腿（为防止护筒垂直度不足，该项目采用H400 型钢垫块调整滑道垂直度），采用滑道作为围檩下放辅助使用。

3 桥梁扩建工程中水中钢围堰施工设计

3.1 施工流程

桥梁扩建中水中钢围堰施工流程包括：拆除钻孔平台→测量放样→围檩下放后安装导向架→安装支撑和围檩结构→将钢管桩运输到施工现场→钢管桩施打→将围檩体系转化到围堰→水下开挖→基地找平→浇筑封底混凝土→抽水并清底→围堰质量检测，无误后进行承台施工，施工结束后拔除钢管桩[1]。

3.2 基本步骤

（1）拆除钢平台范围处贝雷梁、双拼I40工字钢横梁、平联，预留钢管桩围堰施打空间。

（2）于滑道型钢上焊接第二道围檩位置处支撑牛腿，于护筒上安装牛腿用于围檩、支撑拼装，于钢护筒上安装滑道，采用龙门吊吊运围檩至护筒上牛腿进行拼装，拼装完成后围檩顺轨道下放。

（3）第二道围檩下放，安装至设计标高位置牛腿，于第一道围檩标高处安装牛腿，第一道围檩拼装下放，钢管桩沿围檩体系施打。

（4）按设计标高安装围檩至钢管桩围堰上，进行水下开挖，开挖至承台底面下2.5 m 位置，整平基底，布设导管，水下混凝土封底。

（5）对两道围檩、支撑进行检查，加固，支撑体系完善；进行抽水、吸泥至封底混凝土顶面，清理基底，凿除桩头；按要求进行承台施工。

4 桥梁扩建工程中水中钢围堰施工技术要点

4.1 基础施工

（1）钻孔平台拆除。桩基施工完成后，对桩基施工所用材料、机械进行退场，保证钻孔平台上无杂物，随后吊运桩基施工所用盖板，将其安放在空余场地，并按设计要求拆除贝雷梁、工字钢螺旋管。

（2）导向架安装。测量放出滑道导向架与钢护筒连接位置，用红漆标注将加工好的滑道导向架吊至标记处进行焊接，确保所有焊接位置在同一平面[2]。

（3）围堰吊装。围檩下放吊装时，吊车应停放在施工平台上，钢平台应满足吊装要求。吊装作业需要沿安装完成的滑道进行围檩下放施工。该桥梁项目中，围檩采用3 台机械同时吊装，100 t 龙门吊承担下游一侧围檩重量，采用2 根24 m 钢丝绳，吊点设置于围檩1/3 处。两台汽车吊承担上游一侧围檩重量，吊车各采用1 根10 m钢丝绳，吊点设置于上游一侧围檩两端。起吊时，在围檩吊空10 cm 后，施工人员需要停止起吊，检查吊机是否稳定、构件的平衡性和绑扎是否牢固，无异常情况后，工人切除护筒上支撑牛腿围檩及支撑顺滑道同步下放。就位时确保梁两端支座对位，梁板与桥墩的中心线符合一致。

（4）钢围堰组装。水下钢围堰还需要利用施工平台进行组装，将水中墩平台局部拆除后，根据底层钢围堰高度，确定刃脚的底部标高，组拼底层钢围堰，拼接结束后放入水中进行施打；钢围堰侧边应提前焊接牛腿，牛腿结构上设有竖直方向孔洞，可以和钢围堰壁进行连接，避免钢围堰因承台施工时的承载而发生偏载。

（5）钢管桩运至工地后，进行检查、分类、编号和登记。对于周转使用过旧的钢管桩，要进行外观表面缺陷、长度、宽度、厚度、高度、平直度、锁口形状、桩身残缺、锈皮、卷曲等检查，并对影响打设的焊接件进行割除、有割孔或断面缺损的进行补强。钢管桩长度不足时，可采用同类型的钢管桩进行接长，用E4303 焊条对焊，再焊加固板，相邻板桩接长缝应错开。

4.2 钢管桩施打

导向架、围檩就位后，将钢管桩运输到施工现场，对其进行施打，使其顺利沉桩。钢管桩下沉施工可运用“悬打法”，具体指施工人员利用悬臂导向支架，在围堰钢管桩抵达特定位置后，将其打入提前设计的管位中，并测量其垂直度、下沉深度、贯入度[3]。

（1）施工人员应重视钢管桩贯入度、入土深度的控制，在钢管桩施打时，确保桩身贯入度小于等于3 cm/10击，入水后的深度大于等于5.5 m，插入覆盖层的深度应控制在6 m 以内。

（2）钢围堰施工属于水上平台作业，河道内河床覆盖层深度不足，内侧钢管桩会出现难以站立的情况。所以在施打钢管桩时，还应在桩位处选用1 台潜孔锤偏心跟管钻进行引孔施工。采用DZ150 振动锤施打钢管桩，将管桩充当套管，潜孔锤偏心跟管钻钻杆伸入套管进行钻进，钻进至设计标高，再进行钢管桩施打，使管桩达到设计要求的深度[4]。

（3）第一根钢管桩沉入后的垂直度影响到整个围堰其他钢管桩的垂直度，其打入时要缓慢些，打入到设计深度一半时暂停沉桩，检查桩身的垂直度是否在0.5%以内，如满足要求则继续开启振动锤沉桩，否则拔出重打。[5]其他的钢管桩在定位架和锁口的共同作用下，一般不会产生较大偏差，只需每插打15～20进行一次检查，保证桩身的垂直度在1%以内即可。[6]钢管桩插打完毕后，将围檩体系从牛腿上拆除，安装至围堰上进行焊接固定[7]。

4.3 钢围堰封底

钢围堰施打、下沉作业结束，且施工质量合格后，对钢围堰进行清基、封底。正式封底前，需用高压水泵对护筒表面进行清洗，以确保混凝土与护筒之间的握裹力满足要求。上述桥梁项目中，封底混凝土厚度2.5 m，采用C35 水下混凝土。封底流程为围堰内河床开挖、整平→标高控制→一次封底混凝土浇筑→封底混凝土调平层浇筑。

（1）首批封底混凝土采用集料斗供料，待首封完毕后再用泵车供料至小料斗继续浇筑，小料斗采用δ=3 mm钢板制作，便于人工转运。之后，可搭设封底操作平台。钢管桩围堰施工完成后，对钢护筒按施工平台螺旋管标高进行切割，在上面焊接I40 双拼工字钢、将钻孔平台拆下的贝雷梁重新安装，若贝雷梁一端插销无法安装可只安装一端插销，贝雷梁上满铺活动盖板、防坠网。在平台上架设导管固定架、料斗，并焊接固定。

（2）浇筑封底处混凝土时，应采用泵送的浇筑方法，之后转换为导管浇注工艺。并且由于水下钢围堰封底所需的混凝土量较大，为确保浇筑时混凝土的流动性，还应在混凝土中掺入缓凝剂、粉煤灰，适当减少水泥用量，延长混凝土的初凝时间。

（3）浇筑施工中施工人员还应重视混凝土结构标高的测量，详细记录钢围堰浇筑前后的各项数据。为防止钢围堰中导管埋深过浅引起悬空问题，封底混凝土浇筑结束后，还应对混凝土表面进行整平。

4.4 钢围堰抽水和拆除

（1）抽水作业。钢管桩的止水、抽水是水下钢围堰成功的关键，该桥梁项目中的钢围堰止水时的堵漏工具采用棉絮、麻布，施工人员需要直接将其堵塞在钢管桩接口。围堰抽水过程发现漏水较严重处，采用于围堰外漏水位置施打一钢板桩紧贴围堰，向板桩与围堰空隙内注浆或填充黏土，达到止水效果。此外，浆液、黏土必须充满空隙才能成功止水，浆液强度要求不高，所以止水作业时还可采用低强度高流动性泥浆，建议配比为350 kg（膨润土）：200 kg（水泥）：40 kg（膨胀剂）：1 000 kg（水）[8]。

正式抽水前，还应提前冲洗接口位置，保证接口通畅，壁体无夹泥，然后采用专用拌浆设备拌制泥浆，严格控制浆体的施工质量，避免过稀导致收水严重或过稠导致灌注困难[9]。顺利将止水、封堵泥浆灌注到钢管桩后，等待封底混凝土强度增加到设计强度的90%时，施工人员可进行抽水。抽水过程中，注意观察钢管桩侧壁有无漏水现象。确认存在漏水情况时，可用木屑、黏土等材料的拌和物堵漏漏水区域。

（2）拆除作业。水中钢围堰施工结束后，进行桥梁承台施工，承台施工完成后，在桥梁墩身施工出水情况、混凝土强度符合设计值后，拔出钢管桩。施工人员可用振动锤夹住钢管桩端部振动1～2 min，待钢管桩周围的土层松动后缓慢振拔。发现上拔困难问题时，需要停止拔桩，再次用振动锤使桩身振动1～2 min后再往下锤0.5～1.0 m，然后往上振拔。

拔桩时，尽量使钢管桩下部和底部的混凝土相互脱离，脱离后有序拔桩。依次将所有钢管桩拔高1～2 m，等待钢管桩松动后，再逐根拔除。对桩尖打卷及锁口变形的桩，可加大拔桩力，将相邻的桩一并拔出。为防止将临近钢管桩同时拔出，施工人员应将钢管桩和加固的支撑围檩逐根解除[10]。拔桩顺序应符合钢管桩插打顺序，通常情况下，拔桩顺序和钢管桩施打顺序相反。拔出的钢管桩施工人员需要及时清除土砂，涂以油脂，为后期的再利用做好准备。变形较大的钢管桩需立即调直、修护，将拔出的所有钢管桩整理、归类后，将其运出施工现场，堆放在平整的场地上。

5 结语

综上所述，水中钢围堰的运用可以避免桥梁施工中水流对其他基建工程的影响，使得挡水墙、承台等构筑物顺利完工。但由于水中环境复杂，拼装钢围堰结构时，还应提前制定可靠的施工技术方案，并通过技术交底，使作业人员掌握钢围堰施工工艺，高质量、高效率地完成桥梁扩建中的水中钢围堰施工任务，提升桥梁扩建项目的技术水平。