双壁钢围堰施工工法

胶结密实圆砾土层双壁钢围堰施工工法

一、前言

近几十年来我国公路和铁路桥梁深水基础施工均大规模的采用双壁钢围堰作为临时挡水结构，但双壁钢围堰需穿过胶结密实圆砾土层的并不多见，而且在较短时间内双壁钢围堰需下沉到位也是需要研究的课题。京沪高速铁路跨秦淮新河特大桥桥群水中基础8个，承台直径17.4m，承台位于河床下5m，承台底大多处于承载力为400kPa胶结密实的粗圆砾土中。经过方案比选和现场试验（试打钢板桩），采用双壁钢围堰作为8个水中墩施工的临时挡水结构，在实施过程中，成功解决了双壁钢围堰在400kPa的胶结密实粗圆砾土顺利下沉及围堰空间被群桩分隔的不利情况下封底一次成功的施工技术难题，经实践总结形成本工法。

二、工法特点

1、双壁钢围堰需穿过胶结密实圆砾土层到达设计位置；

2、在围堰空间被群桩分隔的不利情况封底一次成功；

3、施工速度快，双壁钢围堰从拼装、下沉到封底结束，平均施工时间不到两个月；

4、模块化制作，吊装、运输方便，操作简单。

三、适用范围

适用于铁路、公路、港口、码头等水深流急覆盖层厚，尤其是胶结密实的圆砾土等复杂地质条件的深水基础施工或工期要求紧张，在粘土层中的双壁钢围堰施工。

四、工艺原理

双壁钢围堰在胶结密实的圆砾土中下沉难度很大，且常规的吸泥法对于砂、砂夹卵石等非粘性土或胶结性能较差的土效果明显，而对于粘性土或胶结性能较差的土效果不明显，本工程围堰施工处地质主要为粘性土和圆砾土，施工中紧紧抓住围堰下沉的本质就是减少围堰壁与土体的摩阻力，使围堰能依靠自重（或所加配重）下沉到达设计位置，据此理念，在双壁钢围堰下沉中采用以长臂挖掘机开挖和油压伸缩臂挖机取土为主，吸泥、射水、舱内配重等多种方式并用为辅的综合施工方法。

双壁钢围堰空间被群桩分隔后，封底混凝土灌注时势必影响混凝土的流动，且封底混凝土灌注时为水下灌注，须保证抽水后封底混凝土经受基底压力的考验，采用水下自密实混凝土作为封底首选混凝土，且为保证封底一次成功，混凝土性能还

满足不扩散混凝土的性能要求。封底前根据现场实际情况并结合封底混凝土的扩散半径进行布导管置，封底混凝土浇筑时按先低处后高处，先周边后中间的顺序进行水下封底砼浇注。

五、工艺流程及操作要点

(一)工艺流程（见下图：双壁钢围堰施工流程图）

图1 双壁钢围堰施工流程图

(二)操作要点

1.围堰制作

钢围堰采用胎具分块制作，分节原位拼装下沉。

加工时钢模板应光面朝外，以减少下沉时的摩擦力，钢料数量应视地质、水纹情况灵活增减，围堰底部加设刃脚。制作工艺必须保证其设计尺寸及焊缝质量，满足挡水结构的要求。

2.河床找平

待钻孔桩施工平台拆除后，采用液压式长臂挖掘机先对对围堰范围内的河床进行清淤和找平。

3.围堰拼装

钢围堰拼装平台利用现有的钻孔桩与平台栈桥、平台的钢管桩基础，在钢管桩与钢护筒上焊接传力三角牛腿，三角牛腿上采用工字钢作为受力纵梁，工字钢与牛腿之间焊接相连。

在搭设的临时平台上（见图2），精确定出围堰刃脚圆周线，用来控制围堰拼装时的圆顺度和垂直度。利用履带吊把每块钢围堰吊装至指定位置，钢围堰拼装按对称原则进行，采用手拉葫芦牵引校正，使壁板块件之间的误差累计降至最低。拼装施工过程中，采用全站仪进行实时监测，最后逐块对称合龙，完成首节围堰的拼装。首节双壁钢围堰全部拼装完成后，再进行钢围堰块与块之间的焊接，焊接时先焊面板间的竖向焊缝，再焊环向焊缝。

图2 钢围堰拼装临时平台平面图

4.围堰下沉

首节钢围堰在下放前应先进行试吊，检查吊点、钢围堰壁板、吊绳及滑轮组有无故障。确保无故障的情况下将围堰落于临时平台之上，然后用砼灌注刃脚，以增大刃脚下沉过程中的刚度和强度。

围堰下沉的步骤如下：

(1)双壁钢围堰吊放系统及导向装置安装

首节钢围堰拼装完成后，设置双壁钢围堰吊放系统。钢围堰吊放系统利用钻孔灌注桩护筒作受力支柱，利用贝雷片作传力梁和找平高差的主要构件。首先将钢护筒找平，确保贝雷片经过的钢护筒顶面处于同一水平面上，然后在找平的钢护筒上用安装工字钢纵梁，在工字钢纵梁上安装纵、横向贝雷片，贝雷片与工字钢之间、贝雷片与贝雷片之间均采用自制的U型螺栓固定，再在顶层贝雷片顶安装卷扬机传力纵梁，最后安装卷扬机及相应滑轮组。

双壁钢围堰吊点沿内壁板布置，放点数量及位置施工中需吊装的施工荷载确定，利用卷扬机和滑轮组形成吊放系统对底节钢围堰进行提升和下放。

图3 吊放系统平面图

图4 吊放系统立面图

在双壁钢围堰下沉前，先将对角线上四个定位围堰下沉的导向装置安装好（见图5），导向装置主要受力构件采用呈三角形的三根钢管桩，钢管桩间采用剪刀撑连接，在靠双壁钢围堰外侧的钢管桩与双壁钢围堰外壁之间设置工字钢，工字钢离双壁钢围堰外壁为5cm，工字钢与钢管桩之间采用型钢作传力杆件。

图5 限位设施布置图

(2)首节双壁钢围堰下沉

首节双壁钢围堰试吊成功后，并采用煤油对焊缝做渗透试验检查合格后，再进行钢围堰的下沉。下沉时先用卷扬机将围堰提起，与围堰刃脚底部支撑工字钢脱离后，撤去钢围堰拼装平台上的工字钢后，进行钢围堰的下沉入水。

在下放过程中，应统一部署、统一指挥，保持各吊点下放同步性。下放过程应

缓慢进行，各吊点处均应设专人进行监控，以便及时发现问题及时解决。首节双壁钢围堰下沉进入河床后，进行钢围堰的接高。

(3)双壁钢围堰接高

双壁钢围堰接高前，先在已下沉的钢围堰上用型钢焊接作业用的平台支撑三角牛腿，在三角牛腿上铺设工字钢和木板搭设作业平台。钢围堰接高采用履带吊作为吊装设备，用锤球作为钢围堰壁是否竖直的控制手段，最后用全占仪作为钢围堰位置及倾斜度的复核仪器。

(4)接高后的双壁钢围堰下沉

第二节钢围堰接高完成后，进行双壁钢围堰的下沉。下沉困难时先向仓内注水，加大围堰的自重，注水时需注意依据围堰的进尺情况进行调整，严禁单个半封闭的隔仓内一次将水注满。待双壁钢围堰无法下沉时，拆除围堰内的吊放系统。然后采用液压式长臂挖掘机将围堰内土取走，减少围堰内壁与土体的摩擦力，并沿围堰内、外壁采用吸泥设备和高压水枪射水进行辅助下沉。

(5)双壁钢围堰刃脚及仓内配重灌注

围堰内取土下沉效果不明显时，向仓内分两次对称灌注混凝土，每次灌注2m，且灌注时根据现场钢围堰的倾斜情况进行调整。防止钢围堰出现倾斜过大现象。混凝土灌注前先将16个仓编号，并将编号用油漆标识在围堰顶部，防止施工时出现仓内混凝土灌注混乱现象。

仓内混凝土浇筑（以不高出河床标高为控制基准线），根据施工进展情况，适时向仓内灌砂，增大围堰自重，保证在可下沉范围内的围堰顺利下沉。

(6)双壁钢围堰继续下沉及末节接高

结合地质状况，根据现场经验，长臂挖机在深度大于13米后，取土效果已经不明显，此时，采用液压式长臂挖掘机将围堰内土挖松，油压伸缩臂挖机取土，并采用自制吸泥设备和高压水枪沿围堰内、外壁辅助下沉，当双壁钢围堰下沉困难或下沉进展极为缓慢时，向双壁钢围堰仓内灌砂增大围堰自重，当仓内灌砂装满后，向围堰顶部安装提前制作的砼配重块作为增大围堰自重、利于围堰下沉的措施。

5.围堰封底

（1）清理基底

①基底残存物（淤泥、淤泥质粘土、圆砾土等），应基本上清除干净。潜水工详细检查并作好记录，是否某些地点存有极少量残存物。

②清基后的有效面积，不得小于设计要求。自钢护筒边算起至围堰壁间约1m左