摘要：本文介绍钢板土石组合式围堰施工攀枝花三堆子金沙江特大桥北岸水中承台，成功的完成在金沙江水深5m承台施工，为承台施工缩短了施工工期、节约了施工费用。
关键词：钢板土石组合围堰 承台 施工
1、引言
水中承台施工主要难点是将水中变为干处施工环境，重点工作是止水。目前水中承台最常用的方法是围堰法，围堰的作用主要是防水和围水，有时还起着支撑施工平台和基坑坑壁的作用。常用的围堰类型有：土石围堰、板桩围堰、钢套箱围堰和双壁钢围堰等。在水深≤5m，流速≤3m，河床渗水性较小，河道断面大的江河，通常采用土石围堰结构是最经济、进度最快的。土石围堰都是通过在围堰结构内填筑不透水性粘性土起到止水作用，但是在粘性土缺乏或运输距离较远地区的特殊情况下，采用薄钢板代替粘性土围堰心墙作为止水也是一种较好选择，从而形成了钢板土石组合式围堰，并在水中承台施工中起到较好的效益。
2、工程概况
攀枝花市三堆子金沙江特大桥，位于成昆铁路三堆子大桥下游650m，距离下游西攀高速金沙江三堆子大桥1.2km，跨越金沙江。北岸连接至省道310线红格大道，南岸连接西攀高速立交匝道口西侧200m处的金沙江大道江南一路。金沙江特大桥主桥为90.5+200+105.5m连续刚构桥，边跨直接跨越被交道路配合菱形立交匝道，全桥长399.5m。
图1 攀枝花市三堆子金沙江特大桥立面布置图
两岸主墩均位于金沙江水中，北岸的 2#主墩承台底高程为972.098m, 承台尺寸为20.5×16.5×5m。设计图纸上采用双壁钢围堰施工承台，承台埋入河床3～4m，承台处河床表层卵石层厚度1.5～2m，表层下粘土层厚度8～10m，承台埋入粘土层1～2m。承台下设12根φ2.5m钻孔灌注桩，单根桩长40m。距桥位上游700三堆子水文观测站提供的近3年水位资料，枯水期一般在1～4月，水流流速1～2m/s；丰水期在7～10月，水流流速4～6m/s，平均流量比枯水期大6～12倍。根据观测点与桥位的坡降，推算出桥位枯水期最低水位和丰水期水位最高水位高程，分别为977m和984.5m，承台底位于枯水期最低水位以下近5m。桥位枯水期河面宽210～220m，丰水期河面宽240～250m。
本项目于2016.9月开工，桩基钻孔平台施工处于金沙江丰水期，经现场测量桥位处9月初水位高程在980～981m之间，水流流速较大，经过多种方案比选，2#墩采用土石围堰（攀钢尾矿大块石与就地的砂性土混合填筑）筑岛形成钻孔平台。项目2016.9.20开始筑岛，10.10完成，平台顶面高程981m；临水面顶面三面比承台边缘各宽5～6m，岸面直接填至岸上。2#主墩计划2017.2月上旬完成桩基施工，2017.3月底完成承台施工，2017.4月中旬前墩柱施工9m。桩基采用冲击钻孔灌注桩施工工艺，两批成孔。由于距桩底20m范围为中风化石英闪长岩，岩石强度特别高，钻孔进度特别缓慢，同时冲击过程中冲锤磨损快、补焊占用时间多，导致第一批桩基实际施工工期比计划工期滞后半个月。首根桩基施工完发现，若待全部桩基施工完成后再按设计图纸要求的双壁钢围堰施工承台，将无法实现2017.4月中旬前墩柱施工9m的进度计划。为了实现这个目标，必须提前对承台施工围堰结构方案进行调整，要求承台围堰结构施工与第二批桩基施工同步完工，以达到缩短整个承台施工工期的目的。经过公司组织多次讨论，提出采用钢板土石组合围堰施工承台的方案，并对方案进行了比选。
3、承台围堰结构对比分析
围堰结构对比分析前，对桩位钻孔平台的地质情况进行分析。通过分析认为，钻孔施工平台填筑过程中，由于水流流速大，土石混合料中绝大多数的土和小直径的石头会被水流冲走，河床以上的堆积物主要是沉积下来的大块石头。大块石之间空隙大，渗水将非常大且快。期间采用挖掘机在承台边缘挖探坑，查看坑壁土石组成和渗水量情况。探坑挖出的土石中，直径0.2m～0.6m石块占总量80%左右，直径0.2m以下石块和砂土占总量20%左右。在探坑内采用2台100m3/h大功率抽水机抽水，坑内水位未见明显下降，说明坑壁渗水量非常大且快。根据分析的地质情况和探坑出土土石情况，对围堰结构进行了如下对比。
表1 围堰结构对比表
通过三种围堰结构形式的对比，承台施工围堰结构最终选择了钢板土石组合围堰结构。
4、钢板土石组合围堰施工方法
4.1平整平台
进入枯水期后在不影响桩基施工时，将临水面承台边线2m以外的平台高度降至977.5m高程，利用开挖的土石将临水面围堰拓宽。
4.2地质钻探
为了详细了解承台四周河床底面高程和不同地质走向、层厚情况，需要对承台四周开挖线以外3m地质情况进行补钻，以此用来确定钢板加工高度和埋置范围。钻孔位置布置临水面三面，钻孔间距8～10m，顺桥向上下游临水面各布置3个钻孔，横桥向临水面布置5个钻孔。
4.3钢板制作
钢板制作的尺寸，根据围堰埋置水下深度和设置围堰几何尺寸综合考虑。本项目根据补钻地质钻探资料知，临水面承台开挖线以外3m处不透水层位于枯水期最低水位最大深度为4m，钢板埋入不透水层内1m,钢板倾斜埋设坡比按照1:1考虑，钢板计算高度为7.07m取值7.2m。围堰钢板均采用3mm厚1.2m×6m规格钢板焊接成大块钢板，尽可能的减少钢板之间搭接接头数量和降低接头处渗水的风险。直线段焊接成7.2m×9.6m大块钢板；围堰倒交处焊接成7.2m×6m大块钢板，钢板中部制作成3m半径的圆弧，两端为直边。
图2 钢板焊接
4.4坑槽开挖
基坑开挖前，应通过计算确定开挖位置，要确保承台基坑开挖后和承台施工中坑壁的稳定性，参照土石围堰坑壁稳定性、抗剪强度的方法计算。钢板围堰基坑开挖由上游侧向下游侧开挖的顺序，按照分段开挖分段安装钢板进行，每段长度15m。坑底标高是根据现场挖到不透水层顶面以下1m深作为围堰基底高程进行控制，钻探的地质资料仅做参考。开挖过程中，采用水平仪测量控制基坑入不透水层深度。根据地质钻探资料，钢板围堰基坑最大开挖深度6m，考虑基坑放坡的水平距离，选择采用沃尔沃BC290B挖机开挖，最大挖掘深度7.3m。基槽开挖到靠岸侧时，开挖起止点位置以不透水层粉质粘土层高于围堰顶面977.5高程控制。
图3 基坑开挖
4.5钢板安装
钢板安装顺序同基坑开挖顺序相同，由上游向下游安装，相邻两边倒角位置先安装直钢板再安装圆弧钢板。钢板采用吊车起吊扁担梁安装，避免起吊时钢板发生较大横向变形。钢板采用6m长φ48mm×3mm钢管作为滑道辅助下沉，钢管间距1.5m左右，钢板下沉到底后拔除钢管。相邻两块钢板采用搭接连接，考虑基坑底开挖坡度不一致和下放不准确，钢板间搭接长度1m。
图4 钢板安装
4.6围堰基坑回填
基坑回填与钢板安装顺序相同，每块钢板安装到位后，在钢板外侧采用开挖出的粉质黏土和卵石土回填。钢板在不透水层内的采用不透水的粉质黏土回填，回填高度大于2m，防止钢板外侧水从钢板底渗入；以上部分采用开挖混合土回填，每层用挖掘机斗夯紧，使相邻两块钢板搭接接头和钢板与钢板内侧土壁挤紧，减小搭接接头处和围堰渗水。填筑时，每块钢板搭接处先留4～5m不填，待下张钢板安装到位后再一起填筑。
图5 围堰基坑回填图
4.7承台基坑开挖
围堰内承台基坑开挖与干处承台基坑开挖施工方法相同，采用常用的挖掘机开挖自卸车运土。基坑开挖先开挖临水面侧土方，既可以及时检查围堰止水效果，又能方便基坑出土。基坑分两层开挖，第一层将原钻孔平台土方开挖977m高程，第二层直接开挖到承台底以下0.3m。基坑采取放坡开挖，临水面受水压力作用，为了保证坑壁稳定适当放缓坑壁坡比，填筑土开挖坡比1：1，粉质黏土层1：0.75，坡比变化位置设置0.5m宽平台。
图7 围堰止水效果图
4.8基坑排水
基坑开挖到位后，承台基坑四周设置排水沟，将基坑四周渗水排至基坑下游侧设置1m×1m ×1m积水坑内，采用抽水泵将水排出基坑外。
4.9垫层施工
基坑清理到位后，浇筑0.3m厚C20垫层砼，垫层平面尺寸比承台边各宽0.2m。
4.10承台钢筋绑扎
承台钢筋由钢筋场集中加工，运输车运至现场，吊车吊至垫层上安装。承台钢筋一次性绑扎成型，并在墩柱位置预埋墩柱钢筋。
4.11承台混凝土浇筑
承台混凝土由拌合站集中拌合，混凝土罐车运输至施工现场，通过输送泵输送至浇筑部位。混凝土采用振捣棒分层浇筑捣实，承台一次成型。
5、取得效果
5.1安全方面
由于采用钢板土石组合围堰施工承台，工艺简单、风险较小，安装防护设施的投入相对较少，安全费用较低。在整个施工过程中，未发生任何安全事故，顺利完成整个承台施工。
5.2工期方面
采用本围堰结构施工承台，承台基坑可用明挖法开挖，开挖速度快，7天完成3600m3土石方基坑开挖。与钢围堰结构相比，工期节约近30天；与钢板桩围堰施工工期相当。
5.3成本方面
6、结语
攀枝花三堆子金沙江特大桥2#主墩承台采用钢板土石组合围堰成功施工水下承台，实现了钢板土石围堰与桩基同时施工，达到了很好的止水效果，大大缩短了围堰施工时间。本承台从最后一根桩基施工完成到承台混凝土浇注完成仅用时近1个月，于2017.3.28日完成承台施工，4.10日完成9m墩柱施工，顺利实现计划目标。本桥2#墩承台采用钢板土石组合围堰，具有工艺简单、操作容易、成本低廉、进度快、止水效果好的特点，不仅为承台施工赢得了时间，而且为承台施工节约了施工成本。
参考文献:
［1］交通部第一公路工程总公司.公路施工手册―桥涵（第1版）.北京：人民交通出版社，2000.3
［2］桥梁深水桩基础施工关键技术―苏通大桥南塔基础工程施工实践.北京.人民交通出版社，2006.8.
［3］高万才,李汉涛.钢套箱围堰在水中承台施工中的应用.城市建设理论研究.2013(24).
［4］刘跃武.拉森钢板桩围堰在海河春意桥水中墩施工中的应用.桥梁建设.2012.112-115.
论文作者:陈维兵,李剑
论文发表刊物:《防护工程》2018年第6期
论文发表时间:2018/7/16
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