1.概述
1.1 工程概况
港珠澳大桥CB05标浅水区非通航孔桥196#墩，里程桩号K33+062.000，属于低墩区，设计为浅海淤泥低桩埋置式承台基础。根据设计资料承台尺寸为15.6m×11.4m，四角做成2.0m×2.0m倒圆角以利脱模，因长宽比例基本接近，故而采用四周做成含3.0m×3.0m倒圆角的矩形双壁钢套箱围堰。围堰内壁尺寸为16.1m×11.9m，壁厚0.75m，高23.2m，在海中临时平台上通过200T浮吊分8块拼装成整体，浮运至现场整体下沉。承台与底节墩身均在预制厂整体预制，墩身采用C50海工混凝土，浇筑高度13.000m；承台采用C45海工混凝土，浇筑厚度4.5m。封底标高低于承台底标高40cm，预计浇筑方量540m3，浇筑时间约14h。
浅水区非通航孔桥承台及底节墩身安装施工采用先安放无内支撑结构双壁钢套箱围堰，后整体吊装预制承台及底节墩身的施工方法。
1.2水文条件
桥位区域属南亚热带海洋性季风气候区，温暖潮湿、气温年较差不大，降水量多且强度大；潮汐属不规则半日潮混合潮型。20年一遇极高潮位+2.97m，极低潮位-1.35m。高潮时水深5.0～7.0m，低潮时水深3.5～5.5m；设计桥位处最大流速为1.23m/s(20年一遇）；设计桥位处波浪要素(20年一遇）：波高2.03m；周期9.3s；波长75m。
1.3 地质条件
桥位区域地面较平坦，地面高程一般在-4.0～-6.2m，海底主要为海相沉积的淤泥。钻孔深度范围内第四系覆盖层按成因时代及岩性特征分为5大层，①层为主要全新统海积相淤泥、淤泥质土，②、③层为晚更新统海河交互相黏性土夹沙层，④层为晚更新统河流冲积相黏性土夹沙，⑤层为花岗岩风化残积土。
1.4双壁钢套箱围堰
围堰采用新型无内支撑结构的双壁钢套箱围堰，围堰壁仓厚0.75m，长17.6m，宽13.4m，高23.2m，围堰设计成可拆装式结构，平面分为八块，各分块之间采用锁口与螺栓组合的连接方式进行连接，见“图1”。
图1 围堰平面布置图
2 封底前的施工工艺
待墩位处钻孔灌注桩完成后，桩基达到强度经质监站检测合格，拆除整体式桩孔平台，将进行一系列浇筑前的准备工作，为本次浇筑水下混凝土打下良好的施工基础。
2.1 基坑开挖及安装导向架
采用挖泥船对将施工墩位按1：5坡度进行挖泥，坡底口横桥向按18m控制，纵桥向按14m控制，以底口小顶口大台体形状开挖；196#墩位处海床面平均高程为-4.490m，考虑到开挖后淤泥回填、围堰下沉到位后承载力满足要求及后期围堰方便拔起，开挖底标高按-12.7m控制；承台水下基坑开挖示意图如下图2、图3：
图2 基坑开挖平面示意图
图3 基坑开挖剖面示意图
在围堰运输至墩位前，将导向架(见图4）安装到196#钢护筒上，按照表1所示要求调准其平面位置和垂直度，导向架精度满足设计要求后，采用钢楔将其与钢护筒之间抄垫密实，为确保围堰安放的精度，需在导向架上定出测量基准面，确定围堰控制点，下放围堰之前应对导向架进行复测。
表1 导向架精度控制表
图4 导向架平面布置图
2.2 围堰整体运输及下沉
钢围堰由制作单位制作完成后，通过驳船运输至施工现场，根据施工环境，我们将在完成钻孔灌注桩施工的216#墩位处（风浪较小）作为临时拼装场地。将围堰在216#墩位处已安装好的导向架内预拼成功后，通过“小天鹅”（双体船、总吊重2900t）将围堰整体（总重：580t）运输至施工墩位后抛锚定位，通过绞锚将围堰初步定位在导向架的正上方，开始松钩，使围堰沿导向架缓缓下沉；当围堰底部刃脚下沉至-13.0m左右时，采用20t千斤顶将导向架上下两层20个调节块顶推到设计值，调准围堰的平面位置和垂直度。之后“小天鹅”再次松钩，待围堰在其自重作用下下沉至暂时稳定状态，如果围堰顶口高出导向架顶面50cm还未下放到位时，将在导向架上层顶推块位置底部齐平位置的围堰上焊接支撑牛腿，拆除导向架扁担销轴，达到导向架与围堰同步下放，确保围堰的垂直度与平面位置。具体见下图5、图6：
图5 围堰整体运输及套入导向架图
图6 围堰下放完毕图
2.3 围堰内吸泥及打沙
待围堰下放到位后，在围堰上安装走形平台、吸泥门架轨道、吸泥门架及焊接上围堰的扶梯，利用吸泥导管将淤泥吸至比设计标高底1.5m，请潜水员下水用高压水枪清理围堰内壁及钢护筒四周，使其表面无淤泥附着，用挖泥船往围堰内填1.5米的沙层，待一个涨落潮后，开始布置封底导管，按图7所示在导向架上面搭设1#—5#五个搁置平台和安放灌注导管。在1#、2#灌注导管底部放置1.5m×1.5m×0.5m预制水泥板，以防首盘砼拔球下落冲击波使沙层不均匀铺设，导致下层淤泥上翻，从而出现封底砼穿孔，造成封底失败，影响施工进度。
图7 搁置平台与封底导管布置图
3 封底砼浇筑过程控制
3.1 导管、料斗及海上砼船控制
灌注导管采用Ф288对接垂直式导管，灌注作用半径为3．5～4，导管内壁应光滑，导管配置好在使用前进行气密试验，合格后将其安放到位。导管采用5套，1套使用，1套备用，每套导管长度约17m，管顶部分导管采用多根0．5m与1.0m短管（含20cm一道管卡），以便调节，其余导管长度采用拼接成整体长度，连接处通过外包环钢板焊接牢固。导管拼接是否漏水是影响混凝土灌注是否顺利的关键因素，拼接时连接处必须加密封圈，环板必须紧贴密实，并控制好焊接质量。砼料斗容量为3m³，浇筑时配备2个3m³砼料斗，1个0.8 m³小料斗，砼由 “海天四号”混凝土工厂船供给，现场生产、拌制而成，通过布料机泵送至围堰内混凝土料斗内。
3.2 混凝土灌注顺序
浇筑按一次性1.5m高浇筑，分一个来回完成3.0m的封底混凝土灌注。灌注顺序由标高从低→高的一侧灌注，本次196#从右侧开始，由右向左逐个灌注，当右侧混凝土标高起来1.5m标高后，转至从左侧往右侧灌注，直至左侧标高起来3.0m后再补充其余灌注点，以完成整个围堰的封底工作。在灌注过程中，应勤测导管底口悬空高度，按照如下灌注顺序执行：1#拔球——2#、3#拔球——4#拔球——5#、6#拔球——2#、3#拔球——1#拔球，完成本次混凝土灌注。首先灌注1#导管，根据混凝土上升高度来控制启用后续2#和3#灌注点。混凝土流动半径及封底灌注导管布置图如下：
图8混凝土流动半径及导管布置图
3.3 混凝土灌注
混凝土采用水下C45标号，坍落度以20～25cm为宜，流动性保持在2小时内坍落度不低于20cm，初凝时间为12～16h，混凝土采用泵送。开始浇筑时每台泵送布料机需lm³沙浆润管，灌注过程中布料机扒杆需用揽风从浇筑混凝土料斗的两侧(迎风两侧）固定，以防扒杆摆动过大，将混凝土洒在海里，同时也会损坏扒杆零部件，影响施工质量与进度。当浇筑过程中泵送布料机扒杆延伸不到浇筑料斗内时，可通过海上混凝土工厂船绞锚定位来完成。
第一斗拔球混凝土控制在6m³左右，每根导管的首批混凝土灌注时要求连续、不间断的进行，保证导管埋深0．5m以上，导管悬空高度控制在30cm以内为宜。在灌注过程中，要加强测量混凝土的表面高度，并及时拆卸导管，保证导管埋深在lm左右。封底混凝土施工过程中要通过对封底方量（508m3）与封底顶面标高（封底混凝土厚度为3.0m）进行控制，要保证其两个参数的相互关系正确，以保证封底混凝土顶面标高满足设计要求。在1#、2#导管灌注混凝土过程中，时刻关注线路左侧淤泥情况，需间断性吸泥；灌注过程随时检查混凝土的流动距离、导管埋入深度、浇注速度及混凝土面上升高度，及时调整浇筑顺序，安排1人专门负责浇筑厚度的测量，现场技术员负责记录。水下混凝土灌注过程应连续，一般情况下不得中断，每根导管的问歇时间不宜大于20min。拆接管必须快速，以免间歇时间过长导致塞管，混凝土灌注过程应保持水面标高不变，打开围堰一侧连通孔，保持围堰内外水面标高一致。浇筑完成后对布控监控点全面检查测量，保证封底混凝土的厚度及平整度。浇筑过程如下图9：
图9 封底混凝土浇筑图
4 人员施工组织、应急措施
4.1 人员组织
196#水中墩钢围堰施工是港珠澳大桥关键性控制工序之一，其施工特点为技术难度大，安全风险高、作业持续时间长。项目部领导调动团队力量，成立封底施工专项小组，分工具体到个人，确保了196#水中墩钢围堰工程的顺利实施。
4.2 主要应急措施
本次施工主要是封底过程中出现发电机异常、吸泥门架吊钩断裂、布料机扒杆螺丝松动与等影响封底中止的因素而启动应急措施。整个灌注过程吸泥门架吊钩钢丝绳拉断一根，发电机出现异常一次，由于现场专业作业人员数量较少，且未经历水下混凝土施工作业，没有按照水下混凝土工艺流程施工，再加海上施工不可预知的因素较多，不可能每个因素都能预防到位．故项目部全员参与处理，基本上做到了快速应对，有效组织。
5 控制要点总结
（1）基坑不能过早开挖，防止原状土被破坏，基坑开挖标高以钢护筒标高为准，开挖深度需要根据实际情况控制。
（2）安装导向架时需要区分大小里程，导向架的标高尽量要控制在+4.5左右，以达到围堰下放到稳定状态时不调整导向架标高，导向架调整好后需要用钢楔进行临时加固。
（3）围堰下放前确保内置吊点及锁扣缺口都已封闭，围堰入泥前需要用顶推块调整围堰的垂直度和平面位置，围堰下放到自重状态不下沉时，往隔仓内加水让围堰下沉，下沉过程中需控制垂直度，围堰下沉至顶口离导向架还有一米时，焊接反力座把导向架和围堰连成整体，拆除吊挂系统，围堰和导向架整体下沉的过程中用纤维轮贴死钢护筒做导向，确保垂直度和平面位置，围堰下沉到位后要及时的加固，防止围堰晃动。
（4）吸泥过程要多动吸泥导管，吸泥过程要注意围堰内淤泥的标高是否有变化。
（5）吸泥到位后需及时打沙，防止淤泥底面上抬；沙子打完经过一个高潮后请潜水员下水，对沙层的情况进行摸查及冲刷整平，如果沙层顶面淤泥较厚需要重新进行吸泥。
（6）封底前需对围堰锁口内灌沙，以防淤泥从锁口内涌入围堰内。锁口灌沙时必须要在确保前一次灌入的沙子密实后再往里灌，锁口灌沙不能一次性灌入到位，需分为几次，每次灌入锁口的沙量不能过多且灌入的速度要慢。
（7）封底前需要用比重锤对围堰内持力层的承载力进行试压，如果比重锤不下沉一次性封底，如果比重锤下沉，分两次封底，第一次封1.0米，第二次封2.0米；封底是否好坏无法直接检查，因此封底时必须严格按照工艺严格进行。若封底效果较差，可能出现渗漏水、穿孔现象，处理起来比较麻烦，将增加资金的投入和工期的延误；在封底混凝土强度达到设计要求前，围堰不得受到冲击、干扰和承受额外荷载，以免影响混凝土强度增长，确保混凝土的强度、整体性和水密性。
（8）导管下放前需要对导管是否漏水进行检查，浇筑过程中要时刻注意混凝土上升的高度是否和混凝土用量一致。围堰一侧浇筑到位后必须请潜水员对围堰的另一侧的混凝土及淤泥情况进行检查，看是否需要吸泥。
（9）一般套箱封底均采用C30混凝土，而本次是采用C35混凝土，标号偏高是本次封底成功的一项因素，但成本有所增加，不值得推广，只有在各个环节再有所改进才是提高效率的途径。
5 控制要点总结
通过对港珠澳大桥196#墩双壁钢套箱围堰封底施工，在公司和项目部领导指导下，总结了很多经验教训，希望本文对类似工程起到借鉴作用，不足之处恳请指正。
参考文献：
[1] 《港珠澳大桥主体工程CB05标非通航孔桥施工设计图》。
[2] JTG D62-2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范。
[3] JTG/F50-2011，公路桥涵施工技术规范.北京：人民交通出版社，2011。
[4] 杜昌盛 浅谈钢套箱围堰封底施工技术控制，2013。
论文作者:路云强
论文发表刊物:《基层建设》2016年第33期
论文发表时间:2017/3/7
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