浅析深水围堰卵石土基础地质段施工技术

刘志勇

摘要：本文根据四川地区大粒径卵石土地质区水中承台围堰施工特点，分析、比较了处于季节性河流上铁路桥梁承台围堰的不同施工工艺，主要对黏土夹心围堰、单壁钢围堰、双壁钢围堰三种围堰施工工艺的特点进行比对，分析了施工过程中的各种不利因素和解决措施，归纳出卵石土地区水中围堰施工的各种施工工艺的优点和适用性，对今后类似过程的施工具有一定的借鉴。

Abstract： Based on the construction characteristics of the Underwater cofferdam in the geological area of the large-grained pebble soil in Sichuan area， this paper analyzes and compares the different construction technologies of the railway bridge cofferdam on the seasonal river， mainly on the clay sandwich cofferdam， single wall Steel cofferdam and double-wall steel cofferdam， analyzes the various unfavorable factors and solutions in the construction process， and sums up the advantages and applicability of various construction techniques of cofferdam construction in pebble soil area， which provide reference for the similar construction.

关键词：卵石土；基坑；承台；围堰

Key words： pebble soil；foundation pit；bearing platform；cofferdam

中图分类号：U445.55 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）18-0128-03

0 引言

在四川地区的铁路大型桥梁施工中，经常需要跨越河床地质情况复杂的大型河流，河床表面多为大粒径卵石且强度大、数量极多、夹杂砂质黏土。由于地处西南地区的四川盆地，每年汛期早且持续时间极长，同时河道上下游均有梯级开发建设的水电站，因此造成水文条件极为复杂，每年的施工时间仅为枯水季节的短短几个月，工期压力极大，未知因素极多。在以往工程案例中多采用双壁钢围堰法施工水中承台，需要大型加工场制造围堰、利用拖船运输至桥位、船吊组拼、下放、抽水下沉。但此种施工方法却因受有效时间、地形条件、水上交通条件等因素限制，存在施工组织复杂、施工资源投入大、安全风险高等不利因素。

1 工程概况

新青衣江特大桥为单线桥，设计起点里程DK138+073.93至终点ZDK140+176.69，中心里程为DK139+409.4，桥梁全长2102.76m。上部桥跨结构为7-32+3-24+16-32+（32+48+32）m连续梁+5-32+1-24+1-32+（40+4×64+40）m连续梁+18-32，其中26#-29#墩之间为一联跨堤（32+48+32）m连续梁；36#-42#墩之间为一联跨江（40+4×64+40）m连续梁。全桥共计285根钻孔桩，61个墩台身及两联连续梁。本桥为新建成昆铁路成都至峨眉段扩能改造工程跨越青衣江的重点控制性工程。

其中37#-40#墩位于深水区，承台施工是本桥的难点及控制性工程，承台施工时受水文条件控制，最佳施工时间为枯水期，时间短、工程任务量大。青衣江河道在桥位处上下游均有大型水利发电设施，人为增加了流量、流速、水位的不确定性，无法根据降雨、升温融雪等气象条件对水文条件进行预测及预判。

本桥位于青衣江夹江段，桥位上游为既有成昆线上的青衣江特大桥，河流受上游桥梁基础影响，具有较大河岸冲刷现象，造成该处河水较为湍急且流量大。37-40#墩处河床沉积物松散～稍密，地质条件为表层1-3m卵石层，下部3-40m为泥岩夹砂岩。

本桥跨越青衣江，受通航控制设计，通航等级为Ⅶ级。

水文资料：Q1/100=18200m3/s；H1/100=414.35m；V1/100=3.65m/s；H最高通航水位=410.7m；Q1/300=20300m3/s；H1/300=415.03m。

2 围堰施工条件

根据现场实际水文、地质情况，考虑施工周期及桥梁结构特点和节点工期安排，前期选定水上搭设栈桥、利用施工平台施工钻孔桩的方案，承台施工选用双壁钢围堰方案，为先平台后围堰法。在双壁围堰施工时遇到以下不利条件：

①青衣江通航等级为Ⅶ级，河道上下游均有水电站，大型拖船、船吊等设备无法进场施工。

②由于上游为既有成昆线的青衣江特大桥，施工时增加了邻近既有线施工的诸多不利因素影响，增加了大量安全风险源。

③由于双壁钢围堰设计时考虑的施工水位为十年一遇，根據节点工期需要在主汛期前完成承台施工，加大了施工组织难度和需要增加大量的机械、材料等施工资源。

有利条件为前期钻孔桩施工顺利，承台开始施工时间较预定工期提前，此时正值枯水期且水位处于较低值。由于青衣江主要水文特点是季节性河流，枯水期的河床地貌与设计期（常水位）地貌相比主河道急剧变窄，大量河床裸露，水位很低，流速较慢。

3 围堰施工方案

根据现场的实际情况，深水区的4个承台的围堰采取了4套不同的施工方案。37#墩采用黏土夹心围堰；38#、40#墩采用单壁钢围堰；39#墩采用双壁钢围堰（高9m）配合真空射水吸泥下沉。

3.1 黏土夹心围堰施工方案

由于处于枯水期，施工水位极低，37#承台本就位于浅滩处，河床已全部裸露，施工时已不需要采用双壁钢围堰。根据现场实际情况及时调整了施工方案。采取利用路基挖方外弃黏土与卵石土共同填筑黏土夹心围堰止水方案，此种方案的优点为实施速度快、机械设备投入少、经济性强。

施工工艺为：2台挖掘机开挖基坑，同时在基坑外侧填筑黏土围堰，围堰主体材料为路基挖方的外弃黏土，土围堰内部铺设2层厚度0.12mm的塑料布作为隔水材料。基坑开挖到位后，开始采用6台500m3/h水泵抽水作业，随着水位下降及时堵漏，初期抽水耗时约3天，待降水至基坑底部时僅存少量流水点，采用单台水泵在基坑内集水坑处连续运转即可满足施工降水要求。基坑内壁存在薄弱点可采用堆码装满黏土的编织袋进行加固处理，经过降水与加固后，基坑内具备承台施工的条件可转为类似陆地承台正常施工。

3.2 单壁钢围堰方案（岸上组拼、整体吊装）

38#承台位于河道靠近主河道部分，但由于施工时间在枯水期，水位不高采用单壁钢围堰即可满足止水、挡水条件，38#墩钢围堰采用陆地拼装成型，300T吊机一次整体吊装就位。

单壁钢围堰高度为6m，整体尺寸为13.5m*9m，围堰面板为10mm厚钢板，背肋为I16工字钢，中间加设∠75*75角钢加强。围堰采用分层、分块在加工厂制作，运送至现场，首先拼装成单侧整体即围堰的四周面板。第二步为在预先选定的围堰拼装场地内将四块围堰面板拼装成整体围堰，同期进行承台基坑的开挖和围堰下放位置的清理；第三步为300T吊机一次整体吊装就位；第四步为围堰内混凝土封底，封底完成后分层抽水、堵漏、安装围堰内支撑。以上步骤完成后承台施工进入与陆上承台施工相同工艺流程。

3.3 单壁钢围堰方案（钢护筒上组拼、导链下放）

40#承台位于河道靠近主河道部分，但由于施工时间在枯水期，水位不高采用单壁钢围堰即可满足止水、挡水条件。40#墩单壁钢围堰利用既有钢护筒搭建拼装平台，拼装成型后利用4个20T导链下放。

单壁钢围堰高度为5m，整体尺寸为13.5m*10m，围堰面板为10mm厚钢板，背肋为I16工字钢，中间加设∠75*75角钢加强。围堰采用分层、分块在加工厂制作。加工围堰同时进行承台基坑的开挖和围堰下放位置的河床清理，利用钻孔桩施工时1#、4#、9#、12#四根钢护筒作为围堰下放的平台。首先在钢护筒下部焊接牛腿并安装工字钢作为拼装的下平台，在钢护筒顶部安装四根I36工字钢作为下放平台，平台四角安装四个20T倒链作为下放装置。围堰单片运送到位后直接吊装下放在拼装平台上，四片均组拼完成后，利用倒链下放至设计位置。采取导管法灌注围堰内混凝土封底，封底完成后分层抽水、堵漏、安装围堰内支撑。以上步骤完成后承台施工进入与陆上承台施工相同工艺流程。

3.4 双壁围堰施工方案（钢护筒上组拼、导链下放、射水吸泥下沉）

39#墩承台为双壁钢围堰方案，经过优化总高度有由19.4m变为9m，减少10.4m。采用2台大功率真空泵射水抽砂及潜水员水下捞石作业下沉围堰。

施工工艺流程：

安装下放系统→导链将底节双壁钢围堰吊离拼装平台→拆除底节拼装平台→导链下放围堰→将双壁钢围堰下沉至设计位置→双壁钢围堰自浮，拆除起吊系统，将双壁钢围堰固定在钢管桩牛腿上→射水吸泥（潜水员捞石）→双壁钢围堰下沉到位→固定双壁钢围堰。

双壁钢围堰壁厚1.2m，围堰尺寸为14.7m*10.2m，采取分层、分块加工制作，现场拼装下放的施工方案。由于采取了合理的施工分块，降低了每块构件的重量，使用50T履带吊即可满足施工需要。双壁钢围堰施工要点：下放前利用24m长臂挖掘机对围堰下放位置挖槽并清理整个基坑内的卵石；围堰初次下放后由于水中大块卵石的影响，必须采用射水抽砂及潜水员水下捞石作业逐步下沉围堰至设计标高；大面积围堰内导管法水下混凝土围堰封底；围堰内分层抽水、安装内支撑体系，抽水到位转换为陆上施工模式。

4 围堰施工方案分析、比对

青衣江特大桥的四个主墩承台采取了四种不同围堰施工方案，四种方案各具有优点和缺点，施工时均遇到不同的问题，也有共性的问题。

4.1 各种围堰的优缺点

4.1.1 黏土夹心围堰

优点：方案简单宜行、操作简便可行、使用大型施工机械少、可利用路基挖方外弃土、节约钢围堰材料。

缺点：围堰填筑耗时较长、初期抽水量大、时间长、由于围堰结构简单且卵石土的透水性强施工工程中始终需要抽水。围堰四壁的稳定性较差，存在落石、塌方等风险，需要人员盯控和及时加固。

4.1.2 单壁钢围堰方案（岸上组拼、整体吊装）

优点：围堰可以在工厂内加工制作，制作精度、质量有保证，同时在现场挖槽、清基两条施工主线同时进行节约时间。围堰整体拼装、一次下放，快速、便捷。围堰受力性能好、止水、挡水能力强，可以为后续施工创造良好、安全的施工环境。

缺点：由于围堰较高、尺寸偏大，陆上组拼和一次吊装难度很大，施工风险很高。围堰在施工完成后不能全部拆除，只可局部切割回收，在河道中将会剩余部分围堰对通航有一定影响。

4.1.3 单壁钢围堰方案（钢护筒上组拼、导链下放）

优点：厂内加工制作与现场施工准备同期进行，可节约施工时间。分块组拼风险小、易操作、50T吊机即可满足施工需要。下放机具简单、操作性强、全程可控。围堰受力性能好、止水、挡水能力强，可以为后续施工创造良好、安全、稳定的施工环境。

缺点：组拼时全部为水上高空作业，现场焊接质量难以保证，多数焊缝均为立焊，虽然在下放前每条焊缝均经过检测，但由于焊缝太多且检测条件受限，局部焊缝还是有漏水问题出现。围堰在施工完成后不能全部拆除，只可局部切割回收，在河道中将会剩余部分围堰对通航有一定影响。

4.1.4 双壁钢围堰方案（钢护筒上组拼、导链下放、射水吸泥下沉）

优点：厂内加工制作与现场施工准备同期进行，可节约施工时间。分块尺寸、重量合理，组拼风险小、易操作、50T履带吊即可满足施工需要。下放机具简单、操作性强、全程可控。围堰受力性能好、止水、挡水能力强，可以为后续施工创造良好、安全、稳定的施工环境。充分利用前期施工时的钢护筒，不增加额外的下放平台，节约材料及施工费用。

缺点：围堰整体尺寸大且四角为异形结构，挖槽时难以开挖到位。组拼时全部为水上高空作业，现场焊接质量难以保证，多数焊缝均为立焊，虽然在下放前每条焊缝均经过检测，但由于焊缝太多且检测条件受限，局部焊缝还是有漏水问题出现。围堰采取射水吸泥法辅助下沉，吸泥设备复杂、耗电量大、效率慢围堰在施工完成后不能全部拆除，只可局部切割回收，在河道中将会剩余部分围堰对通航有一定影响。

4.2 围堰施工中的共同点

四种围堰方案差别极大，首先从材质上结构形式上区分有黏土围堰、单壁钢围堰、双壁钢围堰三种。即使是同一结构形式的围堰在施工过程中又采用了不同下放方法，岸上组拼、整体吊装和钢护筒上组拼、导链下放。四种围堰的共同目的就是止水与挡水，将水中承台施工转化为近似陆地化的施工条件，四种围堰均达到了预期的施工效果，顺利完成施工。

三种钢结构的围堰在施工时均需要水下混凝土封底，这是一个施工难点，同时也是一个共性问题点。由于卵石土的透水性极强，且卵石粒径大小不一，刚性的围堰在下放过程中很难完全与河床面契合。三种钢围堰水下混凝土封底完成后在抽水过程中均会出现局部漏水问题，根据围堰的不同结构及河床地形差异，漏水点与漏水量差异较大，整个围堰施工过程中围堰内止水耗费了大量精力。

38#承台的围堰为第一个实施封底作业的，在抽水至封底面时出现四处较大的漏水点，水流量不大，经过分析為围堰卡在大块卵石上造成空隙导致封底不密实，引起漏水。采取的解决方案为在内部漏水点附近加设钢板将漏水点包围，围堰内局部二次封底，彻底解决漏水问题。

40#承台围堰与38#承台围堰结构相同、河床环境相似，根据38#围堰的施工经验提前采取在围堰内部投放沙袋封堵围堰与河床间的空隙，经过封堵围堰封底效果明显变好，在抽水完成状态时虽仍有漏水点，但水量小不影响后续施工。

39#承台围堰在施工时同样遇到围堰与河床间不密贴且有大卵石影响围堰下沉，采取真空泵射水吸泥结合潜水员人工捞石的方法将大块卵石逐一取出。在封底前潜水员将沙袋放置在围堰与河床间的空隙处封堵，经过综合处理39#围堰的封底效果最好。

5 围堰施工方案总结

针对承台施工的不同地质、水文情况区别对待，结合实际需要采取不同的围堰施工方案，要敢于创新、勇于突破、抓住时机，根据天时科学配合地利科学的调整施工方案。经过在新青衣江特大桥围堰施工过程中的一系列探索与实践，总结出一套施工方案优化的科学、可行的操作模式，值得在今后的工程实践中不断改进探索。

6 结语

在新青衣江特大桥围堰施工过程中，经过一系列的方案优化的探索和实施过程中的实践，经过总结和提炼取得了卵石土地区深水围堰施工的宝贵经验，形成了一种理论结合实际、天时结合地利、工期结合资源的综合分析方法用于解决工程施工中遇到的重难点问题。通过具体实践中取得了不错的成果，通过优化施工方案一举多得，实现了经济、工期、节能、科研创新、绿色环保等重大经济、社会效益。

参考文献：

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