异形开口双壁钢围堰下放河床斜坡岩面向下开挖止水施工技术

韩 强

（四川公路桥梁建设集团有限公司大桥工程分公司，四川 成都 610071）

1 工程背景介绍

1.1 工程概况

泸州白沙长江大桥是跨长江连接合江县大桥镇和神臂城镇、白沙镇的渡改桥项目。桥梁路线呈南北向跨越长江，主桥为（44.2m+56m+59.8m+520 m+59.8m+56m+44.2m）的双塔独柱中央平行索面斜拉桥，引桥桥长477.7m，路线总长1 377.7m。主桥采用塔墩梁固结体系，桥墩非防撞区采用双薄壁矩形墩实心断面，防撞区将分离式矩形墩连为一体，塔柱无索区采用矩形断面，锚索区采用日字型断面。主桥中跨采用钢箱梁，含风嘴宽30.5m，边跨采用同截面现浇混凝土箱梁，引桥采用后张法40m预制T梁。

1.2 白沙长江大桥4号主墩施工概况

白沙长江大桥4号主墩桩号K2+859.91，位于长江南岸冲刷侧，距离岸边40m左右。主墩桩基采用19根直径2.8m的钻孔灌注桩，梅花形布置，桩间净距3m，桩长41m；承台高7m，平面为直径34m圆形，塔座高2m。长江南岸为河流冲刷丘陵地貌，地形陡峭，斜坡高约75m，坡度约16°～35°，坡顶处较平坦，斜坡植被较发育，坡顶多开垦为旱地，两侧发育冲沟，沟内为旱沟。河床起伏较大，南岸主墩处位于主流冲刷区域，上下高差约5.35m，坡度约20°。长江枯水期水位标高212.0m，4号主墩承台顶标高205.0m，河床面标高约202.5～207.9m，承台几乎完全嵌入河床。由于项目地处长江上游珍稀、特有鱼类国家级自然保护区，不允许进行水下爆破作业，因此,不能采用常规方法先水下爆破、后下放钢围堰、再进行封底混凝土浇筑。该项目通过多次专家讨论后，决定采用外侧带插板的开口双壁钢围堰，根据河床地形进行制作，直接下放在河床裸露基岩面后进行锚固和止水，再向下开挖承台基础施工。止水方案采用在围堰双壁内灌注水下混凝土，使混凝土与河床岩面有效结合，然后在围堰夹壁混凝土中间钻注浆孔，注浆孔深入河床岩面低于承台底标高2.0m，采用水泥水玻璃双液注浆止水。

2 双壁钢围堰下放锚固

4号主墩桩基前期已完成施工，利用19根桩基护筒接高，搭设水中平台，焊接围堰拼装牛腿和下放系统。双壁钢围堰根据河床地形设计成高低异形围堰，河岸侧与河心侧高差为5.35m，堰顶标高为217.0m，钢围堰内径设计为38m，外径设计为41m，围堰内径比承台直径大4m，满足围堰预留止水及开挖防护需求。钢围堰由底到顶分别设计为异形首段与标准段两个节段，共设置12个隔舱，每个隔舱底部布置有一根钢管混凝土锚固桩，锚固桩直径为720mm，用于增强钢围堰的抗滑移性能。钢围堰设置有12根Φ820×10mm的钢管桩用于锚固桩的钻孔导向、钢筋笼下放及混凝土浇筑。为使钢围堰有更好适应地形的能力，外壁板刃角处设有一层可伸缩式插板，伸缩能力为1m。钢围堰首节段展开图如图1所示。

图1 钢围堰首节段展开图

待钢围堰环块加工完成并运输至现场后，利用浮吊及履带吊进行钢围堰拼装，然后割除牛腿拼装平台，利用6台千斤顶，同步下放钢围堰。围堰入水前，利用长臂挖机、冲锤及绞刀吸泥泵清理河床。对于部分围堰与河床未接触部位，在围堰壁外侧堆码吨袋，保证围堰内夹壁混凝土能将钢围堰与岩层较好地结合。利用事先加工好的移动钻孔平台进行锚固桩施工，锚固桩采用回旋钻孔施工，通过回旋钻取芯评估围堰夹壁混凝土与河床岩面结合情况，了解河床岩层裂隙发育情况，为后续布置注浆孔提供参考。

3 钢围堰止水

3.1 钢围堰内外封底口

钢围堰下放着床后，由潜水员在钢围堰内外两侧进行观测，对于河床部分凸起部位进行清理，不能清理的地方采取水下切割的形式，尽量使钢围堰底口与河床面结合良好。通过潜水员水下处理后，大部分部位与河床面结合较好，仅在2号块钢围堰底口与河床面有1.2m高的缺口。处理措施为：在钢围堰内侧延围堰壁插打一排直径为720mm的钢管，围堰外侧插打一排16工字钢，然后由潜水员进行水下焊接，使底口与河床形成封闭空间。为保证钢围堰底口封堵效果，在钢围堰内外两侧采用定点抛投袋装混凝土沙袋的方式进行堵漏，当袋装混凝土达到一定强度时，能起到钢围堰围水和阻挡封底混凝土外漏的作用。拌制好的混凝土用50kg的麻袋装好后封口，通过运输船运输至钢围堰周边后，紧贴钢围堰内壁下放至围堰底。对于堰底缝隙过大和河心侧水流急，单包混凝土无法堵漏时，可使用钢丝安全网将多包袋装混凝土装在一起捆牢，做成集束混凝土，进行强制封堵。钢围堰第一次封堵完成后，再次采用水下摄影或潜水员下潜探摸检查钢围堰封堵情况，对局部钢围堰底部悬空部分，再次进行定点抛投袋装混凝土堵漏。袋装混凝土封口时，必须绑扎牢固，避免在运输或下放过程散开。

3.2 浇筑钢围堰夹壁混凝土

浇筑夹壁混凝土前再次用吸泥泵清理河床面。夹壁混凝土应分次、分舱、对称、等速浇注，综合考虑后续钻孔工作量和封堵效果，夹壁混凝土未采用所有舱室浇筑到同一水平高度，在各个舱室浇筑平均高度为1.5～2.0m。在钢围堰中心10#钢护筒上布置一台360°全旋转的HGY24液压混凝土布料杆，由液压布料杆泵送混凝土至每个舱室的小漏斗中，保证浇筑连续不中断。夹壁混凝土按“刚性导管法”灌注，每个舱室布置2根（共4根）导管，导管采用Φ299×8mm无缝钢管，导管接头采用螺纹加密封圈连接。导管逐段吊装接长、垂直下放，直至围堰底厚度达到15cm为止，通过两根型钢加工而成的活动卡悬挂的方式将导管接长。导管使用前和使用一定时间后要进行水密、水压试验。每个舱室布置2个（共4个）小漏斗，漏斗通过型钢固定在钢平台上，其储料斗容量为1m3。夹壁混凝土采用水下不离析混凝土浇筑。为保证钢围堰的稳定性，使钢围堰能有效抵抗水压力荷载，在河心侧3#、4#环块内夹壁混凝土浇筑高度增加1.5m，由原最低封底厚度1.5m增加至3.0m。

3.3 钻孔注浆

钢围堰内夹壁混凝土厚1.5m，注浆孔布置在围堰双壁内距离承台中心19.75m的环上（双壁中心），间距分为65cm和140cm两种。根据锚固桩钻孔取的芯样，在1#、6#、7#舱河床面有一层约0.5m厚砂卵石层，进行注浆孔加密布置，采用65cm间距设孔，其余位置采用140cm布孔。在锚固桩内不设注浆孔，钻孔若与角钢或环板发生冲突，可适当移动一定距离，避开型钢，孔径75mm，钻孔平台标高217.5m，钻孔底标高为196m，承台底标高为198m，钻孔岩层深度3.5～10.5m，钻孔混凝土深度平均1.5～3.0m，总计118个注浆孔，后续可根据止水情况进行补增注浆孔。钻孔采用6台取芯钻机同时钻孔，第一轮采用间距280cm，第二轮再加密为140cm和65cm，单孔钻孔完成后便立即注浆。注浆管道采取2种布置形式，分为含卵石层和不含卵石层。对于河床没有卵石层的位置，夹壁水下混凝土浇筑完成后，混凝土与河床直接接触，此种状态下，钻孔完成后，可直接利用注浆塞在夹壁混凝土上端进行封堵压浆。对于河床含有卵石层的状况，需采用Φ42mm的花管进行埋设注浆，花管开孔区域放置在卵石层位置，顶部用封堵器封闭，然后进行压浆施工。注浆质量直接决定了整个钢围堰止水和施工方案是否成功，如不能有效止水，一旦长江洪水期涨水，整个4号墩施工将延期一年，直到下个枯水期。为确保注浆质量，所有注浆管道从夹壁混凝土注浆塞开始，用3根（1根注水泥浆、1根注水玻璃、1根用于排气）4分铁管引至钢围堰顶口操作平台，注浆铁管端头带开关阀门用于保压，总体立面布置如图2所示。采用三管注浆可以任意调节水泥浆和水玻璃比例，当遇到孔底漏浆，注浆终孔压力不能达到要求时，可以立即增加水玻璃用量，注入一定量高浓度双液浆后，暂停注浆，待漏浆位置双液浆体凝固堵漏后，再继续压浆，使其满足注浆终孔压力后，关闭注浆管阀门。为避免注浆孔压力损失，注浆铁管和阀门均为一次性投入。

图2 总体立面布置图

注浆开始前，根据注浆孔深，预估注浆浆液用量，单孔注浆结束标准以压力控制为第一原则，以注浆量控制为第二原则，注浆压力控制在1～3倍水压力，终压力控制在3～5倍水压力，注浆时，初压控制在0.2MPa，终压控制在0.4MPa。当达到终压标准后，保压观察10min以上，压力无明显损失后，结束单孔压浆，如长时间注浆压力不上升，调整双液浆液配合比。备用注浆液采用化学浆液。该浆液黏度低、渗透性好、固结强度高、胶凝时间可调、操作使用方便。由于该浆液胶凝时间从几秒到数小时任意可调，因此，即可进行单液注浆，又可进行双液注浆。注浆过程中注意长江和围堰内水位变化情况，在全部注浆完成前不要产生内外水头差。

4 承台开挖止水

4.1 钢围堰内抽水堵漏

夹壁混凝土布设的注浆孔完成注浆后，待浆液达到设计强度，即可试抽钢围堰内的江水。抽水过程中详细记录水位下降速度和每小时排水量，水位每下降2m后停止20min记录围堰内水位变化情况，判断围堰是否漏水。白沙长江大桥4号墩围堰抽水前期一切正常，部分河床都已经露出水面即将达到设计承台标高时，突然在18号桩基护筒周围出现大量涌水，由于涌水量较大，在详细记录涌水情况后，反向往围堰内注水，保证内外水头差。水位稳定后由潜水员下潜对涌水位置进行查看，发现涌水源是因为钢围堰内外河床岩石存在一处涌水孔洞。处置方式为潜水员水下封堵孔隙，埋设注浆管进行压浆封堵。

4.2 承台基坑开挖

钢围堰抽水完成后不能立即进入围堰作业，待24h观察确认围堰内安全后，立即进行围堰底口内圈清理，延围堰内壁绑扎一圈钢筋混凝土冠梁。然后割除桩基钢护筒。所有进入钢围堰内作业的人员均需穿戴救生衣，确保围堰突发情况下的人员安全。桩基钢护筒割除后，利用护筒产生的孔洞向四周拓展开挖河床岩。由于河床为坡度约20°斜面，开挖采取分层的方式，由高处向下开挖，从中间向四周开挖。开挖过程中密切注意围堰四周和底部是否有漏水或涌水情况，围堰平台上由专职安全人员观察漏水情况，如有突发情况，立即撤离人员。

4.3 涌水处理

承台基坑开挖过程中如坑壁出现漏水情况，可在对应的钢围堰夹壁混凝土中增加注浆孔，进行注浆止水。如坑底出现漏水，根据漏水点位情况，采用直接埋设注浆孔或钻孔进行注浆堵漏。白沙长江大桥4号墩承台基坑在开挖至承台底标高以下2.0m，最后一处坑壁拓宽位置，突然坑壁出现一处涌水孔洞，巨大的水压造成钢围堰内迅速积水。钢围堰内10台大功率抽水泵确保了人员和设备有充足时间撤离。此时涌水点水压较大，直接封堵较为困难，平衡内外水压后，潜水员通过封堵压浆和夹壁混凝土钻压浆孔方式进行止水。

5 结语

本工程中采用的异形开口双壁钢围堰下放河床斜坡岩面向下开挖是一次成功的案例，整个水下基础部分在长江洪水期来临前提前完成了出水，确保了整个项目的工程进度。钢围堰止水和承台基坑开挖漏水处置，为类似工程积累了宝贵的经验，以供类似项目参考。