三江口特大桥主墩钢围堰封底施工关键技术探讨

■谢能辉

（莆田市交通投资集团有限公司，莆田 351100）

近年来水下承台建设工程越来越多，而钢围堰为其顺利建设提供可行性，因此钢围堰施工工艺逐渐被广泛采用[1-4]。 然而钢围堰施工面临许多复杂和关键性的施工技术难点， 尤其围堰封底技术复杂，施工组织困难，施工安全风险控制难度大。 为此本研究以联十一线（莆田境）涵江江口至仙游枫亭段工程三江口特大桥主墩钢围堰施工为工程背景，详细阐述了特大桥主墩钢围堰的设计结构及总体施工工艺，系统地研究了钢围堰封底关键技术，以期为类似工程提供参考。

1 工程概况

1.1 主塔墩基础结构概况

三江口特大桥全桥共11 联：4×（4 m×30 m）+5×（3 m×40.83 m）+（95+220+95）m+（65+120+65） m；桥梁全长：1 756.5 m。 其中主桥桥型方案为双塔组合梁斜拉桥，跨径布置为（95+220+95）m＝410 m，设置32#、33# 主塔墩， 主塔墩基础均采用钻孔灌注桩，哑铃型承台。 承台底标高-0.61 m，承台顶标高+5.39 m，高6 m，长65.3 m，宽19.8 m，其下布置20根主墩桩基，桩长62（64）m，桩径2.5 m，以及8 根辅助桩桩基，桩长30 m，桩径1.2 m。 主塔墩基础平、立面布置见图1。

图1 主塔墩基础平、立面布置图

1.2 工程建设条件

1.2.1 地形地质条件

该场区属于冲海积平原地貌，三江口特大桥横跨木兰溪，河宽约430 m，河床底标高-4.0～-3.0 m，水位受潮水涨落潮影响，平均水深约4.8 m。 木兰溪横断面在三江口特大桥工程区呈较对称“U”型。

1.2.2 航道情况

由于本工程位于兴化湾顶部木兰溪河口水域，该水域目前主要已建的码头设施为三江口作业点，进港航道为天然航道，每月进出三江口作业点的船舶仅4～6 艘次，通航船舶相对较少，多数货船需乘潮通航。 工程周围分布有养殖设施，通航的船舶为渔船等小型无序船舶及部分散杂货船。

综上所述，本工程航道交通量较轻，具备材料水运条件。 且在本工程栈桥施工前已进行了通航安全评估，围堰施工不会对航道交通产生较大影响。

1.2.3 潮汐情况

木兰溪三江口潮位，为半日潮区，每日两次涨、落潮，平均潮差为6.5 m 左右。 潮流为半日潮流，涨潮平均流速0.57 m/s，最大流速为0.94 m/s；落潮平均流速0.65 m/s，最大流速为0.95 m/s。 兴化湾口处最大波高为4.1 m，平均周期7.1 s。

2 主墩钢围堰结构及总体施工方案

三江口特大桥主墩承台底标高为-0.61 m，在潮汐环境下，时而露出，时而淹没，需利用围堰进行承台施工。 考虑承台底部河床地层存在较厚淤泥层，设计采用双壁钢吊箱围堰。

2.1 主墩围堰结构概述

2.1.1 围堰整体结构

32#、33#主墩围堰结构相同， 均采用哑铃形双壁钢吊箱围堰，围堰（不含防撞设施）长67.78 m，宽22.28 m，高9.708 m。围堰顶标高为+6.49 m，底标高为-3.218 m，竖向单节，横向分成24 个节段，在工厂制造好后水运至现场拼装。 32#、33# 主墩钢吊箱围堰立面布置见图2（a）。

2.1.2 围堰底龙骨结构

围堰底龙骨由底龙骨及底板组成。 其中底龙骨采用双拼HN600×200 型钢，型钢材质为Q235B；底龙骨上部铺设8 mm 厚钢板作为底板， 底板上设I10 工字钢作为加劲；部分位置龙骨采用10 mm 厚贴板进行加强。 同时为保证工人操作方便，在其上再铺设1 层10 mm 厚钢板，材质均为Q235B，见图2（b）。

2.1.3 围堰壁板结构

围堰侧板底标高为-2.61 m，顶标高为+6.49 m，总高9.10 m。 单个围堰侧板总重约932.3 t。 围堰壁板由内、外壁板、底板、甲板、隔板、水平桁架及加强肋组成，厚1.2 m。 其中内壁板采用δ=12 mm 钢板，外壁板、底板、甲板、隔板采用δ=10 mm 钢板，水平桁架及加强肋采用20a 工字钢，钢板、角钢均采用Q235B 材质钢材。 围堰的支撑体系采用φ820×12 mm 钢管施作， 共布设2 道， 布设位置分别在+2.89 m、+5.89 m 处， 与壁板的环板焊接， 材质为Q235B，见图2（c）。

2.1.4 围堰吊挂体系

围堰下放采用连续千斤顶和钢绞线同步下放的方式，每个桩基钢护筒顶（+6.89 m）设置一套吊挂系统，单套吊挂系统呈“十”字形有4 个吊点，每个吊点用4 根φ32 精轧螺纹钢 （L=12 m）、1 束钢绞线（每束钢绞线为12-1×7φ12，L=12 m）及1 个120 t 穿心拉杆式千斤顶施作。 围堰下放完成后，将精轧螺纹钢上部螺帽拧紧，拆除钢绞线，进行体系转换。

单个围堰共计28 套吊挂系统，112 个吊点。 吊挂系统由20、16 mm 厚Q235B 钢板组合焊拼而成，锚具采用OVMM15A-16 锚具，吊索采用ΦS15.2 mm高强度低松弛钢绞线，标准强度fpk=1 860 MPa；精轧螺纹钢直径为32 mm，材质为PSB930；钢材材质均为Q235B。

2.1.5 围堰连通孔的布置

在封底混凝土顶1 m 高度处，布置一层连通孔，用于调节围堰内外水位平衡。 连通孔直径为300 mm，壁板上总共布置24 个连通孔，见图2（d）。

图2 主墩钢吊箱围堰参数和结构

2.1.6 封底平台布置

在主墩吊挂系统上布设贝雷梁，在贝雷梁上铺设分配梁及钢面板，并做好防护栏杆，形成封底操作平台。

2.2 总体施工方案

32#、33#墩围堰均采用钢吊箱结构。 设置4 个钢护筒牛腿，在钢护筒牛腿上依次安装底龙骨及底模。 同时在钢护筒上安装吊挂分配梁，吊索与钢护筒底模托架相连，之后安装围堰侧板、内隔舱及围堰内支撑、抗剪钢筋等。 然后割除钢护筒牛腿，进行围堰下放，下放完成后安装封底平台，浇筑封底混凝土。 围堰施工流程见图3。

图3 围堰施工流程

3 钢围堰封底施工关键技术

3.1 围堰封底顺序

本工程封底混凝土厚2 m，采用C30 混凝土浇筑，单个主墩承台封底混凝土总方量约2 000 m3。

由于封底混凝土方量较大，考虑分舱浇筑封底混凝土。 在围堰底龙骨上设置6 道隔舱板，将其分为7 个隔舱，封底混凝土浇筑前优先将隔舱板内混凝土浇筑完成，而后浇筑封底混凝土，封底混凝土由外向内对称浇筑，浇筑顺序图见4。 封底施工前，导环与钢护筒缝隙应采取措施堵漏，防止封底漏浆。

3.2 封底混凝土浇筑时间分析

底隔舱混凝土浇筑采用干浇，在水位落至隔舱板顶时，采用水泵将隔舱板中水抽出，而后采用天泵进行浇筑。

封底混凝土浇筑方式采用先湿后干进行，计划在落潮过程中进行，当潮水落至+1 m 时开始浇筑，先进行湿封；待潮水落至-0.66 m，即隔舱板顶时，采用水泵将浇筑舱内多余水抽出，而后可进行干封作业。 根据历年潮汐变化统计分析，本工区潮汐为半日潮，每日有2 次涨落潮，根据查阅此区域潮差表可知每天约有2×6 h 可以进行封底混凝土施工。

3.3 封底混凝土供应工效分析

封底混凝土供应采用1 个搅拌站生产、9 辆混凝土罐车运输（其中1 辆备用）、2 台天泵浇筑。混凝土的生产： 混凝土的生产利用二组HZS120 型搅拌站，每小时实际生产量约为180 m3。 混凝土的运输：混凝土运输采用8 辆12 m3混凝土罐车，1 辆10 m3混凝土罐车备用，罐车自搅拌站至32# 主墩，约需要10 min，自搅拌站至33# 主墩，约需要40 min，可以保证混凝土连续不间断的运送。 混凝土的浇筑：混凝土的浇筑采用封底平台辅助进行混凝土的浇筑作业，其上布置导管，采用天泵进行浇筑，单个天泵浇筑速度约30 m3/h，2 台天泵综合浇筑速度约60 m3/h。 封底混凝土隔舱进行浇筑，单个舱室最大方量为292 m3，按照2 台天泵施工进行考虑，需浇筑时间约5 h。

3.4 围堰封闭平台及导管布设

在围堰下放到位后，采用贝雷片在护筒顶部搭设封底作业平台。 封底平台所需贝雷梁采用场下组拼的方式， 根据设计拼接成所需要的贝雷梁组，在场下拼装时，贝雷梁连接处的销轴插销需全部安装到位。采用120 t 履带吊机进行贝雷梁的逐组安装，在安装过程中，应加强贝雷梁组的吊装稳定性控制，防止摆动造成伤害。 吊装到位的分配梁组，及时在吊挂系统对应两侧设置限位件，防止梁组发生倾覆。

封底平台浇筑采用湿封+干封进行施工， 湿封采用导管进行施工，主要浇筑分舱中部区域，边部靠近围堰区域采用干封， 在水位落至底隔舱顶时，在靠近围堰区域设置水泵将浇筑舱内水抽干，而后端头采用溜槽浇筑，局部位置辅以天泵补缺。

图4 堰底隔舱结构图

为了满足封底平台顶面的作业需要，在贝雷组顶面铺设I16 分配梁，间距25 cm，顶部铺设10 mm厚花纹钢板，同时在走道板四周设置1.2 m 高围护栏杆，形成有效防护。 为了满足水封导管的布置需要， 在沿贝雷梁组间根据导管位置搭设2I40 型钢分配梁，2 根型钢设置325 mm 间距缝隙，便于导管的安装。 在封底平台上按上述导管布置位置，并在其上安装固定水封导管用翻板。 为了确保封底混凝土灌注的整体质量，水封导管按照4 m 覆盖半径布置，其中1#、2#、3#、4#、7# 仓内布置水封导管2 套，5#与6#仓内布置导管3 套，见图5。

图5 导管布置图

3.5 围堰湿封工艺

封底导管上设置小料斗，利用天泵通过小料斗进行混凝土灌注。

首批混凝土方量计算导管直径为300 mm，水深取7 m （水位标高根据水封时间取最高潮水位+4.04 m），导管悬空高度取0.2 m，首批混凝土灌注后导管埋深取0.8 m。 根据水封混凝土性能，水下混凝土扩散角度在15°～30°，扩散直径取8 m，水的容重取1×104N/m3,混凝土容重取2.4×104N/m3,则可以计算导管内外平衡时导管内需要灌注混凝土高度：h1=7×1/2.4=2.92 m。 导管内混凝土方量：V1=0.206 m3。导管外混凝土为圆锥形，高度为1.0 m，底面直径为8 m，则混凝土体积为V2=16.75 m3。首批混凝土最小方量为：V=V1+V2=0.206+16.75=16.96 m3。

为保证导管埋深，确保水封一次成功，首批混凝土采用双层料斗，料斗底部设置开关阀，下层采用2 m3小料斗，上层设置1 个10 m3大料斗采用龙门吊吊至下层料斗上方，两个料斗储满混凝土后同时打开开关阀，确保首灌混凝土满足要求。

在灌注过程中，应注意混凝土的堆高和扩展情况，正确地调整坍落度和导管埋深灌注过程中保证导管埋深不小于1 m；在已砍球的导管每隔20 min要下料1 次或用门吊活动导管1 次，以防长时间不灌注混凝土，混凝土把导管堵管、埋管；封底施工应严格按照设计顺序进行施工，严禁在同一点超量下方混凝土使其自流。 封底混凝土顶面标高，严格按照设计图纸来控制，防止承台施工时混凝土凿除数量过大。

3.6 围堰干封工艺

封底混凝土边部靠近围堰区域采用干封，在水位落至底隔舱顶时，在靠近围堰区域设置水泵将浇筑舱内水抽干， 同时避免对混凝土水泥浆抽吸，而后端头采用溜槽浇筑， 局部位置辅以天泵补缺，浇筑过程中对封底混凝土标高和平整度进行控制，确保封底顶面平整。

4 结论

本研究以联十一线（莆田境）涵江江口至仙游枫亭段工程三江口特大桥主墩钢围堰封底施工为工程背景，研究潮汐作用下钢围堰大体积混凝土封底施工关键技术，主要得出如下结论：（1）潮汐环境围堰进行承台施工，考虑到承台底部河床地层存在较厚淤泥层，设计采用双壁钢吊箱围堰。 （2）三江口特大桥主墩钢围堰封底混凝土厚2 m，采用C30 混凝土浇筑， 单个主墩承台封底混凝土总方量约2 000 m3。由于封底混凝土方量较大，需分舱浇筑封底混凝土，优先浇筑隔舱板内混凝土，而后由外向内对称浇筑封底混凝土。 （3）潮汐作用影响下，封底混凝土浇筑方式应先湿后干进行， 并且在围堰封底混凝土灌注过程中，按固定间距进行测量观测实时调整混凝土灌注的位置和数量。（4）由于采用以上钢围堰大体积混凝土封底施工关键技术， 最终主墩围堰封底施工过程安全顺利，封底效果可靠。