【摘要】就深水基礎(chǔ)套箱圍堰的幾種結(jié)構(gòu)形式及特點進行了論述，并介紹了相應的應用情況，為類似工程的施工提供了有益的經(jīng)驗。
【關(guān)鍵詞】深水基礎(chǔ)
圍堰 施工
近年來，隨著我國經(jīng)濟建設的不斷發(fā)展，跨越大江大河的橋梁也越來越多。我們中國鐵道建筑總公司近幾年來也修建了許多深水橋梁，深水基礎(chǔ)的施工水平逐漸提高。在許多方面已趕上和達到了國內(nèi)先進水平。本文針對深水橋梁施工中的難點——低樁承臺的施工圍堰加以總結(jié)，以便我系統(tǒng)在類似工程的施工中參考。
一、圍堰的類型
目前，圍堰主要有以下幾種：鋼板樁圍堰、混凝土圍堰、鋼套箱圍堰以及鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)圍堰。其中，鋼板樁圍堰主要為單壁結(jié)構(gòu)；混凝土圍堰又分為重力式鋼筋混凝土圍堰和雙層薄壁鋼筋混凝土圍堰；鋼套箱圍堰又分為單壁、雙壁以及單雙壁組合式鋼圍堰；鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)圍堰也可分為上鋼下混凝土、下鋼上混凝土形式。每種圍堰都有自己的特點和適用條件，因此需根據(jù)各自的水文、地質(zhì)、材料價格以及設備情況等比選而定。下面分別就每種圍堰的結(jié)構(gòu)形式及適用條件結(jié)合實例加以綜述。
二、鋼板樁圍堰
鋼板樁圍堰是一種比較傳統(tǒng)的深水基礎(chǔ)施工方法。鋼板樁是從國外引進的一種制式產(chǎn)品，我系統(tǒng)主要為德國拉森式鋼板樁。鋼板樁可以打入上中或連到物件上，組成承載及防水結(jié)構(gòu)，工作結(jié)束后，拔出或拆下重復使用。
1．結(jié)構(gòu)型式及特點
鋼板樁圍堰一般采用單壁的矩形、圓形等結(jié)構(gòu)形式，內(nèi)部根據(jù)水位情況設置支撐，該圍堰因為是重復使用，因此，一般沒有封底混凝土；它是一種施工簡單、快捷、成本較低的圍堰形式。但是，該圍堰也有其很大的局限性，其一，由于是組拼式結(jié)構(gòu)，整體剛度較小，因此其抗水流及沖刷能力差，不宜于在流速較大的情況下使用；其二，由于其本身強度、剛度局限，在承臺較深時，需設置強而密的支撐，對后續(xù)的承臺及墩身施工干擾很大，因此，不宜于在水位較高的情況下使用；其三，因為要重復使用，不宜灌注封底混凝土，因此，在既要滿足底部支撐力，又要滿足較小滲流的情況下，對河床提出了較高的要求，因此，不宜在透水性強，承載力小的地層條件下使用。
2．施工工藝及施工要點
（1）施工工藝流程（圖1）
（2）施工要點
a.插打鋼板樁
應用固定的臨時導向架插打鋼板樁，在穩(wěn)定的條件下安置樁錘。一般宜插樁到全部合龍，然后再分段、分次打到標高。插樁順序，在無潮汐河流一般是從上游中間開始分兩側(cè)對稱插打至下游合龍，在潮汐河流，有兩個流向的關(guān)系，為減少水流阻力，可采取從側(cè)面開始，向上、下游插打，在另一側(cè)合龍。樁錘一般采用振動樁錘。
b．堵漏
鋼板樁插打到位后，可在其外側(cè)圍一圈彩條布，在布的下端綁扎鋼管沉入河床，并用砂袋壓住，堰內(nèi)抽水時，外側(cè)水壓可將彩條布緊貼板樁，起到一定的防水作用；在板樁側(cè)鎖口不密的漏水處用棉砂嵌塞，堵漏效果明顯。
c.吸泥、硬化基層
在水抽干后，即可人工挖泥，或不抽水采用高壓水槍配合泥漿泵吸泥至設計標高，之后回填片石，澆注30cm的混凝土硬化基底，，進行承臺施工。
3.應用實例
新長鐵路長江輪渡北棧橋7號～13號墩高潮位時水深在1～6m之間，河床地質(zhì)為淤泥質(zhì)砂粘土，承臺尺寸相同，均為5.4m
*
8.0m，施工采用鋼板樁圍堰，其結(jié)構(gòu)及內(nèi)支撐尺寸相同，便于周轉(zhuǎn)和重復使用；由于水淺，堵漏及抽水工作量較小。綜合考慮水文、地質(zhì)、工期、造價等因素，7號～13號墩用單壁剛板樁圍堰。
鋼板樁采用德國拉森（larssen）式槽型鋼板樁，長度15m，其數(shù)量能同時滿足兩個墩使用，便于交叉作業(yè)，板樁入土深度為8m（承臺底面以下5～6m），內(nèi)設兩道支撐，支撐采用2[40栓接菱形框架式結(jié)構(gòu)，如圖2所示。
三、混凝土圍堰
混凝土圍堰可分為重力式混凝土圍堰和薄壁混凝土圍堰。重力式混凝土圍堰結(jié)構(gòu)與沉井相似，一般用于岸上或淺水能筑島的施工區(qū)域，是一種比較傳統(tǒng)的圍堰形式，根據(jù)鋼筋混凝土的受力特點，一般以圓形結(jié)構(gòu)為主，其同沉井的唯一區(qū)別是沉井是橋梁結(jié)構(gòu)的一部分，而混凝土圍堰僅是一種施工結(jié)構(gòu)。二者的施工方法相同，本文不再贅述。下面重點介紹薄壁混凝土圍堰的結(jié)構(gòu)及施工工藝特點。
1．薄壁混凝土圍堰的結(jié)構(gòu)型式及特點
薄壁混凝土圍堰一般采用雙壁結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)形式以圓形居多，也有圓端形結(jié)構(gòu)。它是一種分節(jié)、分層預制的裝配式結(jié)構(gòu)。其壁厚一般為20cm左右，其平面形狀根據(jù)承臺結(jié)構(gòu)形式以及水文等條件而定，其高度根據(jù)浮運能力而定，節(jié)與節(jié)之間一般采用法蘭連接，壁間下部為封底需要填充混凝土，上部填充砂礫。
該種結(jié)構(gòu)的特點為：其一，須在岸上預制，因此在橋位附近需有碼頭并設有下水滑道；其二，由于其重量較輕，下沉困難，因此，僅適用于河床覆蓋層較淺的水中區(qū)域；其三，由于需采用水下對接，因此其下沉須配備潛水員協(xié)助，對水流較大、較深的水域不宜實施。
2．施工工藝及施工要點（圖3）
（1）施工工藝流程
（2）施工要點
a.混凝土圍堰的預制
在靠近墩位的岸邊設置預制場，將場地平整夯實后，在刃腳位置布置木枕，在其上組拼模板；內(nèi)模與鋼筋一次組裝，綁
扎成型，外側(cè)模分次組立，邊灌混凝土邊接高，以便搗固。預制時，應確保模板不滑移、不變形，特別是兩節(jié)連接處，應確保尺寸準確。
b．設置滑道
從預制場至河內(nèi)一定距離設置滑道，滑道需伸入一定水深的河內(nèi)，以滿足龍門浮吊的吃水要求；滑道設-0．5％的縱坡，以便圍堰下滑。
c.圍堰下水
待圍堰節(jié)的混凝土達到設計強度后，用千斤頂將其頂起，將滑道延伸至其下，推入運輸平車就位并固定好，然后將千斤頂放松，使圍堰節(jié)落到運輸平車上，再解除平車制動，用卷揚機牽引至水上滑道。在拖拉時為防止失控，在圍堰后方設一臺小噸位卷揚機控制溜車。
d．浮運定位
利用平駁或浮箱組拼空腹式龍門浮吊，然后拖至滑道位置，利用4個吊構(gòu)將圍堰平穩(wěn)吊離滑道，進入水域后緩慢放松吊繩，盡量降低其重心，然后用纜繩將四角拉緊，利用2艘拖船或機動舟牽引，與定位船連結(jié)，退出拖船，利用錨繩進行定位。
e．圍堰的下沉與拼裝
由于薄壁圍堰重量較輕，在流速較大的情況下極易偏移，因此，最好先在其墩位上下游設置定位樁，引導圍堰下沉。圍堰下沉至接近河床時，潛水員下水清理刃腳處的卵石并大致磨平，然后用吸泥機吸泥，使其落于基巖上，再用編織袋裝干硬性水泥砂漿刃腳墊平。底節(jié)圍堰就位后進行臨時錨碇，然后沉放第二節(jié)圍堰外壁，對位后穿螺栓連接。之后沉放內(nèi)壁，將刃腳處填塞找平。兩壁間吸泥干凈后，在兩壁間灌注封底混凝土。圍堰封底后，再依次沉放其余內(nèi)壁，直至設計標高，最后在內(nèi)、外沉井間填充砂礫石。
3．應用實例
京九線泰和贛江特大橋，位于贛江中游，1號～6號墩位于主河道上，水深10～15m，2號、3號墩處覆蓋層2～4m，為中密飽和的粗砂夾卵石。本著充分利用既有設備和資源、因地制宜的原則，綜合考慮水文、地質(zhì)和通航要求等因素，經(jīng)比選，位于主航道的2號、3號墩采用雙層薄壁鋼筋混凝土圍堰進行施工。
圍堰外壁為圓端形，長20m，寬16．34m，壁厚20cm，采取分節(jié)預制，節(jié)長3m，節(jié)間法蘭連接。內(nèi)壁為矩形，長13.8m，寬13．4m，壁厚20cm，框內(nèi)設十字形隔墻。內(nèi)、外沉井預制好后，按先外后內(nèi)的順序逐節(jié)下水浮運拼裝，內(nèi)外壁之間填充混凝土及砂礫石，組成擋水圍堰。圍堰構(gòu)造如圖4所示。
四、鋼套箱圍堰
近年來，由于鋼材價格的下降，以及鋼結(jié)構(gòu)加工、運輸、下沉方便等方面的優(yōu)越性，鋼套箱圍堰越來越廣泛地應用于大型深水橋梁的基礎(chǔ)施工中。
1．結(jié)構(gòu)形式和特點
鋼套箱圍堰按形狀可分為矩形（圓端形）和圓形，其中每種圍堰又有單壁、雙壁以及單雙壁組合式鋼圍堰。
圓形圍堰，由于在水壓力作用下，只產(chǎn)生環(huán)向軸力，可不設內(nèi)支撐，因此能夠提供足夠的施工空間，另外，由于其截面可以導流，因此抗水流能力強，它適用于流速較大的深水河流的低樁承臺的施工中。但是，由于承臺尺寸一般為矩形，因此，其封底的截面積較大，封底混凝土的量較大。
矩形或圓端形圍堰，可按承臺的尺寸形狀設計，減少了圍堰鋼壁的用鋼量以及封底混凝土的用量。但是由于該圍堰需加設內(nèi)支撐，給后續(xù)工程的施工帶來諸多不便。另外，其抗水流沖擊能力和整體性較差，不宜在流速較大的河流中使用。
單、雙壁的構(gòu)造主要是考慮鋼圍堰下沉的需要而設計，由于鋼圍堰重量輕，在需要人土較深的情況下僅靠自重難以下沉，需灌注配重混凝土，因此必須設置雙壁結(jié)構(gòu)；如果下沉較淺，借自重可以下沉，可設計為單壁結(jié)構(gòu)；如在滿足下沉需要的前提下，又要節(jié)省材料，可設計成單、雙壁組合式結(jié)構(gòu)。
鋼圍堰結(jié)構(gòu)形式的確定受多種因素的制約，如水文、地質(zhì)、起重設備等。平面形狀的確定主要受承臺平面尺寸的影響以及水深的影響。我們曾做過比較，當承臺的平面尺寸長寬比小于1．5時，采用圓形圍堰更為合理，但水深大于15m的情況下，若采用矩形圍堰，需加設多層內(nèi)支撐，施工空間難以保證，同時也大大增加了鋼材的用量，此時采用圓形圍堰更為合理。
2．施工工藝及施工要點
（1）施工工藝流程（圖5）
（2）施工要點
a．圍堰的加工
為運輸方便，一般選擇船運比較方便的工廠進行加工。為減少墩位處拼裝工作量，一般根據(jù)現(xiàn)場起重能力分節(jié)在工廠加
工。其加工順序為，先分單元在胎具上加工成型，然后在浮體上組拼。矩形圍堰由于較輕，一般是分塊加工，一次拼裝成型。
b．圍堰的浮運
圍堰的浮運根據(jù)下沉的設備情況而定，如果采用大型浮吊下沉，可用平駁進行浮運；如果采用組拼的龍門浮吊下沉，可直
接用浮吊進行浮運。
c.圍堰的下沉
矩形圍堰由于重量較輕，可一次拼裝到位，因此，精確定位后，可一次放置于河床上。而雙壁或單、雙壁組合式圍堰由于體積大，需在水中邊下沉邊接高。其作業(yè)步驟為：將第一節(jié)放入水中定位，利用雙壁所產(chǎn)生的浮力自浮于水中，然后接高第二節(jié)，灌水或混凝土下沉，再繼續(xù)接高下一節(jié)，直至圍堰全高。在圍堰上搭設吸泥平臺，布置吸泥機進行下沉。圍堰設計時，雙壁間應設隔倉，灌注時應分倉對稱進行，以防鋼圍堰的偏移。
d．封底混凝土的施工
鋼圍堰沉至設計標高，灌注封底混凝土之前，要求潛水員用高壓水槍進行清理，整平河床面，同時，為了保證封底混凝土與樁身、箱壁的良好結(jié)合，達到止水效果，潛水員應用高壓水槍將樁身和箱壁上附著的泥漿沖洗干凈。
封底混凝土的施工采用垂直導管法。水下混凝土靠自身流動性向四周攤開。導管一般采用φ300mm無縫管，頂部設漏斗，導管數(shù)量根據(jù)鋼圍堰內(nèi)凈空面積確定。對于矩形鋼圍堰由于封底混凝土數(shù)量巨大，可分成幾個倉，分次灌注封底混凝土。混凝土一般由岸上拌合站或大型拌合船供應，泵送至澆注位置。
3．應用實例
雙壁鋼圍堰1993年已成功運用于京九線泰和贛江橋4號墩的施工中，該圍堰為拼裝式矩形圍堰，此不贅述。現(xiàn)將新長線長江輪渡北棧橋的應用情況作一介紹。
該橋1號～6號墩高潮位時水深在6～10m之間，加之承臺的入上深度以及封底高度，水頭差均在12～21m之間。根據(jù)承臺的尺寸以及水位情況，我們對2號～6號墩鋼圍堰采用圓形和矩形分別進行了設計比較，這些承臺平面尺寸均為5.4m
*8m，水頭高度均在12m左右，在能滿足承臺墩身的施工條件下，采用矩形鋼套箱圍堰施工，封底混凝土量小，鋼材用量少，圍堰加工簡單，因此，2號～6號墩選用了單壁矩形鋼圍堰，其結(jié)構(gòu)見圖6。
1號墩承臺尺寸最大，為12.4m * 7.6m其水頭差達21m，橋墩輪廊尺寸為9.4m
*5m，且構(gòu)造復雜，采用矩形圍堰，內(nèi)支撐較多，不能滿足墩身施工空間要求。而采用圓形鋼圍堰，可不設內(nèi)支撐，可為承臺、墩身的施工提供較大的空間，另外，該墩位于深水區(qū)，流速大，采用圓形截面也更為有利，考慮到下沉配重需要以及最大限度地節(jié)省材料，五號墩采用了單雙壁組合式鋼圍堰，其結(jié)構(gòu)見圖7。為平衡壁間混凝土的灌注，共設8個隔倉。
該橋由于有大型浮吊配合施工，因此其下沉方法為：矩形圍堰一次拼裝下沉；圓形圍堰按單雙壁分兩次接高下沉。
五、其他
在實際的施工應用中，還經(jīng)常采用鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)圍堰，下部為混凝土圍堰上部采用鋼圍堰時，其適用條件下重力式圍堰類似，優(yōu)點是上部采用的鋼圍堰施工進度快，拆除方便；亦有下部采用鋼圍堰上部采用混凝土圍堰，它的適用條件同鋼圍堰，上部采用混凝土圍堰主要是考慮材料的價格因素。這種組合結(jié)構(gòu)圍堰本文中不一一列述。
六、結(jié)束語
深水橋梁低樁承臺的圍堰形式是多種多樣的，每種圍堰都有其各自的特點和適用條件，施工中應根據(jù)各自橋梁不同的水文、地質(zhì)、材料以及設備等條件，綜合考慮各種因素進行比選，不應死搬硬套，隨著深水橋梁建設以及設備的發(fā)展，新材料的應用，采用大型低樁承臺的結(jié)構(gòu)形式越來越多，其施工技術(shù)和圍堰形式也必將得到進一步的發(fā)展。
參考文獻
[1]徐峰．雙層薄壁鋼筋混凝土圍堰在深水基礎(chǔ)施工中的應用．鐵道建筑技術(shù)，1995（2）
[2]紀尊眾.泰和贛江橋深水基礎(chǔ)施工使用的雙壁銅圍堰，鐵道建筑技術(shù)．1995（3）
