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摘要：深水基础施工是桥梁施工的成败的关键，如何根据其基础及工程地质等特点，选择最佳的实施方案必然会起到不同的效果，单壁锁口围堰是一种适合基础埋深较浅，地质条件相对较差的深水基础施工，具有快速、整体性好、止水效果等好的优点，具有良好的经济效益。
关键词：深水基础;单壁锁口围堰;设计;施工;应用
Abstract: Deep foundation construction is the key to the success or failure of bridge construction, according to the foundation and engineering geology characteristics, select the best implementation plan will play a different effect, single wall lock export cofferdam is a suitable basis for shallow, deep water foundation construction geological conditions are relatively poor, has the advantages of rapid, good integrity, good sealing effect, and has good economic benefit.
Key words: deep foundation; single wall lock export cofferdam; design; construction; application
中图分类号：TU473.5文献标识码：A文章编码：
0前言
新建铁路杭州至宁波客运专线，简称杭甬客运，是国家高速铁路客运网和规划建设中的长三角高速铁路网的重要组成部分，设计时速350km/h；杭甬客专的开通对于促进地区协调发展具有深远意义；曹娥江特大桥为杭甬客专的重点、难点、亮点工程，深水基础能否在汛期前完成决定大跨度连续梁的工期。本文阐述曹娥江特大桥主桥主墩98#墩深水基础单壁锁口围堰的综合运用技术。
1工程概况
1.1设计情况
曹娥江特大桥主桥95#～100#墩为（76+3×120+76）m连续梁跨越曹娥江主槽；其中97#～99#墩为水中墩，桩基为12根2.4m摩擦桩，承台均为低桩矩形承台，承台平面尺寸为16.2m×22.35m，厚度为6m，承台底标高为-6.575m，承台顶面标高-0.575m；河床面标高-3.0m，一般冲刷线：-7.524m，局部冲刷线： -15.186m。
1.2地质情况
河床以下地质分别为第四系全新统冲海积（Q4 m+al）粉土、粉砂、淤泥质黏土、粉质黏土，厚度达约21m，具体地质情况如下表1：
表1主桥主墩地质情况表
1.3水文、气象情况
本工程地处北亚热带南缘，属东亚季风气候，季风显著，气候温和，四季分明，湿润多雨。又因地形复杂，光、温、水地域差异明显，灾害性天气较多，总趋势是洪涝多于干旱。年平均气温16.4℃，无霜期251天左右， 一般年降雨量1400毫米上下、降雨季节多在4-10月。曹娥江水深平均在3～5m以上，常年平均常水位+3.9m，低水位+3.3m；汛期平均水深在7米左右，洪水多發生在4～10月，其中4～7月为梅雨季洪水，而8月～10月为台风期洪水；曹娥江10年一遇洪水位+6.23m； 20年一遇洪水位为+6.81m。
2、方案比选及制定
深水基础施工工期紧、难度大、不可预见因素多，承台能否在汛期来临前完成选择直接到影响工期、成本、安全。通过对曹娥江工程地质、水文气象、航道情况的详细调查以及多次组织专家评审，最终拟定为21m钢板桩为和单壁锁口围堰两种方案供选择。
2.1钢板桩围堰
钢板桩围堰优缺点。优点：工艺成熟，操作简单、周转利用高。缺点：竖缝多，漏水严重、合拢难度大，强度、刚度相对较低
⑴ 用钢量：钢板桩围堰施工尺寸定为19.2×25.35m（承台边外扩1.5m确保安装承台模板模空间），周延长米为89.1m，共计223片拉森IV21m钢板桩，共计用钢量:223片×21m×76.1kg/m=356.38t，承台模板19.18t。
⑵ 工期：具体钢板桩围堰工期如下表2：
表2 钢板桩围堰工期
2.2 单壁锁口围堰
单壁锁口围堰优缺点。优点：拼装简单，合拢容易。止水效果佳，刚度和强度较高，可重复利用。缺点：施工技术不成熟，加工精度要求高，存在风险。
⑴ 用钢量：根据锁口围堰设计图计算得：每套围堰加工10m和5m角桩各4个，合计13.864t；10mx2m侧板共38片，合计155.8t；5mx2m侧板共38片，合计79.0t；
整个套箱合计248.66t。
具体锁口围堰设计图，如下图1、图2、图3、图4所示：
图1 单壁锁口钢围堰板桩具体尺寸
图2板桩“阴阳”锁口式设计图
图3板桩“阴阳”锁口式围堰连接图
图4 锁口围堰角桩设计图
⑵ 工期：具体锁口围堰施工工期如下表3：
表3 锁口围堰工期
通过以上两种方案对比可以看出，在施工工序基本相同，锁口围堰用钢量相比钢板桩围堰要省得多，工期短9天。由验算结果显示，锁口围堰相比钢板桩围堰刚度和强度较高。因此，无论在经济角度还是工期角度，锁扣围堰更加合适。锁口围堰采用（10m+5m）×2板桩，外加四个角桩，围堰顶标高为+5.0m。
施工实施过程
3.1 航道处理
曹娥江为ＩＶ级航道，施工过程同时要确保其通航。施工安全和通航安全必须保障。为确保满足航道及施工要求，在栈桥上游间隔5m设置一道螺旋钢管防撞墩，并在管内灌注砂碎石。在栈桥护栏上设置银光模，上下游按照航道部门的要求设置显眼的航道标志。
3.2 工艺流程
清理河床→施工准备→测量定位→安装导向框→插打锁口围堰至合拢→抽水安装第一道内支撑→吸泥至封底标高→清基封底→混凝土养生、布模袋灌锁口砂浆→抽水安装第二、三道内支撑→割护筒、凿桩头→扎钢筋、浇筑承台
3.3 内支撑体系
⑴ 内支撑材料。
围檩采用488×300H型钢，内支撑采用φ630×10mm螺旋管,牛腿材料采用28b工字钢
⑵ 内支撑体系布置。如下图5所示:
图5 内支撑体系平面布置图
4、重要工序实施和预控
4.1 单壁锁口围堰板桩插打合拢及下沉
首先清理围堰范围内河床，防止施工钢栈桥是落水的型材以及其他障碍物，确保围堰在插打下沉时遇障。其次量准确定位利用钢护筒制作安装导向框，测精确插打第一片角桩至河床面下0.5～1.0m利用第一片角桩沿导向框一周依次顺序打设其他板桩直至合拢（插打前阴阳锁口涂润滑油），打设板桩深度均至河床面下0.5m～1.0m（吊装时要保持垂直）；合拢前约5片板桩应重现检查周延长米尺寸和板桩的周延米是否吻合，保证准确合拢。合拢后围堰下沉过程应采用DZ45型振动锤，小功率循序渐进轻震（振动下沉过程对阴阳锁口冲水降温，避免高温引起锁口变形，影响下沉），每片板桩下沉量控制在0.5m~1.0m，有利于围堰均匀下沉，这样可以避免局部出现卡死、倾斜等现象，造成围堰无法下沉。板桩的接高采用M8.8高强螺栓双接，两块板间设橡胶皮，起防水作用。该项工作在开挖吸泥过程同步进行。再重复下沉工序。
安装牛腿、导向框
合拢效果振动下沉
单壁锁口围堰打设到位后，抓砂、吸泥
4.2 开挖吸泥和内支撑安装
⑴ 开挖吸泥
承台开挖过程主要采用长臂挖机、抓斗抓泥和空压机真空吸泥三种配合进行。河床上几米长臂挖机工作范围内的可进行直接带水开挖，下部分主要采取抓斗抓泥，围堰内和护筒交界的角落抓斗无法作业的采用空压机真空吸泥
⑵ 安装内支撑
内支撑的安装主要是控制抽水标高，保持内外的水头差。避免应内外水压过大造成围堰受力体系改变，出现“包饺子”现象，或围堰锁口变形严重漏水。即在水抽至每道支撑下0.5m处开始安装内支撑。
4.3 清基封底
⑴ 清基
封底前，清基对水下封底起到重要的作用。该项工作主要采取高压水枪水下作业，潜水员在水下对封底面进行清平，冲洗模板壁附泥，保证封底厚度均匀，避免因局部模板壁附泥造成封底砼穿孔现象。
⑵ 封底
根据基地地质情况，选定混凝土为C25水下混凝土，设计强度fc=1.6Mpa,封底厚度2.5m。清基完成后，利用导管法进行水下混凝土封底，根据设计水下混凝土封底厚度及方量设置合理的导管布置，设计好第一斗混凝土方量进行水下混凝土封底，封底完成养生。封底导管布置：按每根导管作用半径4-5m计算，需布置8根导管，封底浇筑采用横向2点同步推进浇筑，浇筑过程注意加强对封底混凝土顶面标高测量，以便控制浇筑高度。
5、单壁锁口围堰的特殊工艺
5.1 承台无模板化施工
相比起其他类型围堰，单壁锁口围堰直接利用自身作为承台模板施工，直接在内壁黏贴抗渗薄膜，直接进行承台砼浇筑，节约了承台模板的费用与安装模板的吊装费。经济指标对比如下：
⑴ 单壁锁口围堰：承台浇筑尺寸为16.426m×22.426m×6m，承台设计尺寸16.2m×22.35m×6m，增加混凝土量=16.426m×22.426m×6m-16.2m×22.35m×6m=37.8m3，C35砼按410元/m3计算，增加费用为15498元
⑵ 其他型式围堰：承台模板用量=（16.2+22.35）×2×6=342.6m2，承台模板按正常计算为0.056t/m2,承台模板总用量为342.6×0.056=19.18t，钢材单价按4500元每吨计算，则总费用为19.18×4500=86355元。
通过以上对比可以看出，单壁锁扣围堰施工在承台施工过程不但简化了施工工艺，降低了施工工期，降低了施工成本。
5.2 锁口灌浆法
单壁锁口围堰板桩之间的连接主要靠阴阳锁口咬合，竖缝的止水效果主要靠锁口来决定。施工过程中，等待封底混凝土强度达到两天后采用空压机气管将锁口内的泥砂吹出来。测绳检测深度符合要求后，在锁口没套模袋，模袋为彩条布加工的底口封闭袋子。模袋到位后，根据灌桩原理，采用ＰＶＣ管加漏斗往锁口中灌注砂浆。待封底强度到位后，砂浆强度也可以满足抽水要求。
6、施工过程问题处理
深水基础施工，难度大，不可预见因素多，施工过程中往往会出现很多新的问题，下面对单壁锁口围堰在施工中碰到的问题的解決措施做总结。
6.1围堰下沉过程遇阻
在围堰下沉受阻时，不可盲目使用振动锤往下振动，应找出问题所在，方可定好解决措施。98#墩在施工时围堰无法下沉，经水下潜水作业发现在围堰根部碰到大块石和大树根以及施工时落水的型钢，我们采用高压射水，让潜水员在水下射掉障碍物周边的泥巴，然后在水下绑好钢丝绳起吊出来。
6.2 围堰堵漏
曹娥江的潮涨潮落对局部围堰锁口的受力出现反复变化，造成围堰个别竖缝漏水严重。对于渗漏部位，可采用常见的堵漏王进行封堵即可；98#墩个别锁口部位严重漏水，在施工中我们采用压浆法进行处理，效果良好。即在竖缝漏水范围内，先采用棉絮碎布塞缝，然后安放槽钢焊接固定，在槽钢内安放压浆模袋，配置好浆液进行压浆。具体施工如下图所示:
压浆机 双快压浆水泥
塞缝 放槽钢
装模袋压浆
7、结束语
随着我国铁路建设的不断发展，“重、大、难、新、特”项目也随之增加，对桥梁深水基础施工的要求也越来越高。深水基础方案的选择，影响进度、安全和经济。曹娥江特大桥98#单壁锁口围堰的成功应用，不但提供了有利的借鉴经验，同时更能够在后续施工重不断改进，促进单壁围堰施工更加成熟，取得更大的经济效益和社会效益。
[参考文献]
客运专线铁路桥涵施工指南TZ213-2005
铁路桥涵设计基本规范（TB1002.1-2005）
铁路桥梁钢结构设计规范（TB1002.2-2005）
钢结构设计规范（GB50017-2003）
客货共线铁路桥涵施工技术指南TA203-2008
曹娥江特大桥-杭甬客专施（桥）-07
地方水利部门水利水文资料
关键词：深水基础;单壁锁口围堰;设计;施工;应用
Abstract: Deep foundation construction is the key to the success or failure of bridge construction, according to the foundation and engineering geology characteristics, select the best implementation plan will play a different effect, single wall lock export cofferdam is a suitable basis for shallow, deep water foundation construction geological conditions are relatively poor, has the advantages of rapid, good integrity, good sealing effect, and has good economic benefit.
Key words: deep foundation; single wall lock export cofferdam; design; construction; application
中图分类号：TU473.5文献标识码：A文章编码：
0前言
新建铁路杭州至宁波客运专线，简称杭甬客运，是国家高速铁路客运网和规划建设中的长三角高速铁路网的重要组成部分，设计时速350km/h；杭甬客专的开通对于促进地区协调发展具有深远意义；曹娥江特大桥为杭甬客专的重点、难点、亮点工程，深水基础能否在汛期前完成决定大跨度连续梁的工期。本文阐述曹娥江特大桥主桥主墩98#墩深水基础单壁锁口围堰的综合运用技术。
1工程概况
1.1设计情况
曹娥江特大桥主桥95#～100#墩为（76+3×120+76）m连续梁跨越曹娥江主槽；其中97#～99#墩为水中墩，桩基为12根2.4m摩擦桩，承台均为低桩矩形承台，承台平面尺寸为16.2m×22.35m，厚度为6m，承台底标高为-6.575m，承台顶面标高-0.575m；河床面标高-3.0m，一般冲刷线：-7.524m，局部冲刷线： -15.186m。
1.2地质情况
河床以下地质分别为第四系全新统冲海积（Q4 m+al）粉土、粉砂、淤泥质黏土、粉质黏土，厚度达约21m，具体地质情况如下表1：
表1主桥主墩地质情况表
1.3水文、气象情况
本工程地处北亚热带南缘，属东亚季风气候，季风显著，气候温和，四季分明，湿润多雨。又因地形复杂，光、温、水地域差异明显，灾害性天气较多，总趋势是洪涝多于干旱。年平均气温16.4℃，无霜期251天左右， 一般年降雨量1400毫米上下、降雨季节多在4-10月。曹娥江水深平均在3～5m以上，常年平均常水位+3.9m，低水位+3.3m；汛期平均水深在7米左右，洪水多發生在4～10月，其中4～7月为梅雨季洪水，而8月～10月为台风期洪水；曹娥江10年一遇洪水位+6.23m； 20年一遇洪水位为+6.81m。
2、方案比选及制定
深水基础施工工期紧、难度大、不可预见因素多，承台能否在汛期来临前完成选择直接到影响工期、成本、安全。通过对曹娥江工程地质、水文气象、航道情况的详细调查以及多次组织专家评审，最终拟定为21m钢板桩为和单壁锁口围堰两种方案供选择。
2.1钢板桩围堰
钢板桩围堰优缺点。优点：工艺成熟，操作简单、周转利用高。缺点：竖缝多，漏水严重、合拢难度大，强度、刚度相对较低
⑴ 用钢量：钢板桩围堰施工尺寸定为19.2×25.35m（承台边外扩1.5m确保安装承台模板模空间），周延长米为89.1m，共计223片拉森IV21m钢板桩，共计用钢量:223片×21m×76.1kg/m=356.38t，承台模板19.18t。
⑵ 工期：具体钢板桩围堰工期如下表2：
表2 钢板桩围堰工期
2.2 单壁锁口围堰
单壁锁口围堰优缺点。优点：拼装简单，合拢容易。止水效果佳，刚度和强度较高，可重复利用。缺点：施工技术不成熟，加工精度要求高，存在风险。
⑴ 用钢量：根据锁口围堰设计图计算得：每套围堰加工10m和5m角桩各4个，合计13.864t；10mx2m侧板共38片，合计155.8t；5mx2m侧板共38片，合计79.0t；
整个套箱合计248.66t。
具体锁口围堰设计图，如下图1、图2、图3、图4所示：
图1 单壁锁口钢围堰板桩具体尺寸
图2板桩“阴阳”锁口式设计图
图3板桩“阴阳”锁口式围堰连接图
图4 锁口围堰角桩设计图
⑵ 工期：具体锁口围堰施工工期如下表3：
表3 锁口围堰工期
通过以上两种方案对比可以看出，在施工工序基本相同，锁口围堰用钢量相比钢板桩围堰要省得多，工期短9天。由验算结果显示，锁口围堰相比钢板桩围堰刚度和强度较高。因此，无论在经济角度还是工期角度，锁扣围堰更加合适。锁口围堰采用（10m+5m）×2板桩，外加四个角桩，围堰顶标高为+5.0m。
施工实施过程
3.1 航道处理
曹娥江为ＩＶ级航道，施工过程同时要确保其通航。施工安全和通航安全必须保障。为确保满足航道及施工要求，在栈桥上游间隔5m设置一道螺旋钢管防撞墩，并在管内灌注砂碎石。在栈桥护栏上设置银光模，上下游按照航道部门的要求设置显眼的航道标志。
3.2 工艺流程
清理河床→施工准备→测量定位→安装导向框→插打锁口围堰至合拢→抽水安装第一道内支撑→吸泥至封底标高→清基封底→混凝土养生、布模袋灌锁口砂浆→抽水安装第二、三道内支撑→割护筒、凿桩头→扎钢筋、浇筑承台
3.3 内支撑体系
⑴ 内支撑材料。
围檩采用488×300H型钢，内支撑采用φ630×10mm螺旋管,牛腿材料采用28b工字钢
⑵ 内支撑体系布置。如下图5所示:
图5 内支撑体系平面布置图
4、重要工序实施和预控
4.1 单壁锁口围堰板桩插打合拢及下沉
首先清理围堰范围内河床，防止施工钢栈桥是落水的型材以及其他障碍物，确保围堰在插打下沉时遇障。其次量准确定位利用钢护筒制作安装导向框，测精确插打第一片角桩至河床面下0.5～1.0m利用第一片角桩沿导向框一周依次顺序打设其他板桩直至合拢（插打前阴阳锁口涂润滑油），打设板桩深度均至河床面下0.5m～1.0m（吊装时要保持垂直）；合拢前约5片板桩应重现检查周延长米尺寸和板桩的周延米是否吻合，保证准确合拢。合拢后围堰下沉过程应采用DZ45型振动锤，小功率循序渐进轻震（振动下沉过程对阴阳锁口冲水降温，避免高温引起锁口变形，影响下沉），每片板桩下沉量控制在0.5m~1.0m，有利于围堰均匀下沉，这样可以避免局部出现卡死、倾斜等现象，造成围堰无法下沉。板桩的接高采用M8.8高强螺栓双接，两块板间设橡胶皮，起防水作用。该项工作在开挖吸泥过程同步进行。再重复下沉工序。
安装牛腿、导向框
合拢效果振动下沉
单壁锁口围堰打设到位后，抓砂、吸泥
4.2 开挖吸泥和内支撑安装
⑴ 开挖吸泥
承台开挖过程主要采用长臂挖机、抓斗抓泥和空压机真空吸泥三种配合进行。河床上几米长臂挖机工作范围内的可进行直接带水开挖，下部分主要采取抓斗抓泥，围堰内和护筒交界的角落抓斗无法作业的采用空压机真空吸泥
⑵ 安装内支撑
内支撑的安装主要是控制抽水标高，保持内外的水头差。避免应内外水压过大造成围堰受力体系改变，出现“包饺子”现象，或围堰锁口变形严重漏水。即在水抽至每道支撑下0.5m处开始安装内支撑。
4.3 清基封底
⑴ 清基
封底前，清基对水下封底起到重要的作用。该项工作主要采取高压水枪水下作业，潜水员在水下对封底面进行清平，冲洗模板壁附泥，保证封底厚度均匀，避免因局部模板壁附泥造成封底砼穿孔现象。
⑵ 封底
根据基地地质情况，选定混凝土为C25水下混凝土，设计强度fc=1.6Mpa,封底厚度2.5m。清基完成后，利用导管法进行水下混凝土封底，根据设计水下混凝土封底厚度及方量设置合理的导管布置，设计好第一斗混凝土方量进行水下混凝土封底，封底完成养生。封底导管布置：按每根导管作用半径4-5m计算，需布置8根导管，封底浇筑采用横向2点同步推进浇筑，浇筑过程注意加强对封底混凝土顶面标高测量，以便控制浇筑高度。
5、单壁锁口围堰的特殊工艺
5.1 承台无模板化施工
相比起其他类型围堰，单壁锁口围堰直接利用自身作为承台模板施工，直接在内壁黏贴抗渗薄膜，直接进行承台砼浇筑，节约了承台模板的费用与安装模板的吊装费。经济指标对比如下：
⑴ 单壁锁口围堰：承台浇筑尺寸为16.426m×22.426m×6m，承台设计尺寸16.2m×22.35m×6m，增加混凝土量=16.426m×22.426m×6m-16.2m×22.35m×6m=37.8m3，C35砼按410元/m3计算，增加费用为15498元
⑵ 其他型式围堰：承台模板用量=（16.2+22.35）×2×6=342.6m2，承台模板按正常计算为0.056t/m2,承台模板总用量为342.6×0.056=19.18t，钢材单价按4500元每吨计算，则总费用为19.18×4500=86355元。
通过以上对比可以看出，单壁锁扣围堰施工在承台施工过程不但简化了施工工艺，降低了施工工期，降低了施工成本。
5.2 锁口灌浆法
单壁锁口围堰板桩之间的连接主要靠阴阳锁口咬合，竖缝的止水效果主要靠锁口来决定。施工过程中，等待封底混凝土强度达到两天后采用空压机气管将锁口内的泥砂吹出来。测绳检测深度符合要求后，在锁口没套模袋，模袋为彩条布加工的底口封闭袋子。模袋到位后，根据灌桩原理，采用ＰＶＣ管加漏斗往锁口中灌注砂浆。待封底强度到位后，砂浆强度也可以满足抽水要求。
6、施工过程问题处理
深水基础施工，难度大，不可预见因素多，施工过程中往往会出现很多新的问题，下面对单壁锁口围堰在施工中碰到的问题的解決措施做总结。
6.1围堰下沉过程遇阻
在围堰下沉受阻时，不可盲目使用振动锤往下振动，应找出问题所在，方可定好解决措施。98#墩在施工时围堰无法下沉，经水下潜水作业发现在围堰根部碰到大块石和大树根以及施工时落水的型钢，我们采用高压射水，让潜水员在水下射掉障碍物周边的泥巴，然后在水下绑好钢丝绳起吊出来。
6.2 围堰堵漏
曹娥江的潮涨潮落对局部围堰锁口的受力出现反复变化，造成围堰个别竖缝漏水严重。对于渗漏部位，可采用常见的堵漏王进行封堵即可；98#墩个别锁口部位严重漏水，在施工中我们采用压浆法进行处理，效果良好。即在竖缝漏水范围内，先采用棉絮碎布塞缝，然后安放槽钢焊接固定，在槽钢内安放压浆模袋，配置好浆液进行压浆。具体施工如下图所示:
压浆机 双快压浆水泥
塞缝 放槽钢
装模袋压浆
7、结束语
随着我国铁路建设的不断发展，“重、大、难、新、特”项目也随之增加，对桥梁深水基础施工的要求也越来越高。深水基础方案的选择，影响进度、安全和经济。曹娥江特大桥98#单壁锁口围堰的成功应用，不但提供了有利的借鉴经验，同时更能够在后续施工重不断改进，促进单壁围堰施工更加成熟，取得更大的经济效益和社会效益。
[参考文献]
客运专线铁路桥涵施工指南TZ213-2005
铁路桥涵设计基本规范（TB1002.1-2005）
铁路桥梁钢结构设计规范（TB1002.2-2005）
钢结构设计规范（GB50017-2003）
客货共线铁路桥涵施工技术指南TA203-2008
曹娥江特大桥-杭甬客专施（桥）-07
地方水利部门水利水文资料