1、桥梁围堰施工方案一、围堰的结构形式和特点1.1 围堰的作用围堰的作用就是在基础位置处，临时围出一个范围，使此范围内基桩加承台形式的基础在施工时能避免水或土体的不利影响而正常进行。围堰的关键作用之一是起施工平台的作用。围堰的另一个重要的作用是在堰内抽水后的抗水头差。基础的承台施工，一般是根据围堰内抽水的情况下进行的。基础承台混凝土的浇筑施工，也可以利用围堰壁作为承台的侧模板。1.2 桥梁深水基础的特点（1）基础所受的水平力，如水流冲击力、船舶碰撞力、水压力、水撞力、波浪力等，要比陆上或浅水基础大的多。（2）深水基础的稳定性与安全性，一般常受水文条件控制，所以对桥梁深水基础来说，水文条件与地质条件
2、具有同等重要的地位。（3）深水基础除了需考虑环境水的侵蚀外，还需要考虑潮汐、洪水以及流水所夹砂石与流冰的直接碰撞、磨损等问题。（4）深水基础类型的选择不仅关系到基础造价的高低，还直接影响到桥梁工程的成败。（5）深水基础应具有高抗自然灾害能力，这就要求其勘测设计时做大量、细致的勘测。（6）深水基础属于水下隐蔽工程，其设计与施工时必须将水流流速、水深深度等因素及由水深所引起的其他约束条件联系起来综合分析，并采取相应措施。1.3 常用深水基础防水围堰的类型桥梁深水基础的修建，主要困难在于防水、防流沙，同时还要考虑防止冲刷、碰撞等因素。除沉井、沉箱基础本身具有防水功能外，管柱、桩基础施工常需配以防水围
3、堰。用围堰配合施工的目的：在堰内施工和修筑基础时，使堰外和堰底的水和沙土不至大量涌进堰内，而是待基础、墩台修筑出水面后即可将其拆除，以免堵塞水流或航道，所以是施工临时性结构。桥梁深水基础的防水围堰大致有以下几种：钢板桩围堰、混凝土围堰、双壁钢围堰、钢套箱围堰、钢吊箱围堰、锁口钢管桩围堰。其中，钢板桩围堰主要为单壁结构；混凝土围堰又分为重力式钢筋混凝土围堰和双层薄壁钢筋混凝土围堰；钢套箱及钢吊箱围堰又分为单壁、双壁以及单双壁组合式钢套箱。1.4 深水基础围堰的结构形式和特点（1）钢板桩围堰钢板桩围堰是一种比较传统的深水基础施工方法。钢板桩围堰一般采用单壁的矩形、圆形等结构形式。特 点：施工简单、
4、快捷、成本较低的围堰形式。局限性：【1】由于是组拼式结构，整体刚度较小，因此其抗水流及冲刷能力差，不宜在流速较大的情况下使用；【2】由于其本身强度、刚度局限，在承台较深时，需设置强而密的支撑，对后续的承台及墩身施工干扰很大不宜在水位较高的情况下使用；【3】因为要重复使用，不宜灌注封底混凝土，在既要满足底部支撑力，又要满足较小渗流的情况下，对河床提出了较高的要求，因此，不宜在透水性强，承载力小的地层条件下使用。但有时在透水性地层和深水中也使用该种围堰，同时设置封底混凝土，以防止底部沙、水渗进堰内，该围堰因为是重复使用，但由于其刚度和基底承载力的制约，适应的水深不大，适用于界于深水和浅水之间的桥梁
5、基础使用，同时由于其堰内净距较承台大很多，封底混凝土使用量较大，一般在经过慎重的方案比选认为可行后使用。（2）钢筋混凝土围堰薄壁混凝土围堰一般采用双壁结构，其结构形式以圆形居多，也有圆端形结构。该种结构的特点为：其一，需在岸上预制，因此在桥位附近需有码头并设有下水滑道；其二，由于其重量较轻，下沉困难，因此，仅适用于河床覆盖层较浅的水中区域；其三，由于需采用水下对接，因此其下沉需配备潜水员协助，对水流较大、较深的水域不宜实施（3）双壁钢围堰双壁钢围堰的特点：整体性好，刚度和强度大，围堰内无支撑，止水效果、抽水水头、抗水流冲击力和波浪袭击都较其他围堰优越。所以广泛应用于深水钻孔灌注桩基础施工中。传
6、统的双壁钢围堰的首节围堰浮运需要大规模的船舶，定位也需借助定位船等。（4）钢套箱围堰主要施工顺序是：钻孔施工作业平台 埋设钢护筒 成桩 钢围堰施工。这样的好处是避免了首节钢围堰大规模的水上运输和定位工作，利用钻孔施工作业平台和钢护筒做导向，提高了钢围堰定位下沉和着床精度。另外封底混凝士和钢护筒的黏结作用提高了钢围堰抗浮能力，封底混凝土抗弯曲强度也大大提高。因为先成桩，此钢围堰常称为钢套箱（无底）或钢吊箱（有底）围堰。钢套箱围堰按形状可分为矩形、圆端形和圆形，其中每种围堰又有单壁、双壁以及单双壁组合式钢套箱。钢套箱结构形式的确定受多种因素的制约，如水文、地质、起重设备等。圆形围堰在水压力作用下，
7、只产生环向轴力，可不设内支撑，因此能够提供足够的施工空间，另外，由于其截面可以导流，因此抗水流能力强，它适用于流速较大的深水河流的低桩承台施工。但是，由于承台尺寸一般为矩形，因此，其封底的截面面积较大，封底混凝土的量较大。平面形状的确定主要受承台平面尺寸的影响以及水深的影响。当承台的平面尺寸长宽比小于1.5时，采用圆形围堰更为合理，但在水深大于15m的情况下，若采用矩形围堰，需加设多层内支撑，施工空间难以保证，同时也大大增加了钢材的用量，此时采用圆形围堰更为合理。（5）钢吊箱围堰当承台底面距河床面较高或承台以下为较厚的软弱土层、且水深流急时，修建桥梁深水桩基及承台时可采用锢吊箱围堰。钢吊箱围堰
8、就是悬吊在水中的有底套箱，在修建桥梁深水桩基时，可作沉桩导向定位，沉桩完成后，在吊箱内灌注水下混凝土封底，即可浇筑承台混凝土。二、钢围堰的一般构造钢围堰由于高度大、平面尺寸大，因而其重量大，抗扭曲变形的能力不强。因此，大型钢围堰一般采用分节接高成形，逐渐下沉的方式安装、就位。为了减少安装重量，已成形部分在水中下沉的围堰应能自浮。所以深水大型钢围堰的堰壁一般采用可自浮的双壁形式。为使围堰能在土层中下沉，围堰必须要有足够的重量，故采用双壁形式，为在堰壁内填充必要的填充物提供了可能。钢围堰由于高度大、平面尺寸大，因而其重量大，抗扭曲变形的能力不强。因此，大型钢围堰一般采用分节接高成形，逐渐下沉的方式
9、安装、就位。为了减少安装重量，已成形部分在水中下沉的围堰应能自浮。所以深水大型钢围堰的堰壁一般采用可自浮的双壁形式。为使围堰能在土层中下沉，围堰必须要有足够的重量，故采用双壁形式，为在堰壁内填充必要的填充物提供了可能。双壁钢围堰主要由刃脚、堰身构成。刃脚采用楔体形状，便于围堰在土中下沉。刃脚形成楔形形状的斜板也是双壁间的封底板。堰身由内外壁板和隔舱板构成。内外壁板、刃脚斜板使堰身形成可自浮的舱体结构。刃脚斜板、内外壁板均在其舱体内侧面设有型钢加强肋。在内外壁板间每隔一定高度设置水平桁架托架，使内外壁板形成连接。除刃脚和堰身外，一些特殊形状的钢围堰还设有水平支撑。三、钢围堰主要施工工艺3.1 钢
10、围堰的施工任务（1）完成钢围堰的制作（2）下沉到位（3）堰内清淤及清基（4）封底混凝土的浇注（5）堰壁混凝土的浇注（6）堰内承台施工（7）塔、墩身的施工3.2 钢围堰施工的一般工序钢围堰底节制作钢围堰底节下水、刃脚混凝土浇筑导向船设施的布置、锚碇系统的布置、钢围堰底节浮运及在基础位的就位在底节制作及下水后，与钢围堰其他施工平行进行的钢围堰块件的制作钢围堰在水中的拼装及下沉钢围堰着床钢围堰清淤下沉、钢围堰接高、钢围堰堰壁混凝土的浇筑钢围堰的着、嵌岩或钢围堰下放至设计要求的高程位置钢围堰堰内清基钢围堰堰顶平台的搭设钢围堰堰内钻孔护筒的下放封底施工设施的布置封底混凝土的浇筑钻孔施工、堰壁混凝土全部完
11、成浇筑堰内抽水基桩桩头的处理承台施工塔、墩施工围堰的切割、回收。3.2.1 底节的制作由于底节是钢围堰拼装成形的基础节，其制作精度必须要达到较高的水准，所以双壁钢围堰的底节一般在岸上进行加工、制作。个别也有采用岸上加工、水中拼装制作成形。在制作前，要考虑到底节高度应达到的效果：围堰浮运稳定、围堰重量合适、围堰的吊装安全、围堰材料的下料尽量减少浪费等。为拼接方便，在底节围堰顶面设置了水平环板，可作为以后接高块件对接时的放置平台，并使对接有了调节偏差的余地。3.2.2 拼接块件的制作双壁钢围堰块件制作较好的方法是立式靠模制作方法，即模拟围堰及围堰块件在基础位的立式放置状态，设置块件靠以定型的模架，
12、使制作成形的块件可不经翻转而能吊至钢围堰进行拼装块件的制作。围堰的分节高度即块件高度应根据吊装能力及使板材下料尽量减少浪费的要求确定。3.2 钢围堰施工的一般工序沿滑道下水的方法是从围堰底节下开始铺设滑道延至深水中，然后采用卷扬机牵引或千斤顶顶推的办法使围堰滑入水中而自浮。此方法的水下轨道可使用潜水员进行水下安装。轨道入水长度要能保证围堰前端滑块在到达轨道尽头前，围堰前部已经自浮。采用浮吊吊装方法的前提是有足够吊装能力的大型浮吊。在岸上制作的围堰，如果在浮吊的起吊范围内，则可由浮吊直接吊入水中，否则可设置滑轨，先使围堰向水中方向滑到浮吊的起吊范围内，再由浮吊起吊、入水。3.2.3 底节的就位（
13、2）底节浮运就位在水中浮运的底节，可采用两种方式运至基础位。一种方法是在岸边先将围船体系内，并使二者连接，使钢围堰处于稳定状态中。然后将导向船、钢围堰整体位，并与锚碇系统连接，使导向船、钢围堰体系处于稳定状态中。在水中浮运的底节，可采用两种方式运至基础位。另一种方法是先将导向船体系浮运至基础位，并与锚碇系统连接，使导向船体系稳固。然后再将钢围堰底节浮运到导向船旁，接着在水流下游侧采用牵引、顶推方式将钢围堰运进导向船内。3.2.4 钢围堰施工设施的布置（1）导向船体系的构造，导向船体系是钢围堰抵抗水流的依靠和下沉的导向，且是锚碇系统布置和施工作业的平台。导向船体系可由两艘大吨位铁驳船及联结梁构成
14、。联结梁将两船联结成整体。联结梁可由万能杆件拼成。在导向船与围堰之间设置导向架，使围堰平面位置得到控制，但不限制围堰的竖向下沉。导向架与围堰之间的接触面应使之尽量处于钢围堰的骨架位置上，且导向架上的接触面构造应采用橡皮、轵木等软性材料构成。导向船联结梁一般在岸边拼装。在拼装过程中，在两导向船之间的联结梁位置下布置临时船体以作为万能杆件梁体拼接、安装的支承平台。（2）吊装设施的布置钢围堰的块件拼接、堰壁混凝土浇筑、堰内清淤、封底混凝土浇筑等施工都离不开吊装作业。由于吊装工作频繁，且几乎贯穿钢围堰施工全过程；另由于浮吊吊装费用高，且受导向船体系阻隔而使吊装范围受限，所以吊装工作一般采用固定吊装设备
15、完成。主要的吊装设备为吊机。（3）导向船体系的受力分析导向船体系作为施工平台，要承受各种施工荷载的作用。在导向船体系中，船体一般直接承受荷载。对于船体受局部荷载作用的情况，通过采取增加支承接触面、设置分布梁等处理措施，使船体受力在结构的容许范围内。对于船体整体纵向受力的情况，由于一般采用大吨位、大长度和大自重的船体，其容许承受的荷载吨位一般大于基础施工中出现的要承受的荷载吨位。而且，各种情况所造成的弯矩应力相对于船体截面的承受能力，一般小的多。所以这种情况的船体受力和稳定状况都是安全的，一般只作验算，而不需要采取处理措施。即使通过验算发现船体受力或稳定状况不安全，也只是采取调整施工方案、对施工
16、荷载加以限制的措施予以解决。对于船体整体横向受力的情况，在船体所受应力方面，如前分析，因为有足够的范围可以分布，所以只要对作用荷载的传力分布得当，不管是拉、压荷载，还是弯矩荷载，船体结构总是能满足要求的。对于横向稳定情况，由于船体自身抵抗倾覆的能力非常有限，故只能依靠导向船体系的整体抗倾覆性能。因此，联结梁结构的作用很关键。该结构通过传递应力而将两个单独的船体联成整体，从而大大增强了船体横向稳定性。为此，要对联结梁结构进行受力分析计算。3.2.5 钢围堰锚定系统的布设钢围堰的锚定系统是为了使钢围堰及其施工平台在钢围堰着床前，能在水流中抵抗水流冲击力而布设的。（1）锚定系统构造：导向船夹钢围堰体
17、系；定位船主锚；定位船侧锚；定位船拉导向船拉缆；定位船拉钢围堰拉缆；导向船侧锚；导向船尾锚；锚缆；锚碇系统的水中锚体一般可采用两种形式：一种是钢筋混凝土蛙式锚，一种是船只所使用的较大吨位的铁锚。3.2 钢围堰施工的一般工序3.2.5 钢围堰锚定系统的布设（2）锚定系统的布置对锚碇系统最基本的要求是：有足够的能力抵抗水流、风力等因素对钢围堰的不利作用，保证钢围堰系统在水中的稳定；不影响通航；不影响施工作业。另外，锚碇系应满足布置合理、简捷、费用节省、操作方便等各种要求。（3）锚定系统布置的实施分批、分阶段抛设锚体、挂设拉缆。以浮吊、拖轮、工作船、卷扬机为工具布设锚碇系统。合理收紧锚缆。定位船自泊
18、定位必要数量主锚、定位船侧锚、导向船侧、尾锚的抛设导向船、钢围堰浮运就位，并挂、收必要数量的拉缆及已抛锚体的锚缆第一阶段其他锚体、拉缆布设用卷扬机收锚，并进行主、尾锚的对拉试验。通过收锚调整锚碇系统受力状态，保证受力均匀视情况布设第二阶段锚体和拉缆。3.2.6 钢围堰的拼接及下沉方式：边拼接边下沉（1）块件的运输和吊装（2）块件的拼接（3）围堰在水中的下沉3.2.7 围堰的着床钢围堰着床的关键要求是控制钢围堰平面位置和垂直度的准确，以及控制钢围堰安全状态。由于围堰在覆盖层中的纠偏难度较大，故要求围堰着床定位准确。（1）定位调整（2）钢围堰安全状态控制钢围堰不安全性体现在两个方面：一是未掌握水深
19、变化情况及钢围堰将在覆盖层中的下沉情况导致钢围堰顶没入水中；二是床面高低不平造成钢围堰倾斜及偏位。3.2.8 围堰内的吹砂清淤吹砂清淤是用大功率空压机分别为23根导管提供气举力。导管以吊机、浮吊吊动，伸入水中进行吹砂清淤施工。堰内覆盖土层经由导管被吸出至堰外。3.2.9 围堰堰壁混凝土的浇筑堰壁混凝土是钢围堰结构的一部分，一般设置在从刃脚至承台面的全堰壁范围内。因为承台面以上围堰需要切割，所以承台面以上不浇筑堰壁混凝土。堰壁混凝土可增强围堰堰壁抵抗水头差的能力。钢围堰在土中下沉过程中，利用堰壁混凝土增加其自重，以增强围堰的下沉能力。3.2.10 围堰的着、嵌岩围堰在砂类土层中下沉是比较容易的，
20、但在接近于岩层的土层中下沉是比较困难的，因为这一类土层往往稳定性好、强度高。为满足钢围堰着、嵌岩的需要，要清除围堰内刃脚斜板下的较坚固土层和岩石。刃脚下土、岩体被清除后，围堰就能下沉着、嵌岩。围堰着、嵌岩在刃脚达到要求的高程后，围堰的下沉施工就完成了。围堰的着、嵌岩施工，可采用专用设备在刃脚下以高压射水方式射水，以清除刃脚斜板下的土层和岩石。也可采用钻机扫除的方式清除土、岩体，即在围堰顶提前安装基桩、封底等基础施工所用平台，利用平台安装钻机，以钻机沿围堰刃脚内周边钻孔。通过钻机钻头的扩孔，可将围堰刃肿下土、岩体清除。另外，还可采用在刃脚下爆破的方法除土和岩体。爆破施工应以专业队伍为主进行。3.
21、2.11 钢围堰的清基钢围堰下沉到所要求的深度后，在浇筑封底混凝土前，必须将堰内坚固土层以上松散土体清除出围堰，使封底混凝土浇筑在坚固的地基上，并使混凝土中不会掺人泥土，从而保证封底混凝土达到所要求的质量。清基仍利用吹砂清淤导管进行，通过清基将堰内松散土体清除到堰外。在清基过程中，必要时，应先采用高压射水等破除方式使土体变得松散，使清基工作进行得更彻底。3.2 钢围堰施工的一般工序3.2.12 钢围堰封底混凝土的浇筑在着、嵌岩、堰顶钻孔平台搭设、钻孔钢护筒下放、清基等工作完成后，钢围堰的施工则需进行堰内封底混凝土浇筑这一工序的施工。根据钢围堰水下封底混凝土浇筑施工的特点，封底施工的难点和重点在
22、于保证封底结构具有良好的连续性、整体性。为了达到使封底结构具有良好的连续性、整体性的目的，封底施工必须达到下列要求：（1）封底混凝土在满足设计强度及水化热控制要求的前提下，应具有良好的和易性，及以泵输送时的流动性、可泵性，其缓凝时间应尽量延长。（2）确保压水成功。（3）根据混凝土的流动性能，通过数量、位置均合理的导管布置，通过各根导管浇筑时机的合理选择、浇筑量的合理分配，使堰内混凝土均匀上升，避免因局部堆积过高的坍塌滚动而产生混凝土离析。（4）保证混凝土的连续足量供应，尽量加快浇筑速度，缩短浇筑时间，防止导管卡管、脱空而造成不得已的二次压水情况，从而保证封底混凝土连续一次浇筑成功。3.2.13
23、 钢围堰的抽水钢围堰水下封底施工完成后，进行基桩成桩施工。基桩施工完成后，应在较低水位状态下在堰内抽水，抽至承台底面以下一定高度，以便为此后的承台施工创造条件。抽水可采用抽水设备完成。3.2.14 钢围堰的切割及回收当索塔或墩身施工出水面后，可将承台面以上的钢围堰拆除。拆除采用在堰内水下切割的方法，分块切割完成。切割好的块件可以利用浮吊分块逐块地吊出水面，使切割的围堰得以回收。第四节 某异型钢围堰设计实例4.1 工程概况某大桥主桥结构为五跨预应力混凝土连续箱梁，跨径布置为90.5m+3138.Om+90.5m，全长595.5m。主梁箱梁采用单箱单室，箱梁全宽为13.5m。4个主墩均采用钢筋混凝
24、土实体墩，墩身采用上下行分离式，墩身截面尺寸横桥向6m，顺桥向4.585.OOm。承台为整体式，承台形状六边形，长为29.5m，宽为12.6m，厚度为4m。每个承台下设16根2.Om钻孔灌注桩，桩长分别为70m和75m，钻孔灌注桩按梅花形布置。3537号墩位于流水影响区，这三个墩设破冰体。35、36号墩承台采用钢围堰施工，施工时最高水位11.65m，江底主要为细砂、粗砂。根据承台的形状和水文情况，采用异型钢围堰进行承台施工。围堰设计水深为13m，入土深度为3.5m，最大的抽水高差为16.5m。4.2 钢围堰设计大桥35、36号墩承台处最高施工水位为11.65m。钢围堰为双壁双圆组合型，双壁间设
25、加强圈23道，中间设支撑桁架23道，与加强圈相对应，加强圈间设加固角钢。（1）壁板及水平加强圈围堰身由内外两层壁板组成，均采用5mm厚的钢板。壁板竖向用63mm63mm5mm角钢作加劲肋，内外壁板上每隔0.52.Om设一道水平加强圈，共设23道。同一水平面上的内外加强圈间以角钢相连，形成水平环形桁架，使内外井壁组合成整体。内外壁板间距为1.2m。（2）隔舱在内外壁板间设竖向隔舱板，在平面上把钢壳分成28个不相通的舱。隔舱板采用5mm厚钢板，隔舱板布置水平角钢加劲肋。设置隔舱板的目的：便于围堰在水中悬浮期间向舱内灌水，保证下沉时围堰的稳定，以及沉落至河床时能分舱灌水或灌注混凝土，以适应河床面的高
26、差和调整围堰的倾斜度。（3）刃脚35号墩双壁钢围堰需通过3.5m覆盖层，刃脚尖部受力情况较为复杂，即在入土过程中受到向外的挠曲作用；下沉就位后，在各种工况中会受到向内的挠曲作用，故应予以加强。在钢围堰刃脚刃尖部分1.9m高度范围内，内外壁板加厚至8mm，且用C55细石混凝土将刃尖填实。（4）水平支撑本钢围堰形状为双圆组合形，其结构受力情况与圆形钢围堰有很大差别，围堰在水压力作用下会产生多种弯矩。为了抵抗中部压力，中间设支撑桁架23道，与加强圈相对应，以减小水压对围堰产生的侧压力。4.3 钢围堰的受力分析（1）计算模型钢围堰材料采用低碳结构钢Q235：弹性模量E=2.1105MPa；泊松比 =0
27、.3；屈服极限 =235MPa。静力计算采用有限元软件MIDAS；整个结构的计算模型共有4513个节点，9155个梁单元，4260个板单元。（2）静力计算结果根据施工情况，最不利工况为承台浇筑施工，即抽干围堰内的水，未封底耐的围堰受力情况。围堰外壁的水头差为16m。钢围堰的支撑桁架和壁间桁架最大杆件的应力为127.3MPa。钢围堰壁板的最大应力为64.6MPa。此外，还计算了钢围堰的变形情况，最大变形为3.06mm。（3）抗浮稳定性验算在钢围堰封底混凝土浇筑完毕并达到一定的强度之后，解除钢围堰强大的锚固系统，对此应进行钢围堰抗浮稳定性计算。计算的上浮力为：本设计钢护筒与封底混凝土之间的粘结力取
28、6.7104kg/m2，钢护筒摩阻力钢围堰抗浮性能满足要求。（4）封底混凝土抗剪验算封底混凝土周边（沿钢围堰内壁）的剪切面积：封底混凝土底面所承受的压强：封底混凝土的自重：作用于封底混凝土底面的净竖向压力：封底混凝土所受的剪力：满足要求。通过对钢围堰的计算分析，可得出下列结论：（1）为保证异型双壁钢围堰中部不致因水压力过大而变形，中间设23道水平支撑桁架结构的措施是合理的。（2）计算中发现，采用增大壁板厚度的方式可以明显减小结构的受力，而增大加劲杆截面面积的方式对于减少整个结构受力并不明显，因为加劲杆主要起传递剪力、使内外壁共同受力的作用，对于减少结构的整体受力并不明显。通过对钢围堰的计算分析，可得出下列结论：（3）双壁围堰夹壁内填充混凝土较填充水可有效减少结构的最大应力和变形，有利提高结构的刚度和稳定性。施工中在围堰底部的5m范围内，外壁之间灌人混凝土以减少局部应力。（4）双壁钢围堰内、外壁间设置横隔板对减少变形有显著效果，横隔板有很大横向支撑作用，设置横隔板可提高围堰的整体刚度。
