魏軍輝 楊宏偉

摘 要：官渡黃河大橋所在區(qū)域?yàn)楹幽现斜辈?，屬黃河沖積平原區(qū)，該地區(qū)是黃河沖口泛濫和改道最頻繁的地區(qū)之一，反映黃河變遷的地貌特征明顯，故河道高地、洼地、河漫灘地、背河洼地等地貌形態(tài)分布普遍。通過國道107改線官渡黃河大橋主河槽灘地和水中圍堰施工的實(shí)例，對游蕩性河床地質(zhì)情況下鋼板樁圍堰的方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化和施工中出現(xiàn)問題的處理措施等進(jìn)行分析、論述，總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)，為類似工程的施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：圍堰設(shè)計(jì)；方案優(yōu)化；問題及措施

中圖分類號：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.16.087

1 工程概述

1.1 工程簡介

國道107改線官渡黃河大橋全長7377米，設(shè)計(jì)時(shí)速為100km/h，雙向八車道設(shè)置。其中官渡黃河大橋主橋全長2325米，基礎(chǔ)為群樁基礎(chǔ)+大體積混凝土承臺，下部結(jié)構(gòu)為空心薄壁墩身，上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，采用掛籃懸臂澆筑法施工。

官渡黃河大橋117#-122#墩位于黃河淺水區(qū)，采用筑島施工；123#、124#墩位于深水區(qū)，采用搭設(shè)平臺施工；所有承臺尺寸均為1890cm×1760cm×450cm，承臺頂標(biāo)高均低于勘測河床面下2米。

根據(jù)本項(xiàng)目主橋橋墩所處位置、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及黃河主河道的斷面寬度和水深情況，主橋?yàn)┑睾退械某信_施工均采用鋼板樁圍堰支護(hù)的方案。

1.2 水文情況

黃河屬于典型的游蕩性河流，隨著小浪底水庫的建成，其對下游河床的影響十分明顯，泄洪期間河床沖刷嚴(yán)重，過后再次淤積，河床面起伏變化較大，再加上棧橋、筑島、鉆孔平臺的施工對河床的擠壓效應(yīng)，造成主河槽擺動頻繁。通過測量監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)鋼板樁圍堰施工前已出現(xiàn)河道內(nèi)淤積的現(xiàn)象，隨著鋼板樁的插打，河床標(biāo)高不斷抬高，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，繪制出鋼板樁圍堰四周河床標(biāo)高變化曲線圖。

1.3 地質(zhì)情況

橋位處地層以粉細(xì)砂和細(xì)砂層為主，透水性較強(qiáng)，在河床面以下夾雜的有多層粉質(zhì)粘土層，層厚不一，其中124#墩緊臨黃河控導(dǎo)，每年拋投大量的護(hù)導(dǎo)片石，導(dǎo)致124#墩位處河床沉積的片石較多。

2 圍堰設(shè)計(jì)

經(jīng)比選117#-121#墩承臺采用鋼板樁圍堰排水下挖（干封）施工方案。122#-124#墩承臺采用鋼板樁圍堰水下開挖（水封）施工方案。以下重點(diǎn)以122#墩和124#墩圍堰設(shè)計(jì)情況進(jìn)行說明。

2.1 122#墩圍堰設(shè)計(jì)

122#墩陸地圍堰設(shè)計(jì)水位：84.5m，設(shè)計(jì)水深75m；設(shè)計(jì)河床標(biāo)高77m；防水流沖擊力為2m/s；防沖刷深度2m；鋼板樁設(shè)計(jì)樁長為24m。設(shè)計(jì)水下開挖后進(jìn)行水下封底混凝土，封底厚2.5m。

2.2 124#墩圍堰設(shè)計(jì)

124#墩水中圍堰設(shè)計(jì)水位84.5m；設(shè)計(jì)水深131m；設(shè)計(jì)河床標(biāo)高71.4m；防水流沖擊力2m/s；防沖刷深度2m；鋼板樁設(shè)計(jì)樁長為24m。設(shè)計(jì)采用先水下安裝圍檁和支撐，再進(jìn)行鋼板樁插打，水下開挖后進(jìn)行水下封底混凝土施工， 封底厚3.0m。

如圖3，124#墩鋼板樁圍堰采用水下加第二、三道支撐，封底后抽水進(jìn)行兩次體系轉(zhuǎn)換，工序復(fù)雜，施工效率低，安全風(fēng)險(xiǎn)高。

3 方案優(yōu)化

3.1 122#墩圍堰設(shè)計(jì)優(yōu)化

在實(shí)際施工過程中，根據(jù)施工總體計(jì)劃，122#墩圍堰在4月初開始施工，此時(shí)122#墩位于筑島最前端，緊靠河邊，采用鋼板樁圍堰施工，施工期間水位最大標(biāo)高為83.0m；土體標(biāo)高為84.0m。樁基施工時(shí)發(fā)現(xiàn)標(biāo)高65m左右有一層黏土層，故經(jīng)項(xiàng)目技術(shù)部門對圍堰重新檢算，因地制宜，對該墩圍堰設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，將有水開挖后水封混凝土變更為直接抽水開挖，采用無水干封混凝土基底，既加快了施工進(jìn)度，又節(jié)約了成本。

3.2 124#墩圍堰設(shè)計(jì)優(yōu)化

124#墩緊靠控島，由于棧橋、支棧橋鋼管樁、鋼護(hù)筒以及鋼板樁插打的阻水效應(yīng)，河床面發(fā)生了較大變化。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)顯示，現(xiàn)狀河床出現(xiàn)了在鋼板樁圍堰的上游沖刷、下游淤積現(xiàn)象，圍堰上游河床標(biāo)高69.0m，下游河床標(biāo)高76.5m，圍堰內(nèi)土層頂標(biāo)高76.5m，河床相比原設(shè)計(jì)河床71.4m發(fā)生了較大改變。而進(jìn)入8月以后，橋位處黃河水位基本維持在80.8m，而原設(shè)計(jì)水位84.5m，故對現(xiàn)狀做如下分析：

水位變化對圍堰影響，由于實(shí)際水位較設(shè)計(jì)水位低3.7m，對圍堰的安全、穩(wěn)定性十分有利。

河床變化對圍堰的影響，圍堰上游沖刷明顯，減小鋼板樁的入土深度2.4m，圍堰下游淤積明顯，增加了圍堰外側(cè)土壓力，對圍堰穩(wěn)定性及鋼板樁不利，但同時(shí)圍堰內(nèi)的土層頂標(biāo)高76.5m，比原設(shè)計(jì)增加了5.1m，增加了圍堰內(nèi)的被動土壓力，對抽水安裝第二、三道支撐有利。

調(diào)整支撐安裝工藝順序?qū)叩挠绊?，根?jù)現(xiàn)狀條件采取抽水安裝第二、三道支撐，再對圍堰注水、水下吸泥，水下澆筑封底混凝土，從結(jié)構(gòu)受力角度比原設(shè)計(jì)水下加撐更加安全。

調(diào)整封底混凝土厚度對圍堰的影響，由于現(xiàn)狀水位比原設(shè)計(jì)水位降低3.7m，封底混凝土浮力減少37m×10kN/m3=37kPa，混凝土的重24 kN/m3，因此減小50cm的封底混凝土厚度對結(jié)構(gòu)安全與穩(wěn)定沒有影響。

調(diào)整支撐標(biāo)高對圍堰的影響，由于現(xiàn)狀水位比原設(shè)計(jì)水位降低3.7m，第一道支撐、第二道支撐標(biāo)高適當(dāng)下調(diào)，使支撐受力狀態(tài)更好，對圍堰的安全穩(wěn)定相對有利，同時(shí)第三層支撐上調(diào)50cm，通過結(jié)構(gòu)計(jì)算能夠滿足要求，方便承臺模板安裝施工。

通過對圍堰結(jié)構(gòu)的重新檢算，對原設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，將先進(jìn)行水下安裝圍檁和支撐變更為隨著抽水開挖同步安裝圍檁和支撐；水封混凝土厚度由3米變更為2.5米。優(yōu)化后的方案不但加快了進(jìn)度也節(jié)約了成本。

4 問題及處理措施

4.1 124#墩圍堰鋼板樁插打、合龍困難

124#墩圍堰鋼板樁利用棧橋、支棧橋進(jìn)行插打，施工至下游側(cè)時(shí)，由于此處河床下有較厚的粉質(zhì)粘土層，且沉積了不少孤石，造成鋼板樁施工困難。現(xiàn)場采取了利用壓力管道在鋼板樁底部高壓射水的方式，使鋼板樁能順利穿過孤石層。

同時(shí)合龍前，經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)合龍口兩側(cè)鋼板樁偏差較大，我們根據(jù)實(shí)測偏移數(shù)據(jù)提前制作調(diào)整樁（楔形樁或V型樁），并采取定位措施保證鋼板樁插打的垂直度，通過幾根調(diào)整樁的插打，最終實(shí)現(xiàn)了鋼板樁圍堰的精確合龍。

4.2 124#墩圍堰水下孤石清理

由于124#墩圍堰緊靠黃河控導(dǎo)，圍堰內(nèi)沉積了大量的孤石，使圍堰內(nèi)取土無法順利進(jìn)行。深水、鋼護(hù)筒、三層角撐、中間橫撐、圍檁等決定了不能采用長臂挖機(jī)或抓斗進(jìn)行打撈，為此項(xiàng)目部首先通過潛水員水下摸查，搞清楚孤石的位置和數(shù)量，并制作了專用的吊框，由潛水員在水下將孤石一塊塊搬至吊框內(nèi)，并利用吊機(jī)吊出圍堰外，再逐步吸泥至封底混凝土底面，最后在水封混凝土強(qiáng)度滿足要求后順利抽水至封底混凝土頂面，實(shí)現(xiàn)了無水作業(yè)條件。

5 結(jié)束語

通過對官渡黃河大橋主橋122#墩和124#墩鋼板樁圍堰的施工，根據(jù)施工期水位和河床面標(biāo)高，因地制宜地優(yōu)化施工方案，不但加快了施工進(jìn)度，也有效節(jié)約了工程成本，對類似游蕩性河流水中圍堰的施工具有積極的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

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