陈忠银
摘要 建设各类交通基础设施时，根据项目建设实际情况，有些桥梁承台及基础只能建于深水当中，施工现场地质条件较为复杂，淤泥厚度大，且水流速度较快，极大地增加了施工难度及风险。基于此，文章以某桥梁工程项目为研究案例，总结了桥梁深水承台施工围堰设计原则，分析了围堰形式选择、结构设计及验算、施工监测等内容，旨在为同类项目的建设提供参考和借鉴。
关键词 深水承台；
钢板桩围堰；
施工监测
中图分类号 U445.556文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）09-0105-03
0 引言
大型桥梁基础体积较大，需要埋藏在较深的位置，因为地质环境较差且多变，极大地增加了施工难度及风险，这就需要采取有效措施，解决围堰结构设计及施工方面存在的问题。钢板桩作为一项成熟产品，内部构造较为灵活，易于支撑，且施工难度小，因此在桥梁基础施工中得到广泛应用。钢板桩施工过程中，需要综合考虑施工场地环境、地质、气候等因素对施工环节及支撑结构使用年限的影响。该文以某高速公路桥梁工程为例，全面分析了深水承台施工围堰及施工监测。
1 工程概况
某高速公路桥梁工程属于刚构连续桥梁，桥梁的上部结构是由（115+200+115）m预应力混凝土浇筑。桥梁的28#、29#墩为主体桥墩，建造于水下，每个桥墩设计有18根直径2.5 m钻孔灌注桩，承台底面标高为?9.0 m，其尺寸大小为37 m×15.5 m×5 m，两主墩在河床面的設计标高依次是?11.0 m、?6.0 m。该文以28#墩为分析对象。
从水利部门获悉，该桥位的年均水位是1.59 m。通过现场勘查发现，28#桥墩所处位置的覆盖层由上到下依次是粉砂，黏土及各种砾石。该工程项目施工围堰基础条件如下：
（1）桥墩承台对应的围堰整体面积比较大。
（2）施工过程中的水位差异较大，最大差值10 m。
（3）由于河水流速较小，在桥墩处形成的粉砂层厚度为8.675 m，设计围堰时只需采用常规止水措施。
（4）非汛期只有3个月，需在此时间段内完成施工。
2 围堰设计
2.1 设计原则
设计围堰应采用先进技术，确保围堰能安全稳定地运营，建设成本低，且便于回收再利用。
（1）围堰的整体净空应超过承台结构，同时确保施工顺利进行。
（2）要求所用的构件外形小，但有足够的刚度及强度，避免构件占据较大空间。
（3）因为水位高且河流波浪较大，设计围堰时应增加其高度，提升安全性。
（4）确保项目安全的基础上，适当减少建材使用量，避免出现浪费，降低围堰建设费用[1]。
2.2 型式选择
从工程实践来看，施工水域的水深如果不超过4 m且流速较慢，可以使用一些比较容易施工，且造价成本较低的简易围堰，例如土石围堰、木质围堰等。但是，如果水深超过4 m，则只能选择使用钢板桩围堰和双壁钢围堰[2]。下文结合该项目具体特点，对比分析两种围堰形式：
（1）工程造价：依照实际项目经验可知，在围堰尺寸相同的情况下，钢板桩围堰的造价比双壁钢围堰低一半多，为降低工程建设成本，钢板桩围堰是最佳选择。
（2）结构形状：大部分双壁钢围堰属于圆形结构，受到水压影响，会出现轴向环力，因此无须设置内撑结构，有利于降低钢铁消耗量，承台的长宽比在1.5以下时，可选择该形式的围堰。该项目承台长宽比为2.4，该形式的围堰并非优选，可使用钢板桩围堰，在结构方面更加搭配，且易于操作[3]。
（3）隔水效果：双壁钢围堰的构造较为完整，因此具有良好的刚度及强度，能有效防水。
（4）施工难度：因为双壁钢围堰的体型较大，所以需要有大型的拼装场地及起吊设备。相比之下，钢板桩围堰所占据的空间很小，不需要有大型的拼装场地及设备，可以进行多次周转及拆装，施工周期短，可在三个月内建设完水中承台。根据施工现场具体状况，确定选用钢板桩围堰。
2.3 结构设计
（1）钢板桩长度设计：设计钢板桩围堰，需要将流水、土层、波浪等因素综合考虑在内，围堰结构应具备良好的抗滑性和抗冲刷性。浇筑桥墩建设钢板桩，其防水位为+4.5 m，配套钢板桩的顶标高为+5.5 m，底标高为?21.5 m，钢板桩长度总计为27 m，封底混凝土顶面标高?9 m。
（2）围堰平面尺寸设计：为便于开展施工，围堰壁与承台的间隔至少为l m，围堰长度为39 m、宽度为17.5 m。
（3）围檩内撑的设计：该项目的承台高度为5 m，且位于深水下，结构承受较大水压，若不设置内撑，则钢板桩的应力不符合要求且会发生严重变形。所以，浇筑承台需要分上下两层施工，并在合适位置安装三层围檩内撑，前两层内撑位于桥墩结构内部，最后一层内撑占据了混凝土浇筑空间。设计方法如下：
1）第三层围檩内撑结构体系转换：高度为3 m的承台浇筑完成后，清理围堰与首层混凝土间的砂石，并将其填充至2.6 m高，之后进行混凝土支撑层浇筑，厚度为0.4 m，浇筑成型后将最后一层支撑拆除，确保第二层承台施工有充足的空间。
2）第二、一层围檩内撑结构体系转换：结合桥梁及承台施工情况，将水注入围堰，使其降至作业面之下，确保围堰内外压强基本一致，再配置四对角撑，并将相应的对撑拆掉[4]。表1为围堰内撑构件材料表。
2.4 结构验算
通过Midas有限元软件构建模型，全面分析钢板桩围堰施工环节，钢板桩及围模内撑分别运用壳单元与梁单元，牢固连接围檩与内撑构件，连接完成后，通过“土弹簧”开展模拟活动。此外，还需验算施工的关键环节内容。
工况Ⅰ：用于封底的混凝土的强度达标，将围堰内部河水抽排出来。
工况Ⅱ：第三层围檩内撑体系转换后。
工况Ⅲ：第二层围檩内撑体系转换后。
工况Ⅳ：第一层围檩内撑体系转换后[5]。
为提升结构强度，需在第三层围檩上焊接钢板及钢槽，这是在综合分析现场水、土压及流水速度等因素后作出的设计决定。围檩内撑正应力最大为130.1 MPa，最大变形为14 mm。钢板桩正应力最大为81.5 MPa，最大剪应力为15.2 MPa，最大位移为1.36 mm。由此可知，各项指标数据符合设计标准[6]。
3 施工流程
施工过程中，明确位置后下放围檩，之后插打钢板桩。
（1）结合岸边实际地形条件，选取合适位置安装施工平台，通过精确定位后，再搭建液压起吊系统，将围檩内撑、牛腿等构件安装到平台上，结合具体拼装进度，将围檩吊装到水下，并连接固定到钢板桩上。
（2）检查钢板桩，无问题后将其吊至指定位置，所用吊具为两个吊钩，保证钢板桩保持垂直，移动到指定位置后安插钢板桩锁口中，再一一进行插打合龙。
（3）通过运用牛腿，将围檩移至钢板桩，潜水员使用高压水枪对衬底护筒及钢板桩进行冲洗，构架完整的施工平台，到浇筑结束后，及时排掉围堰内积水[7]。
（4）依照桥梁施工方法，有效转换围堰内支撑体系。
4 施工监测
该项目的钢板围堰尺寸为39 m×17.5 m×27 m，主要构造为三层围檩内撑及286根钢板桩，设计所用技术较为先进，施工环节严格按照设计标准进行，一旦出现问题，会对整个围堰施工质量及安全性产生影响。所以，为提升施工安全性，施工过程中需开展施工监测[8]。
4.1 围檩内撑监测
围檩内撑主要承受压轴力，对内撑轴力进行测量，必须使用精确度较高的标距150 mm的钢结构表面应变计，将其安装在受力较大的部位，及时有效地监测围堰施工活动[9]，所得结果见表2～3。
4.2 钢板桩监测
由于钢板桩受到外部压力，从而发生受弯和挠曲变形。根据受力变形状况，通过JMZX-7000型倾角综合测斜仪对其变形情况进行监测，选取变形程度大的部位安装测斜管，使用镀锌板将其焊接到钢板桩上，实现全方位监测。其监测结果如图1～3所示。
4.3 监测评估
通过对整个施工环节进行检测发现，结构应力及变形量基本符合设计标准，未超过数值上限。施工过程中，河流水位较低，围堰控制界面的应力值较低，并未出现明显变动，结构承受应力保持了正常水平[10]。
5 结论
综上所述，该文以桥梁工程深水承台施工围堰为研究对象，研究得出如下结论：
（1）如果水深不足15 m，承台长宽比超过1.5，易于止水且拼装场地受限时，选用钢板桩围堰；
如果水深超过15 m，承台长宽比低于1.5，难于止水且拼装场地面积足够时，选用双壁钢围堰。
（2）项目施工过程中，由于承台较高，围檩内撑空间被挤占，建造承台时应分层浇筑，浇筑时需增强围檩内撑，浇筑完成的承台层能对钢板桩起到一定的支撑作用。通过转换围檩内撑系统受力体系，可提升结构安全性，且不挤占施工操作空间，有利于降低建造成本。
参考文献
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