桥梁深水基础施工技术

价值工程0引言桥梁深水基础的修建是跨海跨江大桥的重要组成部分，深水基础的修建关键在于如何摆脱水深的影响。

因为在深水环境下建造基础不仅是施工难题，更是设计难题。

在近代，我国主要采用沉箱、沉井技术进行施工；随着桩基础以及钢板桩围堰技术的发展，现代跨海大桥主要采用桩基进行施工；发展到当代，双承台钢管桩基础得到广泛的采用。

随着科技的不断进步和发展，用于解决深水施工的双壁钢围堰施工技术逐步获得工程人员的青睐，取得十足的发展。

1工程概况某桥梁深水承台双壁钢围堰，水深8m ，承台为正方形，尺寸10m ×10m ，厚3m ，河床为密实细砂。

本设计承台基础平面图如图1所示，钢围堰平面图如图2所示。

2双壁钢围堰优点分析双壁钢围堰是一个带有单斜面刃脚的圆形双壁全焊水密钢结构圆筒，有自浮力，有强度更高的双壁钢壳，筒的内、外壁形成的空间称之钢壳。

内、外壁由钢板围焊而成，圆筒上、下均不设底板或盖板，钢壳下口以环形单斜面刃脚封闭，钢壳上口敞开，以方便施工时往钢壳内灌注混凝土或注水。

双壁钢围堰施工技术有着明显的优势：①双壁钢围堰具有高强的双壁钢壳，从而可以承受较大的内外水压。

②双壁钢围堰具有施工工艺简单，封底后，排水不受施工水位的限制，从而摆脱了施工的季节限制。

③墩位处水深对双壁钢围堰施工不能产生显著的影响，在双壁钢围堰施工法进行施工时，如果能够配合使用空气幕下沉技术还可以将围堰下沉到更深的水域，从而扩大了双壁钢围堰施工法的应用范围。

④双壁钢围堰下沉就位后，可以直接充当钻孔桩基的施工辅助设施。

3围堰结构选择根据力学原理进行分析，双壁钢围堰宜制作成圆形，这样不仅制作简便而且下沉时也容易控制。

但是当考虑承台结构的尺寸限制时，必须将围堰尺寸加大数倍，从而提高了工程的造价。

同时，围堰作为承台和墩（塔）身施工的先决条件，围堰平面形状的选择也必须受到承台尺寸的限制。

在实际工程实践中，双壁钢围堰多设计成矩形、圆形和扇形。

在双壁钢围堰法应用早期，一般采用圆形结构。

但是随着桥梁复杂程度的不断提高，其它结构形式也受到人们的普遍关注。

在进行围堰结构设计时，必须在综合考虑围堰工程造价、受力特性以及施工难易程度基础上进行选型。

本设计中深水承台尺寸为10m ×10m ，围堰平面形状为正方形，外壁尺寸为15.6m ×15.6m ，内壁尺寸为13m ×13m ，内外壁板均为6mm ，壁腔厚1.3m 。

围堰本身实际上是个浮式钢沉井，井壁钢壳是由有加劲肋的内外壁板和若干层水平钢桁架组成，中空的井壁提供的浮力可使围堰在水中自浮，使双壁钢围堰在自浮状态下分层接高下沉。

围堰内外壁间设置8个隔舱板，在平面上将围堰分为8块，隔舱板将围堰分为8个互不连通的密封隔舱，利用向隔舱不等高灌水来控制双钢围堰下沉及调整下沉时的倾斜。

围堰竖向总高22.5m ，考虑到浪高最大为1.5m ，围堰高出水面部分为2m ，围堰竖向分为5节(4.5m+5m+5m+4m+4m)，井壁底部设置刃脚有利于切土下沉。

由于水深较大，为了保证围堰的整体刚度和稳定，在围堰内部设置两层截面形式为工字型内支撑。

由于刃脚承受土压力及水压力较大,故刃脚段适当加密水平桁架的竖向间距(0.5m)，其余部分水平桁架竖向间距为1m 。

面板竖向加劲肋采用L50×5角钢，角钢与面板共同承受外荷载。

水平环板采用准200mm ×10mm 钢板，钢板也与面板共同承受外荷载，同时在进行受力计算时，环板与参与受力面板作为桁架的弦杆进行受力计算。

4围堰施工工艺4.1围堰加工工艺在本次工程中，钢围堰的制作流程如下：①胎架的设置。

为了获得满足尺寸要求的围堰，在车间制作的过程中，首先必须设置恰当合适的胎架。

组装用的胎架必须具有足够大的刚度，从而避免在组装过程中胎架发生过大的变形。

同时，胎架的尺寸必须满足一定的精度，从而确保围堰尺寸的正确性。

②钢围堰下料。

在进行钢围堰构件下料前，必须对构件进行样本的制作。

如果构件中存在无法确定具体尺寸的构件或者连接件时，必须通过实样的制作来确定尺寸。

③分块组装。

钢围堰主要由环板、壁板以及水平桁架等构件组成，当各构件制作完备后要将这些构件按照一定的次序进行组装。

④焊接加工。

双壁钢围堰在制作过程中需要进行严密的焊缝处理，焊接前必须对所有焊缝分类进行焊接工艺评定试验。

为了双壁钢围堰的整体焊接变形，双壁钢围堰中的内外壁板采用两面自动焊进行。

⑤试拼出厂。

当围堰的分块加工完毕后，运送到试拼场进行出厂前的试拼，然后再用于施工。

4.2双壁钢围堰的锚碇系统布置根据施工水域水文条件和通航要求，围堰锚碇系统可以采取灵活多变的布置方式。

本工程的锚碇布置系统主要如图3所示。

4.3围堰接高当双壁钢围堰的锚碇系统布置妥当后，接下来就要进行围堰接高。

围堰接高的方式主要有：①利用起重的船只将“钢堰”进行吊装接高；②当首节吊装完毕后，将围堰分块用导向船上的起重设备进行接高；③首节采用吊装——————————————————————作者简介：王剑亮（1977-），男，陕西周至人，硕士学历，中铁西北科学研究院有限公司工程师，研究方向为岩土工程。

桥梁深水基础施工技术研究Research on Construction Technology of Deepwater Foundations of Bridge王剑亮Wang Jianliang ；赵建刚Zhao Jian'gang（中铁西北科学研究院有限公司，咸阳712000）（Northwest Research Institute Co.，Ltd of C.R.E.C ，Xianyang 712000，China ）摘要：随着我国综合国力的不断提升，横跨长江大河的桥梁不断涌现。

桥梁的深水基础施工是大跨度桥梁施工的重要组成部分。

桥梁深水基础施工所处的环境比较复杂，在工程实际中一般采用围堰和钢吊箱进行施工。

本文以***桥梁深水基础施工为背景，详细的阐述了双壁钢围堰法在深水基础施工中的应用，并做了简单的数值模拟，验证了双壁钢围堰法的可用性。

Abstract:With the rising of China's comprehensive national strength,the Yangtze river bridge across the river emerge.The deep water foundations of the bridge construction are an important component of the large span bridge construction.Bridge construction in deep water foundations always starts in complex environment,cofferdam and steel construction hanging box are general methods in engineering practice.Based on the construction of the deep water foundations bridge of***in the background,the double-wall steel cofferdams in the deep water were described in detail,and the application of the numerical simulation simplify,finally get the effectiveness of the method of double steel cofferdam.关键词：深水基础；双壁钢围堰；有限元分析；施工方案Key words:deep water foundations ；double-wall steel cofferdam ；finite element analysis ；construction scheme中图分类号：U44文献标识码：A文章编号：1006-4311（2012）18-0092-02图1承台平面图（单位：m ）图2钢围堰平面图（单位：mm ）·92·Value Engineering技术，然后采用拼焊工艺进行接高。

以上三种方法各有各的优缺点。

方案①由于施工简单，施工工期算短，焊接质量容易得到保障。

但是需要大型起重船进行辅助。

方案②是我国深水桥梁施工中最长采用的一个，它可以充分的利用桅杆吊和起重机进行分段吊装，从而获得合理经济效益。

方案③由于施工质量难以保证、施工进度缓慢，会逐渐被社会所淘汰。

由于该项工程施工工期较紧、施工质量要求高，综合考虑之后决定采用方案①进行围堰接高。

4.4围堰下沉工艺双壁钢围堰的下沉是围堰施工中的重要组成部分，必须根据具体的工程地质以及水流因素进行详细的计算，并采取正确的预挖措施，确保施工的顺利进行。

由于该工程所处的水域条件限制，“钢堰”着床于砂、土层上，因此应根据要求的下沉深度计算下沉系数。

首先对“钢堰”夹壁内采用加水、加砂等低成本及加入与排出简易的材料的助沉措施验算其下沉系数，如不能满足要求，可换放混凝土块或浇注混凝土(浇注标高以不高于“钢堰”切割线为原则)。

再不能满足要求时，则需采取外部助沉措施。

外部助沉措施有：当采用简易的助沉措施计算的下沉系数与规范要求相差不大时，可以采取射水助沉或“钢堰”上部堆放型钢、钢锭之类；当下沉系数的计算相差甚大时，可以考虑空气幕或泥浆套助沉。

空气幕助沉的气龛制作困难，每次加气的连续时间不能超过5min，且气量耗用大，水中助沉应用甚少。

通过计算，采用简易的助沉措施计算的下沉系数与规范要求相差在1%以内，因此采用射水助沉法进行施工。

4.5封底混凝土施工为了确保围堰抽水后的安全性，必须用混凝土进行围堰封底。

在该工程中，根据设计的要求，封底混凝土厚度取为3m。

在对双壁钢围堰进行混凝土封底时，为了加快施工的进度，采用8根导管进行施加。

导管布置图如图4所示。

在进行混凝土浇筑时，必须时时的掌握混凝土的高度，防止浇筑过低或过高的现象。

封底混凝土浇注完成以后即可进行养生，养生不需特殊的工艺及设备，由于工程已在水下，因此只需放置10～15d即可。

当封底混凝土的强度达到设计强度的70%以后，施工单位就可以进行围堰抽水。

在抽水时，必须时时观察围堰的各种变化情况，并做好详细的记录，防止由于在水压差过大的情况下围堰产生变形。

当围堰产生变形或者漏水时，必须立刻停止抽水，待采取合适的措施后再进行抽水。

5有限元分析方法有限元分析是计算机辅助设计、制造和工程分析的基本组成部分，由于它提供了更快捷和低成本的方式评估设计的概念和细节，所以人们越来越多地应用有限元仿真的方法代替模型试验。