摘 要：随着社会经济的快速发展，我国跨越大江大河的桥梁建设规模在不断扩大。同时，相关企业修建了很多深水桥梁，这在很大程度上提升了深水基础的施工水平，且在很多方面已达到国内先进水平。基于此，文章以驸马长江大桥为例，简要介绍了深水基坑围堰的类型、施工工艺流程及其施工技术要点，希望能够進一步推动桥梁建设的发展。
关键词：深水基础；钢套箱围堰；施工技术
引言：随着科学技术水平的不断提升，很多先进的施工技术逐渐融入到各行各业的发展中。现阶段，深水基坑围堰施工的形式多种多样，每种围堰都具有自身的特点和适用条件。施工技术人员在施工过程中，应根据桥梁不同的水文、地质、材料以及设备条件，进行综合考虑。同时，随着深水桥梁建设以及设备的发展，新材料的应用，采用大型低桩承台的结构形式越来越多，其施工技术和围堰形式将得到进一步的发展。
1工程概况
重庆万州驸马长江大桥是重庆万州至湖北利川高速公路（重庆段）跨长江的重要控制性工程。驸马长江大桥为全长2030m，主跨1050m的单跨双塔钢箱加劲梁悬索桥。主缆分跨为285+1050+345m，中跨为悬吊结构。主缆矢跨比为1/10，主缆横桥向中心间距为28m，吊索顺桥向标准间距为16m。主桥中跨加劲梁采用流线型扁平钢箱，梁高3.2m（主梁中心线处）。钢箱梁（含风嘴）全宽32.0m。桥面设2%双向横坡。梁高与跨径比为1：328，与宽度之比为1：10。其中，钢箱梁全桥共分为66个梁段（3种类型）：标准段（B类）长16.0m，共63个（含两个合龙段）；跨中段（C类）长14.4m，共1个；特殊梁段（A类）长11.85m，共2个。梁段吊装重量为200.0t到220.9t，B类梁段吊装重量最大。其具有以下特点：第一，本桥是悬索桥，截面宽度大，桥梁跨度长，箱梁节段重量均为国内首屈一指；第二，本桥是国内首次采用集中排水方式，在外侧车行道设置横向排水管，将行车道的雨水排向检修道，在检修道路缘附近的集水槽进行收集，通过泄水管排入设置在风嘴内的纵向排水管；第三，排水管以法兰连接，法兰配套设置石棉橡胶垫，要求匹配加工精度高，加工难度大，组装精度要求高。
2钢套箱围堰
现阶段，围堰的类型主要有钢板桩围堰、混凝土围堰、钢套箱围堰以及钢-混凝土组合结构围堰等。其中，钢板桩围堰主要为单壁结构；混凝土围堰分为重力式钢筋混凝土围堰和双层薄壁钢筋混凝土围堰；钢套箱围堰分为单壁、双壁以及单双壁组合式钢围堰；钢混凝土组合结构围堰也可分为上钢下混凝土、下钢上混凝土形式。每种围堰都有自身的特点和适用条件，因此，施工技术人员需根据各自的水文、地质、材料价格以及设备情况等比选而定。现阶段，由于钢材价格的下降，以及钢结构加工、运输、下沉方便等方面的优越性，钢套箱围堰越来越广泛地被应用于大型深水桥梁的基础施工中。下文主要介绍了深水基础钢套箱围堰的类型及其施工技术要点。
2.1结构形式和特点
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围堰。圆形围堰，由于在水压力作用下，只产生环向轴力，可不设内支撑，因此，此结构能够提供足够的施工空间。另外，由于其截面可以导流，其抗水流能力强，主要适用于流速较大的深水河流低桩承台的施工中。但是，由于承台一般是矩形，其封底的截面积较大，封底混凝土的量较大。而矩形或圆端形围堰可按承台的尺寸形状设计，这在很大程度上减少了围堰钢壁的用钢量以及封底混凝土的用量。但是，由于该围堰需加设内支撑，为后续工程的施工带来诸多不便。并且，其抗水流冲击能力和整体性较差，不宜在流速较大的河流中使用。除此之外，单、双壁的构造主要是根据钢围堰下沉的需要而设计，由于钢围堰重量轻，在需要入土较深的情况下仅靠自重难以下沉，需灌注配重混凝土，因此，施工企业必须设置双壁结构；而在下沉较浅的情况下，借自重可以实现下沉，可设计为单壁结构；在满足下沉需要的前提下，又要节省材料，可设计成单、双壁组合式结构。
除此之外，钢围堰结构形式的确定受多种因素的制约，比如，水文、地质、起重设备等。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。通过比较发现，当承台的平面尺寸长宽比小于1.5时，采用圆形围堰形式更为合理，但水深大于15m的情况下，若采用矩形围堰，需要加设多层内支撑，难以保证施工空间，且增加了钢材的用量，此时采用圆形围堰更为合理。
2.2施工工艺流程（见图1）
图1 钢套箱围堰施工工艺流程图
2.3施工要点
通常情况下，为了保证围堰施工的便利性，施工企业会选择船运比较方便的工厂进行加固。其施工工序主要是以下几点：第一，先分单元在胎具上加工成型，然后在浮体上组拼。由于矩形围堰的重量较轻，一般情况下，应进行分块加工，一次拼装成型；第二，围堰的浮运。施工技术人员在进行围堰的浮运时，应根据下沉的设备情况进行确定，在采用大型浮吊下沉的情况下，可用平驳进行浮运；在采用组拼龙门浮吊下沉的情况下，可直接用浮吊进行浮运；第三，围堰的下沉。矩形围堰由于重量较轻，可一次拼装到位，因此，精确定位后，可一次放置于河床上。而双壁或单、双壁组合式围堰由于体积大，需在水中边下沉边接高。其作业步骤为：将第一节放入水中定位，利用双壁所产生的浮力自浮于水中，然后接高第二节，灌水或混凝土下沉，再继续接高下一节，直至围堰全高。在围堰上搭设吸泥平台，布置吸泥机进行下沉。相关技术人员在围堰设计过程中，应在双壁间设置隔仓，灌注时应分仓对称进行，避免钢围堰出现偏移；第四，封底混凝土的施工钢围堰沉至设计标高，灌注封底混凝土之前，要求潜水员用高压水枪进行清理，并对河床面进行整平，与此同时，为了保证封底混凝土与桩身、箱壁的良好结合，达到相应的止水效果，潜水员应用高压水枪将桩身和箱壁上附着的泥浆冲洗干净，封底混凝土的施工工艺可以采用垂直导管法。并且，水下混凝土靠自身流动性向四周摊开，导管一般采用φ300mm无缝管，顶部设漏斗，导管数量应根据钢围堰内净空面积确定。除此之外，在矩形钢围堰施工过程中，由于封底混凝土数量巨大，可分成几个仓，分次灌注封底混凝土。混凝土一般由岸上拌合站或大型拌合船供应，泵送至浇注位置。
2.4围堰设计理念
根据承台形状和结构受力分析，围堰平面可以布置成双圆组合形（如图2）。
图2 钢围堰结构设计平面布置图
钢围堰结构设计如图2，共分为4个部分：刃脚段、双壁加强段、单壁段、内部横向支撑梁。其中，刃脚部分面板采用8mm钢板，角度为30度；双壁加强段内外面板及隔板均采用5mm钢板，内部为空间桁架结构，水平主桁加强圈采用100×100×10或75×75×8角钢，缀条用63×63×5角钢，竖向间距按不同的高度荷载计算求得；竖向加劲肋采用50×50×5或63×63×5角钢，周向间距按不同的高度荷载计算求得；围堰中支撑桁架用100×100×10或75×75×8角钢相扣成方管，空间用75×75×6做缀条组成桁架，竖向间距与加强圈相同。
3结构检算
通常情况下，钢围堰的结构验算主要采用手算法的方式进行。通过对实际施工中钢套箱结构的受力进行模拟，采用有限元分析软件进行结构的受力校核，为手算结果的可靠性提供保障。
3.1建立结构模型
3.1.1手算检算
手算检算可以通过对钢围堰受力作如下假定来简化计算：计算水平斜撑和析架时，假定30倍壁板板厚的宽度参与受力；竖向加劲肋简化为多跨连续梁计算，也考虑30倍壁板板厚的宽度参与受力；壁板检算简化为支撑在竖向加劲肋上的多跨连续板计算。
3.1.2计算机软件分析
计算机软件分析采用空间模型进行计算，内外环板、内外壁板采用空间板壳单元，水平析架和竖肋采用空间梁单元，内支撑和水平斜杆采用空间析架单元，使空间模型的两端铰接于水平析架或环板。
3.2工况分析及计算荷载
通常情况下，在承台基础钢套箱封底完成后，将钢套箱内的水抽干进行承台施工，会严重影响工程建设的整体质量。因此，相关技术人员必须严格考虑钢套箱侧面及底面受到的动水压力、静水压力、土压力和水浮力，并进行以下计算：第一，以钢套箱外的水压力、土压力作为主要荷载，钢套箱内的受力杆件强度、刚度计算以及内支撑的稳定性计算；第二，计算钢套箱封底后抽干水钢套箱的抗浮安全性。
3.3计算结果
相关技术人员采用手算法和电算法对钢围堰结构检算，可以获得基本一致的计算结果。通过计算可知，钢套箱在不利情况下，水平析架、水平加劲肋、隔舱板、内外壁板、内支撑强度及刚度均满足相关要求；内支撑的稳定性计算满足要求；钢套箱封底混凝土的抗上浮检算也符合规范要求。因此，相关计算人员通过应用手算法和电算法的相互校核验证，能够为计算结果的准确性提供保障。
3.4结论
通过钢套管的施工工艺及其简算结果可知，这种方法具有相应的优缺点。其中，缺点是模板下部进入河床附着层的深度不够，洪水期河床底部极易被冲刷成空洞；平模板与封底混凝土在水作用的反复冲击下，极易被分离，其封堵和封水效果不明显。优点是施工材料是工地常用的周转材料，平模板、工字钢、钢管等重复利用价值高，浅水区性价比较好。
结束语：综上所述，随着社会经济的快速发展和科学技术水平的不断进步，我国的桥梁建设规模在不断扩大，建设形式也越来越多样化，且深水桥梁建设越来越多。而钢套箱围堰施工技术在深水基础中的应用取得了一定的成就，其不仅最大限度地节省了施工材料，还能夠利用自身浮力进行回收，为后期深水基坑施工技术的可持续发展提供了保障。
参考文献：
[1]于春涛.深水钢套箱围堰优化设计及施工实践[J].国防交通工程与技术，2016，14（04）：74-77+80.
[2]张利.大型深水基础单壁钢套箱围堰施工技术[J].铁道建筑，2011（03）：13-15.