魏军辉 杨宏伟

摘 要：官渡黄河大桥所在区域为河南中北部，属黄河冲积平原区，该地区是黄河冲口泛滥和改道最频繁的地区之一，反映黄河变迁的地貌特征明显，故河道高地、洼地、河漫滩地、背河洼地等地貌形态分布普遍。通过国道107改线官渡黄河大桥主河槽滩地和水中围堰施工的实例，对游荡性河床地质情况下钢板桩围堰的方案设计、结构优化和施工中出现问题的处理措施等进行分析、论述，总结施工经验，为类似工程的施工提供借鉴。

关键词：围堰设计；方案优化；问题及措施

中图分类号：TB 文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.16.087

1 工程概述

1.1 工程简介

国道107改线官渡黄河大桥全长7377米，设计时速为100km/h，双向八车道设置。其中官渡黄河大桥主桥全长2325米，基础为群桩基础+大体积混凝土承台，下部结构为空心薄壁墩身，上部结构为预应力混凝土连续箱梁，采用挂篮悬臂浇筑法施工。

官渡黄河大桥117#-122#墩位于黄河浅水区，采用筑岛施工；123#、124#墩位于深水区，采用搭设平台施工；所有承台尺寸均为1890cm×1760cm×450cm，承台顶标高均低于勘测河床面下2米。

根据本项目主桥桥墩所处位置、结构特点以及黄河主河道的断面宽度和水深情况，主桥滩地和水中的承台施工均采用钢板桩围堰支護的方案。

1.2 水文情况

黄河属于典型的游荡性河流，随着小浪底水库的建成，其对下游河床的影响十分明显，泄洪期间河床冲刷严重，过后再次淤积，河床面起伏变化较大，再加上栈桥、筑岛、钻孔平台的施工对河床的挤压效应，造成主河槽摆动频繁。通过测量监控，发现钢板桩围堰施工前已出现河道内淤积的现象，随着钢板桩的插打，河床标高不断抬高，根据记录数据，绘制出钢板桩围堰四周河床标高变化曲线图。

1.3 地质情况

桥位处地层以粉细砂和细砂层为主，透水性较强，在河床面以下夹杂的有多层粉质粘土层，层厚不一，其中124#墩紧临黄河控导，每年抛投大量的护导片石，导致124#墩位处河床沉积的片石较多。

2 围堰设计

经比选117#-121#墩承台采用钢板桩围堰排水下挖（干封）施工方案。122#-124#墩承台采用钢板桩围堰水下开挖（水封）施工方案。以下重点以122#墩和124#墩围堰设计情况进行说明。

2.1 122#墩围堰设计

122#墩陆地围堰设计水位：84.5m，设计水深75m；设计河床标高77m；防水流冲击力为2m/s；防冲刷深度2m；钢板桩设计桩长为24m。设计水下开挖后进行水下封底混凝土，封底厚2.5m。

2.2 124#墩围堰设计

124#墩水中围堰设计水位84.5m；设计水深131m；设计河床标高71.4m；防水流冲击力2m/s；防冲刷深度2m；钢板桩设计桩长为24m。设计采用先水下安装围檩和支撑，再进行钢板桩插打，水下开挖后进行水下封底混凝土施工， 封底厚3.0m。

如图3，124#墩钢板桩围堰采用水下加第二、三道支撑，封底后抽水进行两次体系转换，工序复杂，施工效率低，安全风险高。

3 方案优化

3.1 122#墩围堰设计优化

在实际施工过程中，根据施工总体计划，122#墩围堰在4月初开始施工，此时122#墩位于筑岛最前端，紧靠河边，采用钢板桩围堰施工，施工期间水位最大标高为83.0m；土体标高为84.0m。桩基施工时发现标高65m左右有一层黏土层，故经项目技术部门对围堰重新检算，因地制宜，对该墩围堰设计进行了优化，将有水开挖后水封混凝土变更为直接抽水开挖，采用无水干封混凝土基底，既加快了施工进度，又节约了成本。

3.2 124#墩围堰设计优化

124#墩紧靠控岛，由于栈桥、支栈桥钢管桩、钢护筒以及钢板桩插打的阻水效应，河床面发生了较大变化。根据现场实测数据显示，现状河床出现了在钢板桩围堰的上游冲刷、下游淤积现象，围堰上游河床标高69.0m，下游河床标高76.5m，围堰内土层顶标高76.5m，河床相比原设计河床71.4m发生了较大改变。而进入8月以后，桥位处黄河水位基本维持在80.8m，而原设计水位84.5m，故对现状做如下分析：

水位变化对围堰影响，由于实际水位较设计水位低3.7m，对围堰的安全、稳定性十分有利。

河床变化对围堰的影响，围堰上游冲刷明显，减小钢板桩的入土深度2.4m，围堰下游淤积明显，增加了围堰外侧土压力，对围堰稳定性及钢板桩不利，但同时围堰内的土层顶标高76.5m，比原设计增加了5.1m，增加了围堰内的被动土压力，对抽水安装第二、三道支撑有利。

调整支撑安装工艺顺序对围堰的影响，根据现状条件采取抽水安装第二、三道支撑，再对围堰注水、水下吸泥，水下浇筑封底混凝土，从结构受力角度比原设计水下加撑更加安全。

调整封底混凝土厚度对围堰的影响，由于现状水位比原设计水位降低3.7m，封底混凝土浮力减少37m×10kN/m3=37kPa，混凝土的重24 kN/m3，因此减小50cm的封底混凝土厚度对结构安全与稳定没有影响。

调整支撑标高对围堰的影响，由于现状水位比原设计水位降低3.7m，第一道支撑、第二道支撑标高适当下调，使支撑受力状态更好，对围堰的安全稳定相对有利，同时第三层支撑上调50cm，通过结构计算能够满足要求，方便承台模板安装施工。

通过对围堰结构的重新检算，对原设计进行了优化，将先进行水下安装围檩和支撑变更为随着抽水开挖同步安装围檩和支撑；水封混凝土厚度由3米变更为2.5米。优化后的方案不但加快了进度也节约了成本。

4 问题及处理措施

4.1 124#墩围堰钢板桩插打、合龙困难

124#墩围堰钢板桩利用栈桥、支栈桥进行插打，施工至下游侧时，由于此处河床下有较厚的粉质粘土层，且沉积了不少孤石，造成钢板桩施工困难。现场采取了利用压力管道在钢板桩底部高压射水的方式，使钢板桩能顺利穿过孤石层。

同时合龙前，经测量发现合龙口两侧钢板桩偏差较大，我们根据实测偏移数据提前制作调整桩（楔形桩或V型桩），并采取定位措施保证钢板桩插打的垂直度，通过几根调整桩的插打，最终实现了钢板桩围堰的精确合龙。

4.2 124#墩围堰水下孤石清理

由于124#墩围堰紧靠黄河控导，围堰内沉积了大量的孤石，使围堰内取土无法顺利进行。深水、钢护筒、三层角撑、中间横撑、围檩等决定了不能采用长臂挖机或抓斗进行打捞，为此项目部首先通过潜水员水下摸查，搞清楚孤石的位置和数量，并制作了专用的吊框，由潜水员在水下将孤石一块块搬至吊框内，并利用吊机吊出围堰外，再逐步吸泥至封底混凝土底面，最后在水封混凝土强度满足要求后顺利抽水至封底混凝土顶面，实现了无水作业条件。

5 结束语

通过对官渡黄河大桥主桥122#墩和124#墩钢板桩围堰的施工，根据施工期水位和河床面标高，因地制宜地优化施工方案，不但加快了施工进度，也有效节约了工程成本，对类似游荡性河流水中围堰的施工具有积极的指导意义。

参考文献

[1]魏爱军.钢板围堰施工技术[J].北方交通，2008，（1）.

[2]张会洲，陈玉鑫，李恩宏.钢板桩围堰设计与施工[J].黑龙江水专学报，2006，（2）.

[3]廖晓萍.黄冈公铁两用长江大桥主桥围堰设计及计算[J].现代商贸工业，2010，（06）.