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摘要：本文针对高速公路水中墩施工，结合桥址位置处河流季节性特点，通过从经济、安全、工期等进行比选，在枯水期采用填土筑岛围堰这一施工方法施工桥梁下部结构。工程实践证明：水中墩筑岛围堰施工技术是切实可行的，为季节性河流上施工桥梁下部结构提供了理想的新技术、新工艺。
关键词：高速公路水中墩筑岛围堰施工工艺
中图分类号： U412 文献标识码： A
1．工程概况
甘肃省武都至罐子沟高速公路第二十二合同段起点白龙江大桥，桥址位于陇南市文县中庙乡余家湾横跨嘉陵江支流白龙江，桥址区河道顺直，河谷呈不对称“U”字形，左岸基岩裸露，地形陡峭；右岸地势较开阔、平坦。该区属亚热带温湿气候，年平均降雨量450mm，年平均蒸发量2047.1mm，年平均气温11.8℃，最高气温37.4℃，最低气温-7.4℃，平均风速2.4m/s，最大风速16m/s，洪水多发于5～9月份，主汛期为7～9月份。桥位地表水由大气降水及上游河水补给，水质较好，无污染。根据距桥址上游约20km处的碧口水文站资料，白龙江最大历史洪峰流量为3260m3/s (发生于1964年) ，桥址下游宝珠寺水库蓄水水位为588m(亦为通航水位)。
2．围堰施工方案比选
根据施工现场调查分析，白龙江大桥水中下部结构施工有筑岛围堰和钢栈桥平台两种施工方法可供选择，从用料、工期、成本和优缺点着手对两种施工方法分析比选如下:
表2.1施工方案综合比选
通过综合比较，从进度、施工工艺、拆除及工程造价等各方面考虑，力求快速、经济、安全方便，决定采用筑岛围堰施工方案。
3．筑岛围堰施工工艺
3.1施工准备
3.1.1施工用电
本桥施工临时用电由线路附近的既有10KV高压线接入，安装500KVA变压器1台，由于当地电网电压不稳，施工期配备2台300KW发电机，用于前期桩基施工并作为备用电源。
3.1.2施工便道
白龙江大桥大里程自余家湾村既有道路引入，可直接到达施工地点。白龙江大桥小里程侧施工便道利用相邻标段既有施工便道接马道直接引入2#墩位处。
3.1.3筑岛填料
采用白龙江大桥扩大基础、桥台开挖土石方及标段内路堑开挖土石方作为施工通道及筑岛填料。
3.2施工水位调查
设计施工图显示，测时水位为573.306m， 2010年12月12日对此时段施工水位进行调查，测时水平面标高587.445m，桥址处河床断面如下图：
图3.2 白龙江大桥桥址处河床断面图
根据断面图可知最深水位处在测时达17.73m，设计勘测时水平面标高为573.306m，因此常水位最大水深为：573.306m-569.715m=3.591m，完全有条件利用筑岛设置钻孔平台以满足钻孔桩以及下部结构施工。
至2010年12月24日实测水面标高已降为585.775m，水库开始缓慢降低水位，进一步验证了水面标高不断下降的特点。
3.3筑岛围堰施工工艺
本桥施工总体思路为：结合墩位处河床断面图，随着水位下降由大里程至小里程依次填筑漫滩处的10#、9#、8#、7#、6#、5#、4#的施工作业平台，对漫滩处的10#、9#、8#、7#、6#、5#、4#基础及下部构造进行施工。在次年2～3月份水位最低时，填筑3#和2#施工作业平台，施工主河道中3#和2#基础及下部构造。
筑岛围堰平面示意详见下图：
图3.3-1 筑岛围堰平面示意图
3.3.1 筑岛实施方案
筑岛围堰施工在枯水季节进行，先填筑处于漫滩区的8#～4#墩位。围堰采用土袋围堰施工，以松散的粘质土，装土量为袋容量的1/2～2/3，袋口用细铁丝缝合，围堰坡度按1：1.75，填高在5～6m间。外圈土袋装小卵石或粗砂，以防被水冲走，在外圈土袋堆码出水面后，填筑卵石土心墙。
3.3.1.1围堰形式选择原则
围堰要求安全可靠、能满足稳定、抗渗及抗冲要求；结构要求简单，施工方便，宜于挖除并能充分利用当地材料及开挖料碴，同时能满足工期要求。
3.3.1.2设计标准
围堰设计洪水标准为十年一遇洪水，相应流量为255m3/s。土石围堰使用年限小于一个施工年度，围堰设计顶面标高575.0m，平均围堰高4～5m、堰长横桥向便道处为6m，施工平台处围堰长15m，宽度6m。
3.3.1.3 结构设计
⑴土石围堰断面设计
①堰顶宽度及构造
堰顶宽度满足防汛抢险与交通运输要求，围堰堰顶宽度设为15m，面层填铺50cm碎石压平，四周每间隔2m设置一道Φ48钢管立柱，高度为1.5m，横桥向上下间隔30cm加固Φ30钢管，并绑实安全防护网，在流水面处每间隔10m备配救生圈和救生衣，防护网上每隔15m悬挂危险告示牌。
②围堰细部构造
围堰分两部分组成，第一部分为水面以下，采用卵石防渗，中间填含粘土级配料，两边用土袋护面；坡面水下采用自然堆土，水上坡度设为1：1.75；第二部分为水面以上，该层采用级配卵石土填筑，用粘土心墙进行防渗，坡面设为1：1.75。
⑵土石围堰材料
①石碴料
石料要求石质坚硬、遇水不易软化。含土级配料中石头粒径不宜超过10cm，且5cm～10cm的石头含量宜为30%左右。石料利用边坡开挖料和白龙江河道开挖。
②块石
围堰中所用大块石主要用于水面以下侧护面，块径0.1m至0.3m，要求石质坚硬，截流施工前在尾水出口平台上预先储存。施工时用机械抛填压实。
③土料
围堰防渗土料按土质要求选用，拟用清表的废弃表层土。
3.3.1.4填筑方案
由于本桥枯水季节主河道在2#和3#之间，将2#和3#之间作为主流水断面，3#施工作业平台由漫滩处施工作业平台向前延伸填筑，对岸1#和2#施工作业平台填筑受地形高差影响需搭设“之”字型便道。考虑到流水断面受2#和3#施工平台挤压变小，水流流速增大，对2#、3#施工平台边坡冲刷严重，在1#和2#主便道之间、3#和4#主便道之间埋设过水涵管，以增加过水断面，减小水流流速；同时对2#、3#施工平台边坡进行抛石并在边坡周边砌筑袋装土进行防冲刷防护。
1#和2#便道搭设方法以及过水涵管埋设方法详见图3.3-2。
图3.3-21#和2#施工平台示意图
3.3.2 筑岛围堰施工及防护
3.3.2.1钻孔桩施工防护
⑴钢护筒防护
水中钻孔桩钢护筒采用厚度为12mm的A3钢板卷制，内径比桩径应大于20～40cm，钢护筒每节高分2m、3m两种类型，底节钢护筒需设置刃脚，以利于压入，埋设时护筒頂面应高出筑岛顶面0.5m。根据白龙江大桥桥址处地址情况，护筒埋置深度符合下列规定：钢护筒底进入卵石层至少1.5m。护筒顶面中心与设计桩位偏差不大于5cm，倾斜度不大于1%。
钢护筒埋设采用边填筑平台边埋设护筒的施工方法，即预先将护筒精确定位，随着平台填筑过程进行焊接、压入钢护筒，由于2#、3#位于主河道中，受水流冲刷影响，在埋设护筒完成后，对护筒周围进行注浆处理，防止在钻进过程中发生漏浆现象。
⑵施工注意事项
①由于在填筑平台上施工水中钻孔桩，平台填筑时填筑材料和水下淤泥分层明显，在钻进至分层处为防止钻孔缩颈时加大泥浆比重，在缩颈严重时采取回填片石充填淤泥层以解决钻孔桩缩颈现象。
②由于护筒周围水压影响，极易产生管涌导致坍孔，在钻进过程中应保证孔内水头高度，并适当加大泥浆比重。
③由于填筑平台标高低于设计桩顶标高，在钻孔前应根据平台标高设计合理的桩顶标高，为接桩施工提供便利条件。
④施工中应做到成孔、清孔、报验、灌注连续进行，环节衔接紧密，提高钻孔桩施工效率，保证节点工期按时完成。
3.3.2.2主河道围堰边坡防护
随着围堰的不断向前填筑，主河道过水断面被进一步压缩，水流速增大，对围堰冲刷侵蚀较严重，采取以下方法：
⑴在迎水面围堰坡脚打入钢管桩护脚，对围堰边坡采用双层砂袋码砌，并用混凝土填充间隙，确保坡脚密实，坡面稳定。
⑵在1#和2#之间、3#和4#之间埋设过水管涵，在满足通行条件下尽可能增大过水断面，以降低水的流速，减少坡面冲刷。
4.施工安全防护及应急措施
4.1由于水位的高低是确保白龙江大桥筑岛围堰施工安全的重要因素，在施工期间设专人负责联系、协调上下游水库部门，做到信息互通，提前筹划和安排，确保水中基础与下部构造施工按节点计划顺利完成。
4.2组织一支专门防护的施工队伍，进行突发性事件应急培训，确保在面对突发事件时，抢险人员能够及时投入到抢险中。
4.3考虑突发性降水，根据工程情况准备一定数量的防雨、排水材料和机具(如钢板桩、塑料布、苫布、砂袋、抽水泵等)，以备急用。
5．结论
⑴通过对筑岛围堰施工方案进行安全、工期、经济效益比选，结合实际工况进行分析，该技术能够满足设计要求，现场施工切实可行。
⑵通过筑岛围堰填筑技术在本桥施工中的实践，充分表明施工工艺合理，施工简便，效率高，在山区高速公路跨河施工受季节性条件限制且工期紧张的情况下，抓住有利时机可优先采用。
⑶本桥已于2011年7月31日完成所有下部结构施工，确保了上部结构梁板架设工期要求，并取到了较好的经济和社会效益。
关键词：高速公路水中墩筑岛围堰施工工艺
中图分类号： U412 文献标识码： A
1．工程概况
甘肃省武都至罐子沟高速公路第二十二合同段起点白龙江大桥，桥址位于陇南市文县中庙乡余家湾横跨嘉陵江支流白龙江，桥址区河道顺直，河谷呈不对称“U”字形，左岸基岩裸露，地形陡峭；右岸地势较开阔、平坦。该区属亚热带温湿气候，年平均降雨量450mm，年平均蒸发量2047.1mm，年平均气温11.8℃，最高气温37.4℃，最低气温-7.4℃，平均风速2.4m/s，最大风速16m/s，洪水多发于5～9月份，主汛期为7～9月份。桥位地表水由大气降水及上游河水补给，水质较好，无污染。根据距桥址上游约20km处的碧口水文站资料，白龙江最大历史洪峰流量为3260m3/s (发生于1964年) ，桥址下游宝珠寺水库蓄水水位为588m(亦为通航水位)。
2．围堰施工方案比选
根据施工现场调查分析，白龙江大桥水中下部结构施工有筑岛围堰和钢栈桥平台两种施工方法可供选择，从用料、工期、成本和优缺点着手对两种施工方法分析比选如下:
表2.1施工方案综合比选
通过综合比较，从进度、施工工艺、拆除及工程造价等各方面考虑，力求快速、经济、安全方便，决定采用筑岛围堰施工方案。
3．筑岛围堰施工工艺
3.1施工准备
3.1.1施工用电
本桥施工临时用电由线路附近的既有10KV高压线接入，安装500KVA变压器1台，由于当地电网电压不稳，施工期配备2台300KW发电机，用于前期桩基施工并作为备用电源。
3.1.2施工便道
白龙江大桥大里程自余家湾村既有道路引入，可直接到达施工地点。白龙江大桥小里程侧施工便道利用相邻标段既有施工便道接马道直接引入2#墩位处。
3.1.3筑岛填料
采用白龙江大桥扩大基础、桥台开挖土石方及标段内路堑开挖土石方作为施工通道及筑岛填料。
3.2施工水位调查
设计施工图显示，测时水位为573.306m， 2010年12月12日对此时段施工水位进行调查，测时水平面标高587.445m，桥址处河床断面如下图：
图3.2 白龙江大桥桥址处河床断面图
根据断面图可知最深水位处在测时达17.73m，设计勘测时水平面标高为573.306m，因此常水位最大水深为：573.306m-569.715m=3.591m，完全有条件利用筑岛设置钻孔平台以满足钻孔桩以及下部结构施工。
至2010年12月24日实测水面标高已降为585.775m，水库开始缓慢降低水位，进一步验证了水面标高不断下降的特点。
3.3筑岛围堰施工工艺
本桥施工总体思路为：结合墩位处河床断面图，随着水位下降由大里程至小里程依次填筑漫滩处的10#、9#、8#、7#、6#、5#、4#的施工作业平台，对漫滩处的10#、9#、8#、7#、6#、5#、4#基础及下部构造进行施工。在次年2～3月份水位最低时，填筑3#和2#施工作业平台，施工主河道中3#和2#基础及下部构造。
筑岛围堰平面示意详见下图：
图3.3-1 筑岛围堰平面示意图
3.3.1 筑岛实施方案
筑岛围堰施工在枯水季节进行，先填筑处于漫滩区的8#～4#墩位。围堰采用土袋围堰施工，以松散的粘质土，装土量为袋容量的1/2～2/3，袋口用细铁丝缝合，围堰坡度按1：1.75，填高在5～6m间。外圈土袋装小卵石或粗砂，以防被水冲走，在外圈土袋堆码出水面后，填筑卵石土心墙。
3.3.1.1围堰形式选择原则
围堰要求安全可靠、能满足稳定、抗渗及抗冲要求；结构要求简单，施工方便，宜于挖除并能充分利用当地材料及开挖料碴，同时能满足工期要求。
3.3.1.2设计标准
围堰设计洪水标准为十年一遇洪水，相应流量为255m3/s。土石围堰使用年限小于一个施工年度，围堰设计顶面标高575.0m，平均围堰高4～5m、堰长横桥向便道处为6m，施工平台处围堰长15m，宽度6m。
3.3.1.3 结构设计
⑴土石围堰断面设计
①堰顶宽度及构造
堰顶宽度满足防汛抢险与交通运输要求，围堰堰顶宽度设为15m，面层填铺50cm碎石压平，四周每间隔2m设置一道Φ48钢管立柱，高度为1.5m，横桥向上下间隔30cm加固Φ30钢管，并绑实安全防护网，在流水面处每间隔10m备配救生圈和救生衣，防护网上每隔15m悬挂危险告示牌。
②围堰细部构造
围堰分两部分组成，第一部分为水面以下，采用卵石防渗，中间填含粘土级配料，两边用土袋护面；坡面水下采用自然堆土，水上坡度设为1：1.75；第二部分为水面以上，该层采用级配卵石土填筑，用粘土心墙进行防渗，坡面设为1：1.75。
⑵土石围堰材料
①石碴料
石料要求石质坚硬、遇水不易软化。含土级配料中石头粒径不宜超过10cm，且5cm～10cm的石头含量宜为30%左右。石料利用边坡开挖料和白龙江河道开挖。
②块石
围堰中所用大块石主要用于水面以下侧护面，块径0.1m至0.3m，要求石质坚硬，截流施工前在尾水出口平台上预先储存。施工时用机械抛填压实。
③土料
围堰防渗土料按土质要求选用，拟用清表的废弃表层土。
3.3.1.4填筑方案
由于本桥枯水季节主河道在2#和3#之间，将2#和3#之间作为主流水断面，3#施工作业平台由漫滩处施工作业平台向前延伸填筑，对岸1#和2#施工作业平台填筑受地形高差影响需搭设“之”字型便道。考虑到流水断面受2#和3#施工平台挤压变小，水流流速增大，对2#、3#施工平台边坡冲刷严重，在1#和2#主便道之间、3#和4#主便道之间埋设过水涵管，以增加过水断面，减小水流流速；同时对2#、3#施工平台边坡进行抛石并在边坡周边砌筑袋装土进行防冲刷防护。
1#和2#便道搭设方法以及过水涵管埋设方法详见图3.3-2。
图3.3-21#和2#施工平台示意图
3.3.2 筑岛围堰施工及防护
3.3.2.1钻孔桩施工防护
⑴钢护筒防护
水中钻孔桩钢护筒采用厚度为12mm的A3钢板卷制，内径比桩径应大于20～40cm，钢护筒每节高分2m、3m两种类型，底节钢护筒需设置刃脚，以利于压入，埋设时护筒頂面应高出筑岛顶面0.5m。根据白龙江大桥桥址处地址情况，护筒埋置深度符合下列规定：钢护筒底进入卵石层至少1.5m。护筒顶面中心与设计桩位偏差不大于5cm，倾斜度不大于1%。
钢护筒埋设采用边填筑平台边埋设护筒的施工方法，即预先将护筒精确定位，随着平台填筑过程进行焊接、压入钢护筒，由于2#、3#位于主河道中，受水流冲刷影响，在埋设护筒完成后，对护筒周围进行注浆处理，防止在钻进过程中发生漏浆现象。
⑵施工注意事项
①由于在填筑平台上施工水中钻孔桩，平台填筑时填筑材料和水下淤泥分层明显，在钻进至分层处为防止钻孔缩颈时加大泥浆比重，在缩颈严重时采取回填片石充填淤泥层以解决钻孔桩缩颈现象。
②由于护筒周围水压影响，极易产生管涌导致坍孔，在钻进过程中应保证孔内水头高度，并适当加大泥浆比重。
③由于填筑平台标高低于设计桩顶标高，在钻孔前应根据平台标高设计合理的桩顶标高，为接桩施工提供便利条件。
④施工中应做到成孔、清孔、报验、灌注连续进行，环节衔接紧密，提高钻孔桩施工效率，保证节点工期按时完成。
3.3.2.2主河道围堰边坡防护
随着围堰的不断向前填筑，主河道过水断面被进一步压缩，水流速增大，对围堰冲刷侵蚀较严重，采取以下方法：
⑴在迎水面围堰坡脚打入钢管桩护脚，对围堰边坡采用双层砂袋码砌，并用混凝土填充间隙，确保坡脚密实，坡面稳定。
⑵在1#和2#之间、3#和4#之间埋设过水管涵，在满足通行条件下尽可能增大过水断面，以降低水的流速，减少坡面冲刷。
4.施工安全防护及应急措施
4.1由于水位的高低是确保白龙江大桥筑岛围堰施工安全的重要因素，在施工期间设专人负责联系、协调上下游水库部门，做到信息互通，提前筹划和安排，确保水中基础与下部构造施工按节点计划顺利完成。
4.2组织一支专门防护的施工队伍，进行突发性事件应急培训，确保在面对突发事件时，抢险人员能够及时投入到抢险中。
4.3考虑突发性降水，根据工程情况准备一定数量的防雨、排水材料和机具(如钢板桩、塑料布、苫布、砂袋、抽水泵等)，以备急用。
5．结论
⑴通过对筑岛围堰施工方案进行安全、工期、经济效益比选，结合实际工况进行分析，该技术能够满足设计要求，现场施工切实可行。
⑵通过筑岛围堰填筑技术在本桥施工中的实践，充分表明施工工艺合理，施工简便，效率高，在山区高速公路跨河施工受季节性条件限制且工期紧张的情况下，抓住有利时机可优先采用。
⑶本桥已于2011年7月31日完成所有下部结构施工，确保了上部结构梁板架设工期要求，并取到了较好的经济和社会效益。