五峰山长江特大桥是新建连云港—镇江铁路重点控制工程, 桥梁总长6 408.909m, 其中跨江大桥主桥长1 432m, 大桥主桥北塔位于长江航道北侧镇江市丹徒区高桥镇。主塔承台平面为哑铃形, 厚9.5m。钢围堰作为承台施工期间的挡水围挡结构, 钢围堰内轮廓尺寸为97.1m×40.3m, 外轮廓尺寸为101.1m×44.3m, 夹壁厚度2.0m。钢围堰设计顶标高为7.000m, 设计底标高为-23.000m, 总高度30m。主塔承台设置70根3.1m/2.8m变径桩。承台底部为6m厚封底混凝土, C30封底混凝土设计顶标高为-14.500m, 设计底标高为-20.500m (见图1) 。

针对钢围堰的结构特点、封底混凝土的数量及混凝土的生产能力, 将整个钢围堰封底混凝土分成3部分进行浇筑, 即先进行下游圆形段浇筑, 再进行上游圆形段浇筑, 最后进行中间系梁段浇筑。施工采用中央集料斗, 多导管布置、从上游往下游推进, 最后从四周向中间逐步合龙的水下混凝土封底工艺 (见表1) 。

1) 封底混凝土厚度校核封底混凝土厚度除采用建模计算外, 另需采用公式校核。

2) 防渗处理技术封底施工最大风险在于存在渗漏而导致工期投入和成本增加, 处理关键在预防措施是否到位。容易发生渗漏的部位主要在围堰刃脚、护筒以及封底混凝土薄弱处。针对薄弱点需采取可靠措施保障封底混凝土质量。

3) 大仓面封底技术围堰内面积较大, 总计3 180m²。为保障封底质量, 分3个区域进行浇筑, 单次浇筑面积最大达1 256m²。现场施工组织难度较大, 布料点及料斗布置、下料方式的选择均对封底混凝土质量有较大影响。

由于钻孔桩及钢围堰下沉施工时间较长, 在钢护筒的外壁及钢围堰内壁上会存有水锈或其他杂物。为保证混凝土质量以及混凝土与钢护筒之间的握裹力, 对封底混凝土区域的围堰壁体内侧以及钢护筒外壁上的淤泥杂物用高压水枪和钢丝刷上下来回进行清理, 潜水员水下复查 (见图2) 。

另外, 围堰下沉到位并临时固定后, 需对围堰内基底进行清理整平, 以避免河床局部隆起造成封底混凝土厚度不足。对每个护筒边及相邻护筒中点标高进行测量。针对测量结果进行分析, 对高程不满足设计要求的泥面采用抓斗或吸泥机进行局部处理。

护筒壁清理完成后, 安装剪力键。剪力键通过低水位时在水上利用长螺栓事先安装在护筒上, 然后利用塔式起重机缓慢下放至设计位置, 潜水员下水将螺母拧紧, 解除吊钩完成安装 (见图3) 。

根据围堰到位后泥面标高情况, 形成的“锅底”基本比设计标高低0.5～2m。其基底为粉砂层, 受吸泥扰动后表面已松散, 在混凝土冲击下易造成夹砂等质量隐患。项目采取3套防夹砂方案, 通过比选, 最终采用二次封底工艺, 其原理为:在正式封底前利用基底和封底设计底标高富余量先按封底工艺浇筑1层调平混凝土, 对基底土层进行固结和调平, 将夹砂隐患提前控制在调平层内, 保障正式封底混凝土质量。调平混凝土终凝后, 采用吸泥机继续对其顶面进行抽吸, 清除剩余杂物 (见表2) 。

采用中心集料斗法进行封底, 封底平台主要由H588型钢、贝雷梁、I25a及脚手管、钢板网及栏杆组成。根据浇筑平台标高、最远处导管至分料槽口的水平距离、溜槽坡度 (1∶3～1∶4) 确定中心集料斗的底标高。采用脚手管搭设溜槽支架, 安装溜槽。平台上设置相应栏杆和防护网, 保证人员施工安全。封底平台结构设计满足行人及存放小型器物的承载要求, 若要堆放较重器具, 对平台进行相应加固。具体平台布置如图4所示。

中心集料斗布置在上游侧每个圆形段, 护筒顶口放置H588型钢, 并焊接固定, 在其上放置大料斗, 大料斗与型钢进行焊接固定, 并且在大料斗的四周拉缆风绳 (见图5) 。

选用φ325专用快速接头导管, 导管使用前做水压、水密性试验, 合格后使用。导管上口接2m³小料斗, 共布置2个, 导管底口离围堰底部10～15cm。导管垂直卡挂在封底平台上。考虑水下封底混凝土的实际流动性, 导管浇筑作用半径取为5m。在布置导管时, 所有导管的累加作用区域能覆盖围堰内部所有区域, 相邻导管的作用区域有所重叠, 并且投入导管尽可能少, 减少作业面。通过包络图的绘制, 确定3号墩浇筑导管为:圆形段布置28根导管, 系梁区布置8根导管, 每根导管长25m, 按 (0.5+0.5+3×8) m布置。施工中对导管进行编号, 严格控制导管提升高度, 并做好相应记录。导管具体布置如图6所示。

承台封底按下游圆形段→上游圆形段→系梁区的顺序施工。单个圆封底配备4台汽车泵、2台拖泵, 汽车泵作业半径分别为37, 40, 47, 48m。江岸侧各配备1台125t履带式起重机。单个系梁封底配备2台汽车泵, 配备1台125t履带式起重机 (见图7) 。

钢围堰圆形段封底混凝土采用4台180m³/h搅拌站生产供应, 配备15辆10m³混凝土罐车运送;另外, 布置4台汽车泵和2台拖泵对中心集料斗进行供料。每小时混凝土有效浇筑能力约240m³以上, 约25h浇筑完成。

在各项准备工作就绪并进行试运转后才能灌注混凝土, 混凝土灌注遵守以下原则:一次到位, 从上游往下游, 由边到中, 储料足够, 保证埋深。施工顺序如图8所示。

首灌混凝土浇筑顺序总体从上游向下游推进, 先周边区域, 后中间区域。

导管使用前进行水密试验;导管安装中, 每个接头需预紧检查, 固定完成后导管底口离泥面10～15cm。

首灌采用砍球法施工工艺, 向小料斗内放料前, 在导管内放置泡沫球隔水塞, 用钢板塞堵住管口并用吊车挂住钢板塞。

首批封口混凝土浇筑完成后, 导管埋深在0.5～0.8m。在1根导管封口完成后进行其相邻导管封口时, 先测量待封导管底口处的混凝土顶标高, 根据实测重新调整导管底口高度。在开灌过程中, 一般按每隔60min对已开灌完毕的导管进行补料, 补料时间一般为10min, 直至达到设计标高。

为保证封口混凝土浇筑顺利进行, 在每根导管封口完成后, 按最大≤90min控制同一导管2次灌入混凝土的间隔时间 (需同时补料的不超过4～5根) 。

封底混凝土施工前, 在每个导管及2个导管混凝土作用半径交点处均布设1个测点。浇筑混凝土时做好测深、导管原始长度、测量基准点标高等记录, 同时每根导管封口结束后应及时测量其埋深与流动范围, 并做好详细记录, 并以测点为控制点绘制混凝土深度断面图以做施工控制图 (见图9) 。

为保证导管有一定埋深, 不得随意提升导管。浇筑过程中注意控制每一浇筑点补料一次后标高及周围9m范围内的测点都要测1次, 并记录灌注、测量时间。

根据现场测点的实测混凝土面高程, 确定该点是否终浇, 终浇前上提导管适当减小埋深, 尽量排空导管内混凝土, 使其表面平整。

混凝土浇筑临结束时, 全面测出混凝土面标高, 重点检测导管作用半径相交处、护筒周边、围堰周边等部位, 根据结果对标高偏低的测点附近导管增加浇筑量, 力求封底混凝土顶面平整, 并保证封底厚度达到要求, 当所有测点均符合要求后, 终止混凝土浇筑, 上拔导管, 冲洗堆放。

通过本项目的实施应用, 取得护筒清理装置创新, 设计采用射水和钢丝刷相结合的环向射水装置, 提高护筒清理效率, 降低施工风险。取得封底工艺的优化创新, 采用二次封底工艺, 提前杜绝质量隐患, 有效保障封底混凝土质量。

1) 通过环向射水装置, 平均每根护筒壁清理时间为1h, 取消潜水员水下清理工艺。吸泥工效大大提高, 降低潜水作业风险, 降低因人为因素而造成部分区域清理不到位的影响。环向射水装置仍有较大优化空间, 本工程护筒为新制护筒, 水域为淡水环境, 表面锈迹、杂物较少。针对锈斑和杂物较多的护筒可增强钢丝绳强度和配置高压水泵等措施提升清理效果。

2) 优化采用二次封底工艺, 通过预先浇筑的调平层混凝土将软弱松散的粉砂土完全固结隔离, 从源头上消除夹砂等隐患, 使封底混凝土质量得到保障。抽水后未出现任何渗水情况, 围堰封底施工获得圆满成功。