逆作式围堰在大粒径漂卵石河滩桥基施工中的应用
张中厚，张宝栋
（中铁二局向莆铁路指挥部，福建福州350700）
【摘要】以向莆铁路大棒溪台口特大桥3个处于分选非常好的大粒径漂期石覆盖层的水中为例，根据城市地铁施工原理及隧道的止水椎幕原理，将在该地质情况下原设计难以实施的插打销板桩图堰，改或施工工艺简单、投资节约、安全性高、渗透水流量小的逆作式围骤.依据实际的河床基岩面的情况，对3种类型的水力渗透模型进行了 渗透率理论计算，并据武指导施工，从而实现了3个水中墩基础高效、安全、简约地完成.同时从逆作式围堰原理出发，探讨了针对这种大粒径票卵石地质情况采用夯管技术、道作式筑岛、遵作式围堰与钢板桩组合的可行法.
[关键词]图堰；漂卵石：析基：逆作式
[中图分类号]U445：TU753.62[文献标识码】A
[文章编号]1002-8498（2011)15-0045-03
Application ofReverse Cofferdam in Construction ofBridgeFoundation inFloodlandwith GreatParticleSizeofFloatPebbles
Buopoeg Bueuz‘noybuouz bueuz
( Chins Railay Erju Co. Ld. Xiangtang-Patian Railwy leodquares Fuzhou Faujian 350700 China)
Abstract;Taking three in-water piers in the floal pebbles covering layer of particle size with good sortingfor example according to the urban subway construction principle and tunnel water stopping curtain prineiple the authors adopt the reverse coffedam of simple construetion craf investment saving highsecurity and low permeability instead of steel sheet piles coffedam of original design under the geologicalcondition which is diffcult for construetion.According to the actual situation of bedrock of rierbed theguidance to the construction so as to plete three in-water piers foundation efficiently safely and authors caleulate theoretical permeability of three types of hydraulic permeability model and provide thebriefly. And also from the principle of reverse cofferdam pointing to the float pebbles of great partielesize geological condition they diseuss the feasibility that it assembled ramming tube building island byreverse method reverse cofferdam and steel sheet piles.
Key words ;cofferdam; float pebbles; bridge foundation; reverse method
大樟溪水流流向由左至右，与线路夹角86°.设计流量Q.=14000m²/s，设计水位H=28.73m，
1工程概况
大樟溪台口特大桥位于福建省水泰县葛岭镇台口村风理尾，水泰洪山大桥下游1.5km、台口溪汇人设计流速V，=3.4m/s.大樟溪台口特大桥15-17溪面设.桥址范围内地势较陡，以农田和树林为主.11.5m，粒径约15-50em.大桥斜穿葛岭镇台口村.大樟溪岸边杂草稀少，有岩石裸露.桥梁起讫里程为FDK499881.850一台大体积开挖采用钢板桩围堰施工.通过对河床的FDK500614.655，全桥孔跨类型：2×24m简支T踏勘，发现桥位处经过地方筛砂石料后，覆盖粒径 梁12×32m简支T梁（48m80m×248m）连续梁1×24m简支T梁，全长732.805m.
设计水中钻孔灌注桩采用钢护筒施工，水中承15~50cm漂卵石，厚度约4~11.5m，分选性太高，透水性强，钢板桩插打困难，施工难度大.
大樟溪台口特大桥平面、纵断面如图1所示.
2方案比选
水中墩承台基坑开挖考虑4种方案，进行比选.1)方案1插打钢板桩围堰（设计方案）.由于
图1大樟溪台口特大桥15~17号墩地质示意Fig.1 Geological of the No.15 ~17 piers
施工区域漂卵石堆积厚度和粒径过大，钢板桩的插打很难打进，而且钢板桩施工造价高，插打时损耗很大，况且不能保证成功，因此施工中不选择该方案.
大，沉井下沉及平面位置难以保障，且漂卵石层分选 2）方案2挖沉井抽排水.漂卵石层粒径超性太好，渗漏水量大，需要的抽排设备功率过大，且难以保证基坑不积水.同时大量的抽排水会引起内外水头较大压力差，形成管涌、流砂，基坑难以成型，进面沉井周边压力不均衡，对沉井造成破坏，带来较 大的安全隐患.且下卧基岩面极不平整，高差太大，沉井难以着床.
3）方案3逆作式围堰.其原理取自于城市地铁施工原理及隧道的止水幕原理，传统围堰是从河床面向上作，逆作式围堰是从河床面向下作.目 前长臂挖掘机最大挖深可达18m，近年来城市地铁热和房地产热，极大地刺激了长臂挖掘机的市场保有量，同时将工艺复杂的插打钢板桩围堰方案简化价低，后续维护简单，围堰完成后防水效果好，安全 为工艺简单的逆作式围堰.此法简单可行，材料造性能高，渗水量小，节约抽排设备，不受基岩面平整度制约.
4）方案4小型夯管法.沿基坑周边使用小型夯管机，利用漂卵石之间的缝隙将带注浆孔的小钢
幕，再进行基坑开挖.此法最理想，属专业队伍自行 管夯人至基岩面，再进行周边幕注浆，形成止水研发，设备自行制造，自主知识产权.但专业队伍距离工地跨几个省区，市场细分太窄，工地工作量又小，规模不够，要价太高，成本上不经济.
经过以上安全性、经济性、工艺可靠性对比分析，决定选择逆作式围堰方案进行施工.
3渗流量计算分析
建立逆作式围堰的渗流量计算模型：将逆作式围堰简化为矩形心墙，并认为靠河水侧河床水位没 有下降，与河面水位一致，逆作围堰穿过河床透水层.查水力计算手册，卵石层渗水率远远大于黏性土，因此其渗流坡降可忽略不计，计算中不予考虑.根据地质资料以及桩基施工中人岩情况，判断河床 基岩面高低不平，卵石层厚度不一，因此根据现场钻孔灌注桩施作时探测基岩面的高差实际情况，建立3种逆作式围堰的渗流量计算模型进行渗流量的计算，以验算围堰的可行性以及抽排设备能力的确定.
（见图2a），主要分布在上游侧和福州端. 1)模型1心墙底部穿过漂卵石层填筑至基岩
心墙单宽渗水量计算：
式中：k=0.05m/d，8=2m，H=8m H=1m；两方程联立，解得：a=5.27m，9;=0.308m²/d.
2）模型2心墙底部穿过漂卵石层填筑至砂土层，砂土层厚约1m，透水性较好（见图2b），主要分布在福州端.其中有心墙的部分渗水量9与“模型1"情况相同，q=0.308m²/d.心墙下的坝基为透水层，按有压渗流考虑，其单宽渗流量：
式中：k =100m/d 7=1m，H =8m，H =1m，1=8=
Fig.2 Numerical model 图2计算模型
2m.解得：q=243.9m²/d.该模型的单宽渗流量 9=9 q =244.2m²/d.
3）模型3心墙底部穿过漂卵石层和砂土层填筑至基床（见图2c），主要分布在下游侧.
该模型计算类似于模型1，下层砂土层渗流量此单宽渗流量4的计算可参考模型1（趋于保守）. 小于卵石层，其渗流量相对于模型1更趋于减小，因
式中：k=0.05m/d，8=2m，H =8m，H=1m，7=1m.解得：9=0.357m²/d.
4）围堰靠近河岸侧部分河床为不透水层，渗水率很小，做好心境后渗流量可以忽略不计.
5）由以上各模型单宽渗流量，结合各形式在实际中占的长度，计算得出围堰内总渗水量：
Fig.3 Plan layout of reverse cofferdam 图3逆作式围堰施工平面布置示意
待逆作式围堰完成之后，在其顶部填筑土围堰，进行加高加固，土围堰高度1.5m，顶宽5m.
式中：L=64m，L=14m，L =38m，其余部分围堰建 在不透水层，渗流量忽略不计.
3）基坑开挖
在围堰内设置集水坑，通过排水沟将渗流水引至集水坑，集水坑中配备2台大功率抽水机，1台抽水，另1台备用，即可满足基坑中承台施工.
在围堰内部，以1：1的坡度开挖基坑，基坑开挖分层进行，采用编织土袋进行边坡支挡防护，并预埋 注浆管，必要时进行围堰注浆.基坑底部周边挖好排水沟，挖小型集水坑，配备低扬程大流量抽水机，将基坑内积水抽排至围堰外.
4施工方法
水中墩承台充分利用旱季河水流量、流速小的有利时机，采用在承台四周一定范围内挖槽换填黏土并筑土围堰作为止水幕进行承台施工.
4）承台施工
开挖至承台底设计标高后，进行桩头凿除，浇筑垫层混凝土，然后绑扎承台钢筋，安装冷却管，立模浇筑承台混凝土.
1)逆作式围堰开挖换填
采用普通挖掘机先开挖上层，到一定深度再使用长臂挖掘机沿距承台边缘约10m远的四周分段挖槽，边挖边回填配比好的草筋黏土.挖槽换填深度以抵达基岩面为宜（约为6.5-8m），局部开挖特 别困难地段无法达到，可以不挖至基岩，底部用挖掘机夯实以降低渗水率.槽顶标高为12m，槽底标高为4-5.5m（最深处较承台底面低1.36m），槽底宽按2.0m控制，槽顶宽度为开挖形成的自然坡率槽口宽度，全幅换填.如图3所示.
5总结与推广应用
板桩479.5t，封底混凝土745m”.开挖逆作式围堰 1）经济效益明显原设计3个水中墩插打钢槽的漂卵石就近用作加高作业平台，将水下作业变成水上作业，逆作式施工围堰的回填使用了路堑开挖的弃土，草筋采用了就近村庄的稻草.共计节约投资248万元.
2)安全性能好，止水效果好，抽排设备配备不多经现场实测渗透量127m/h，每天渗透流量3048m²，与渗流量模型计算的3452.3m/d基本吻合.施工期间没有形成管涌和流砂，边坡稳定.
开挖时本着从上游到下游、从水浅部位到水深部位的原则进行，即先开挖靠近河岸一侧，从上游向下游方向挖，挖好一段立即回填配比好的草土，用挖掘机夯实，再开挖下一段并填筑夯实，一侧完成后顶 面用压路机振动碾压.
3）工艺简单使用常规设备和常规方法进行水下散坡开挖，避免了插打钢板桩、水下封底混凝土等特种工艺的使用，一般技能的作业人员都能施工，
靠岸边围堰完成后，施工上游边，再施工下游边，最后施工靠河一侧，最终形成封闭围堰.
（下转第53页）
2）填筑顶面挡水堰
的劳动力也使得这些防护工程造价很高，因此边坡和详细论证.的防护措施也应该多采用新技术.
公路建设现场难以寻找优质的砌筑材料，而且大量虽然也采用了一些防护措施，但没有经过认真比选
3）低边坡排水设施不完善，应重视低边坡排水设施的设计与施工，遵循“防、排、截、堵”的原则，防止雨水渗人坡体，确保路基具有足够的强度与稳定性.
5）视觉效果较差，噪声大
贵州公路建设中，大量棵露岩石和混凝土视觉效果非常差，不利于吸收阳光和汽车尾气，与高速公 路快捷舒适的特点不相协调，从一定程度上给高速公路的行车带来不安全因素.欧、美、日等发达国家建设高速公路的时间比较早，对防护进行了长期的研究和实践.如今这些国家已基本废除了浆砌片石、喷射水泥砂浆护坡和喷射水泥砂浆护面等破坏 自然环境的工艺，在边坡防护中取面代之的是各种柔性支护和绿化措施，例如预应力锚索，土工织物，基质喷播（客土喷播）等与生态防护相结合的技术已经成为设计施工中的常规技术.岩石边坡的柔性 防护、格笼防护、客土喷播等观念也通过相应的技术成为业内的常识.
参考文献：
[1]宋楼龙，高小虎，韩烈保，等.北京市西山地区道路边坡生态115 环境调查及修复对策[1].水土保持通报，2008 28（2）：112-[2]刘秀峰，唐成域，刘正书.贵遵高等级公路边坡人工植被状况[3]陈训，张荣收，温良生，贵州族麻高等级公路峨山冲设新开石 调查研究[J].草业科学，2001 18（4）：65-70.质边坡绿化调查[J].贵州科学，2003 21（1-2）：142-145[4]刘秀峰，唐成斌，刘正书.贵遵高等级公路边坡生境调查及植 被演替初探[J].贵州农业科学，2000 28（6）：41-44.[5]吴少汉，廖建春，清连公路路暨边坡现状调查及其处治思路[6]未锐，陈字晖.惠河亮速公路（期）边坡防护效果满查与分析 [1].广东交通职业术学院学报，2006 5（2）：2-4.[J]. 中外公路 2003 23(5）：86-89.[7]陈友光，陈振建，柯玉诗，等.广东地区高速公路边坡生志防 护的土壤肥力调查与政良对策[J）-公路，2008（6）：200-203.
6）边坡排水设置不完善，给边坡稳定造成或胁
调查发现，高边坡排水设施都比较完善，但是有些高度不高（<10m）、坡度不陡（<45°）的边坡未设 置排水设施或排水设施不完善，面这些边坡基本上都发生了病害，如贵黄公路ZK1893处边坡高度6m，坡度45°，采用菱形刚性骨架方格植草防护，塌，其原因是边坡顶部未设置截水沟，土体含水量过 虽然高度不高，坡度不陡，但该边坡发生严重的垮大，抗剪强度低.因此，应重视低边坡排水设施的设计与施工. （上接第47页） 缓解了特种作业人员需求的压力. 4）适合在漂卵石层上桥基施工根据目前长臂挖据机最大挖深达18m的技术条件，凡漂卵石层厚度在10m以内均可采用此法.大于10m，而承台底面又在10m以内的，可采用逆作式筑岛法，将承岛，并将黏土回填，注意边开挖边回填，回填完毕后 台范围内和范围外一定宽度漂卵石全部开挖出来筑再开挖承台.这样不需要安装笨重钢套箱和水下封底混豪土. 7）边坡防护植物种类选择不合理 调查发现，公路沿线植物防护措施单一，没有经过认真比选和详细论证，没有根据当地的气候、地质、土壤等相关条件去选择，导致很多地方植物生长不良，建议进行植物防护的选型研究，选择适合喀斯特地区土质特征和气候条件的乡土植物，既达到稳 固路基目的，又美化环境、节约投资. 由于粒径过大，插打钢板桩十分困难，可以将下部换 5）可以与插打钢板桩组合使用漂卵石地层填为黏土后，在黏土层上插打钢板桩就能确保较高的成功率. 4结语 参考文献： 1)贵州省公路边坡病害主要为剥落、坡面冲12m、坡比陡于1:0.3路堑边坡容易发生剥落，坡高 刷、淄方、崩塌和滑坡，其中处于阳坡、坡高大于大于10m，坡度介于50°-60°.坡面冲刷比较严重，且冲剧基本上都是首先在坡脚处开始，然后向边坡中上部发展. [1]為载，通明岩，张道明.草土图瑶在左江水利枢组施工等流中的应用[J].广西交通科技，2000（1)：37-40 44.[2]李炜，水力计算手册（2版）[M].北京：中国水利水电出版[3]铁道帮第一测设计院.铁路工程通质手册（2版）[M].北 社.2006.[4]股万寿，保水基始工程（2版）[M].北京：中国铁道出版社， 京：中国铁道出版社，2007.2003.[5]铁道部第三松测设计院，铁路工程设计技术手质--析涵地 基和基础（4版）[M].北京：中国铁道出版社，2002【6〕叶灵，梁标文.广州文化公国地铁站33m保地下连续墙选工技术[1].第工被术 2008 37(9);58-60. 州特殊的自然、地理地貌和地质条件等因素开展边 2）防护形式单一，防护水平较低，没有针对贵坡防护的专门研究，缺乏系统边坡防护标准，很多采用传统工程防护形式，不仅影响环境，而且植被难以恢复，造成大量水土流失，很少采用新型防护措施.
