水中施工平台局部冲刷的处治措施研究

夏 飞 周 勇

（1湖北省交通规划设计院， 湖北 武汉 430051；2湖北省交通规划设计院， 湖北 武汉 430051）

水中施工平台局部冲刷的处治措施研究

夏 飞1周 勇2

（1湖北省交通规划设计院， 湖北 武汉 430051；2湖北省交通规划设计院， 湖北 武汉 430051）

文中以某跨北江连续刚构桥水中施工平台局部冲刷为例，介绍了局部冲刷的成因、防护原理、具体处理方案及实施效果。

水中施工平台；局部冲刷；处治措施

1 项目概况

某跨北江连续刚构桥北岸主墩施工平台采用钢管桩及12根水中桩基施工的钢护筒作为支承结构。在日常监测中发现因局部冲刷影响，导致作为承重结构的12根钢护筒入土深度不足，影响施工平台的结构安全。

2 成因分析

桥墩局部冲刷深度与很多因素有关，除桥墩宽度、桥墩型式、水深、床沙粒径等因素外，主要受冲向桥墩的流速影响。流向桥墩的水流受到墩身的阻挡，桥墩周围的水流结构发生急剧变化，水流的绕流使流线急剧弯曲，床面附近形成漩涡，剧烈淘刷桥墩迎水端和周围的泥沙，形成局部冲刷坑。随着冲刷坑的不断加深和扩大，坑底流速逐渐降低，水流挟沙能力随之减弱，上游进入冲刷坑的泥沙与水流冲走的泥沙趋向平衡同时，冲刷坑底的泥沙逐渐粗化，坑底粗糙程度增大，抗冲能力增强，使水流的冲刷作用与床沙的抗冲作用也趋于平衡，冲刷随之停止，局部冲刷坑达到最深。

经调查，本项目局部冲刷的主要成因如下：

①北江河道表面覆盖层主要为砂层及砾石层，经常出现采砂船才桥位上下游进行抽砂作业，导致河床变化较大，影响到桥位附近的覆盖层。

②北岸主墩及过渡墩处于正江与北江交汇口，受上游江心岛的影响，北江河槽部分偏于北岸，水流速度较大，局部冲刷较为严重。

③主墩钢护筒直径较大，且为群桩基桩，阻水结构形状系数较大，相对局部冲刷较大。

3 处治原理

局部冲刷是在桥墩基础附近，桥墩的存在引起了水流的加速，产生了将周围沉积物带走的漩涡。

理论上可以将水流与桥墩的冲刷作用分为三个部分： ①前进水流漩涡，主要是指前进的水流遇到障碍物产生的漩涡在通过障碍物时，卷动泥沙形成了冲刷坑，可采用减缓水流能量或者改变水流与桥墩的作用方式来应对; ②下降水流淘底，主要指前进水流撞击桥墩后形成一部分下降水流，对墩底进行淘刷，可采用阻碍水流急速下冲的手段或增大泥沙启动时需要的动力来应对; ③尾流漩涡冲坑，主要指水流绕过障碍物后形成的漩涡，带走了墩后的部分泥沙，可在下游装置收尾措施来处理应对。

现有冲刷防护措施大多是按上述思路进行设计的，在实际工程中按其位置可以分为墩前、墩周、墩后三种防护措施： ①墩前阻水，旨在阻挡墩前的前进水流，干扰来流作用; ②墩周加固，旨在墩周进行适当加固，起到护底防淘刷的作用; ③墩后收尾，旨在减小尾流作用，降低墩后的冲刷作用。

本项目按照墩前阻水、墩周加固及墩后收尾的方式进行处治。主要有以下几个步骤：①北岸主墩钢护筒跟进，增加入土深度；②加快桩基施工速度，尽快完成第一批主墩桩基施工；③在北岸部分平台上游振设钢管桩作为分水尖，减少江水对平台的冲刷；④在分水尖与钻孔平台之间采用袋装土进行回填，将冲刷区域进行恢复；⑤在分水尖上游抛投石笼，减少河床冲刷。

4 实施方案

4.1 护筒跟进

在桩基施工过程中，将护筒内部的覆盖层钻出后，将钢护筒两侧的牛腿割除，将钢护筒接长，钢护筒对接接口采用满焊焊接，接口处设置八块连接板进行接长，连接板厚度为16mm，尺寸为40×20cm。钢护筒接长完成后，采用240型振桩锤振沉钢护筒，钢护筒底口尽量振设至强风化层的以保证钢护筒的入土深度及承载力满足施工要求。

4.2 加快桩基施工速度

在已有的条件下，改进桩基施工工艺，合理安排施工顺序，优化桩基钻进设备，从而加快桩基施工进度。尽量在洪峰到来前，能够灌注一根以上的桩基，这样已经施工完成的桩基能够更好的抵抗桩基的水平荷载，提高钻孔平台抵抗水平荷载的能力。

4.3 振设分水尖

在北岸平台上游处，由于冲刷严重，且近期江水流速较快，必须采用主动防御的措施减少对主墩钻孔平台的冲刷。施工单位在钻孔平台上游插打两排直径不小于530mm的钢管桩作为分水尖，分水尖钢管桩采用梅花形布置。分水尖可以减少洪水对钻孔平台的冲刷，缓冲洪水流速，将冲刷面调整到远离平台的位置。为防止分水尖管桩受局部冲刷破坏，钢管桩上采用主动防护钢圈，该结构可以有效的消除下潜水流，防止形成马蹄涡流。钢圈在钢管桩插打前焊接在钢管桩上，要求焊缝不少于10mm。为方便钢管桩施工，钢圈采用整圈环绕结构。主墩钢护筒同样采用主动防护钢圈，钢圈为半圆环结构，通过I25a型钢下放到相应水深位置，然后焊接固定在钢护筒上。过渡墩的分水尖结构与主墩类似。

图4.1 北岸主墩钻孔平台上游分水尖

4.4 分水尖与钻孔平台范围河床恢复

为了防止后续施工过程中，江水持续对钻孔平台进行冲刷，危及钻孔平台的安全，必须将已经冲刷的钻孔平台下部的河床进行回填，这样才能够保证在桩基钻进过程中整个平台的安全。回填采用能装 1m3的大型编织袋装砂进行回填，回填范围按照图中所示横桥向范围（100.2m2）进行回填，回填宽度按照承台宽度10.8m两边各增加1m进行回填。经过计算，主墩回填方量为100.2×（10.8+2）=1282.6m3。回填数量按照现场实际情况进行确认。

4.5 在分水尖上游抛投石笼

由于分水尖上游还存在冲刷情况，而且飞来峡水利枢纽不定期进行泄洪，对于钻孔平台的冲刷非常大，为了保证钻孔平台的安全，防止正在钻进过程中的桩基出现风险，在分水尖上游抛投大量石笼保护河床，减少对河床对钻孔平台的冲刷。由于水流流速较大，抛投片石不能按照设计的位置准确下放，因此在投放片石的数量按照图纸中的 1.5倍的数量进行考虑。主墩石笼投放数量为 26.5×30×1.5=1192.5m3。过渡墩石笼投放数量参考主墩石笼投放数量。

图4 .2分水尖上游石笼投放示意图

5 结论

经过连续观测及一次洪峰后的专项检测发现施工平台附近的河床仅有微小冲刷，不影响施工平台的结构安全，以上处治措施达到了既定效果。

TU75

B

1007-6344（2017）09-0225-01