秦嶺山區(qū)某大橋主橋深水基礎(chǔ)的施工

吳明玉 寧殿晶 閆亞武

隨著高速公路建設(shè)中心往中西部移動(dòng),山區(qū)高速公路逐漸增多,且對(duì)線形等要求越來(lái)越高,勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)更多的深水基礎(chǔ)。文中研究的秦嶺山區(qū)某大橋結(jié)合山區(qū)實(shí)際在施工過(guò)程中所采用的施工技術(shù)和方案具有實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性和科學(xué)性,施工中采用的平臺(tái)結(jié)構(gòu)、吊箱結(jié)構(gòu)、樁基施工工藝、河床注漿固結(jié)工藝等,在技術(shù)上有所創(chuàng)新和突破,對(duì)山區(qū)深水基礎(chǔ)施工有很強(qiáng)的借鑒和指導(dǎo)價(jià)值。

1 大型橋梁深水基礎(chǔ)的受力特點(diǎn)

1)深水基礎(chǔ)的穩(wěn)定性與安全度,一般常受水文條件控制,所以對(duì)于橋梁深水基礎(chǔ),水文條件與地質(zhì)條件具有同等重要的地位;2)深水基礎(chǔ)除了需考慮環(huán)境水的侵蝕外,還需要考慮潮汐、洪水以及流水所夾砂石與流冰的直接碰撞、磨損等問(wèn)題;3)深水基礎(chǔ)類(lèi)型的選擇異常重要,它不僅關(guān)系到基礎(chǔ)造價(jià)的高低,還直接影響到橋梁工程的成敗、質(zhì)量和工期;4)深水基礎(chǔ)應(yīng)具有較高的抵抗自然災(zāi)害能力,這就要求其勘測(cè)設(shè)計(jì)時(shí)做大量、細(xì)致的勘測(cè),而深水基礎(chǔ)的地基勘測(cè)均需在水下進(jìn)行原位勘測(cè),工作條件差,要取得真實(shí)可靠數(shù)據(jù)難度大,這就要求其勘測(cè)手段更先進(jìn)、可靠;5)深水基礎(chǔ)屬于水下隱蔽工程,其設(shè)計(jì)與施工時(shí)必須將水流速度、水深深度等因素及由深水所引起的其他約束條件聯(lián)系起來(lái)綜合考慮,并采取相應(yīng)措施。

正因?yàn)樯钏A(chǔ)有如此特點(diǎn),所以其不僅工程量大、造價(jià)高、工期長(zhǎng),它對(duì)周邊環(huán)境的影響及受地震地質(zhì)的影響都較大,若基礎(chǔ)選型不當(dāng),帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)和資源浪費(fèi)將非常巨大。

2 工程概況

位于包茂高速公路段上的秦嶺山區(qū)某大橋?yàn)?5 m+170 m+170 m+95 m跨徑雙薄壁高墩、深水基礎(chǔ)連續(xù)剛構(gòu)橋。水中基礎(chǔ)為整體式群樁深水基礎(chǔ)。承臺(tái)為整體式16.2 m寬×24.5 m長(zhǎng)×4.5 m高;基礎(chǔ)為嵌巖樁,樁長(zhǎng) 49 m,樁徑2.0 m,共24根。承臺(tái)頂標(biāo)高317.4 m,承臺(tái)底標(biāo)高312.9 m,樁底標(biāo)高263.9 m。水中主墩高72.4 m,結(jié)構(gòu)為雙薄壁高墩,2.5 m寬×6.5 m長(zhǎng)。設(shè)計(jì)最低水位：313.37 m,設(shè)計(jì) 300年一遇最高洪水位：329.37 m,設(shè)計(jì)100年一遇最高洪水位：328.37 m。路線所處區(qū)域?qū)匍L(zhǎng)江水系漢江流域,主橋橋跨越漢江,水位受水庫(kù)控制。主墩處水深較深,25 m～40 m,水位落差約16 m,水面較寬約 320 m。

3 樁基施工方案

3.1 水中鉆孔平臺(tái)

水中平臺(tái)分為堆料停吊車(chē)區(qū)和鉆孔區(qū),以鋼管樁和鋼護(hù)筒聯(lián)合承重,設(shè)置鋼管平聯(lián)和型鋼、貝雷分配梁。平臺(tái)頂高程為329.5 m,高于300年一遇最高水位329.37 m,鉆孔施工不受水位起降影響,可連續(xù)施工。管樁及鋼護(hù)筒在加工場(chǎng)分節(jié)加工完成后,運(yùn)輸至碼頭,通過(guò)平板船及駁船運(yùn)送至主墩處,利用20 t和42 t浮吊吊裝、現(xiàn)場(chǎng)焊接接高,90 kW振動(dòng)錘沉入。通過(guò)平聯(lián)和剪刀撐連接成整體框架結(jié)構(gòu)。堆料區(qū)平臺(tái)上部結(jié)構(gòu),采用20 t浮吊起吊安裝焊接成型。鉆孔平臺(tái)區(qū)通堆料平臺(tái)上布置25 t汽車(chē)吊進(jìn)行材料的吊裝。貝雷片及分配梁通過(guò)U形卡固定,面板采用型鋼格構(gòu)架分塊整體焊接安裝。

3.2 樁基施工

因?yàn)槭┕^(qū)水位落差大,覆蓋層薄,護(hù)筒入土淺,護(hù)筒沒(méi)能穿透砂卵層,為避免鉆進(jìn)過(guò)程中塌孔對(duì)施工造成風(fēng)險(xiǎn),鉆孔前對(duì)每根護(hù)筒周?chē)扔米{法進(jìn)行固結(jié)。

鉆孔施工采用單繩沖擊氣舉反循環(huán)鉆機(jī)進(jìn)行施工;鋼筋籠在鋼筋加工場(chǎng)分節(jié)加工成型,分段運(yùn)送至平臺(tái),利用25 t吊車(chē)現(xiàn)場(chǎng)接高下放;混凝土在岸邊拌合站集中拌和,混凝土運(yùn)輸車(chē)?yán)闷桨宕\(yùn)至墩位處,采用泵送灌注,混凝土輸送泵放置在獨(dú)立的浮箱上。

實(shí)踐證明,深水樁基礎(chǔ)采用反循環(huán)鉆進(jìn)進(jìn)行施工效率比正循環(huán)高得多,而且可大大減少斷樁的可能,保證成樁質(zhì)量。深水樁基礎(chǔ)施工中由于孔深、水壓大,灌注混凝土前對(duì)導(dǎo)管必須做水密性試驗(yàn)和承壓試驗(yàn)。下放導(dǎo)管時(shí),要認(rèn)真檢查每個(gè)接頭有無(wú)密封圈,防止接頭間橡皮墊被導(dǎo)管內(nèi)高壓擠爆導(dǎo)致進(jìn)水。

4 承臺(tái)施工

4.1 鋼吊箱施工

4.1.1 鋼吊箱制作、試拼裝

1)鋼吊箱根據(jù)設(shè)計(jì)在加工場(chǎng)分塊制作,單塊最大重量11.4 t。根據(jù)鋼吊箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),每節(jié)鋼吊箱按照34片進(jìn)行加工。2)鋼吊箱分片制作采用流水作業(yè)組織生產(chǎn),每片鋼吊箱均在特制的平臺(tái)和模具上組裝焊接成型。焊接順序：外側(cè)鋼板→吊箱骨架→內(nèi)側(cè)模板→骨架間加強(qiáng)肋。

4.1.2 鋼吊箱現(xiàn)場(chǎng)拼裝及下沉

樁基施工完成后,拆除鉆孔平臺(tái),割除鉆孔平臺(tái)上的上平聯(lián)鋼管,在鉆孔平臺(tái)與鋼護(hù)筒間及鋼護(hù)筒間搭設(shè)牛腿作為鋼吊箱拼裝平臺(tái),采用型鋼做分配梁。鋼吊箱加工完成后,分塊通過(guò)平板船運(yùn)輸至拼裝平臺(tái)處,利用20 t浮吊和25 t汽車(chē)吊配合現(xiàn)場(chǎng)焊接拼裝,然后分兩層整體下沉。在下沉前,針對(duì)個(gè)別護(hù)筒傾斜度較大,而且吊箱下沉深度較深,達(dá)20 m,為保證吊箱一次順利下沉到位,除了要求潛水工對(duì)護(hù)筒周?chē)M(jìn)行摸索清理外,采用水下視頻監(jiān)視器對(duì)護(hù)筒逐根進(jìn)行檢查監(jiān)控,確保吊箱一次下沉到位。

4.1.3 鋼吊箱封底

1)鋼吊箱下沉到位并進(jìn)行底板封堵板安裝后,封底前再用棉絮封堵鋼護(hù)筒同封堵板的間隙。采用剛性導(dǎo)管法灌注水下封底混凝土,汽車(chē)吊配合、不分倉(cāng)一次性進(jìn)行封底混凝土澆筑,推進(jìn)過(guò)程由兩側(cè)向中間,基本對(duì)稱(chēng)進(jìn)行。2)封底高度3 m,混凝土方量約為870 m3,為保證施工連續(xù),一次性澆筑完成混凝土,采用兩種方法同時(shí)進(jìn)行混凝土輸送,一種為攪拌站集中攪拌供料,配備6輛攪拌運(yùn)輸車(chē),通過(guò)兩艘駁船運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng),用混凝土輸送泵泵送,進(jìn)行封底混凝土灌注。另一種是將混凝土輸送泵,泵管架設(shè)在浮橋上,混凝土直接從碼頭泵送至吊箱平臺(tái)上。3)混凝土配合比采用摻加緩凝劑,混凝土初凝時(shí)間為20 h左右,保證所有封底混凝土在混凝土初凝前澆筑完成。4)封底混凝土標(biāo)高控制。澆筑過(guò)程中隨時(shí)用測(cè)繩進(jìn)行測(cè)量,控制導(dǎo)管埋深及頂面標(biāo)高。

4.2 承臺(tái)施工

承臺(tái)分兩次澆筑,第一次澆筑 2.0 m,第二次澆筑 2.5 m,大體積混凝土澆筑內(nèi)布設(shè)冷卻管。承臺(tái)施工示意圖見(jiàn)圖1。

5 結(jié)語(yǔ)

本橋基礎(chǔ)施工的難點(diǎn)是：1)水文地質(zhì)條件差,最大水深40 m,水位落差大,最大單日落差達(dá)14 m,覆蓋層薄,鉆孔平臺(tái)基礎(chǔ)搭建難度大,鋼護(hù)筒精確插打、定位難度大;2)施工區(qū)域大型設(shè)備無(wú)法到場(chǎng),水上設(shè)備均通過(guò)汽運(yùn)到場(chǎng)后現(xiàn)場(chǎng)組拼;施工場(chǎng)地狹小,屬山區(qū)高速,現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有大塊加工場(chǎng)地,護(hù)筒及鋼吊箱等大型鋼構(gòu)件只能先加工成小件然后通過(guò)船運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)組裝;合理組織施工生產(chǎn)尤為重要;3)水庫(kù)水位落差大,需合理考慮鉆孔平臺(tái)與鋼吊箱的標(biāo)高;4)水中墩搭建棧橋不經(jīng)濟(jì),混凝土等施工材料供應(yīng)難度大;5)深水鋼吊箱設(shè)計(jì)及下放施工難度大;6)工程位于水庫(kù)中,環(huán)保要求高。

本橋基礎(chǔ)施工是典型的山區(qū)水庫(kù)深水基礎(chǔ)施工。施工設(shè)備及大型鋼構(gòu)件,先化整為零,現(xiàn)場(chǎng)再組拼成整體,有效克服了地形及運(yùn)輸?shù)壤щy。本橋平臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)平臺(tái)定標(biāo)高設(shè)計(jì)在最高水位線以上,有效防止了鉆井過(guò)程中汛期水位上漲對(duì)基樁施工的影響,保證了施工的正常和連續(xù)性。根據(jù)地區(qū)特點(diǎn),在正式鉆孔前先對(duì)護(hù)筒周?chē)捎米{固結(jié),有效防止了塌孔事故的發(fā)生,而且大大加快了鉆進(jìn)速度,降低了施工風(fēng)險(xiǎn)。這一成功的施工措施,在類(lèi)似工程條件下,可以參考使用。

[1]孫興華.沿?？蛯?zhuān)大云特大橋深水基礎(chǔ)施工技術(shù)[J].山西建筑,2008,34(16)：315-316.