大跨橋梁高樁承臺深水基礎(chǔ)施工技術(shù)

陳昌武，劉朝芝，羅昌宏，代筠杰

（1.襄樊市交通規(guī)劃設(shè)計院，湖北襄樊441000；2.滬蓉西高速公路建設(shè)指揮部，湖北恩施445000；3.華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院，湖北武漢430074）

1 概述

1.1 全橋概況

丹江口二橋是湖北省丹鄖公路上的重要橋梁，也是連接丹江口市江南和江北的重要樞紐。位于丹江口水庫大壩上游7.3 km處，水庫常年水深40～50 m，橋位處上下游約長3.5 km區(qū)段為肖河谷地段，距丹江口市城區(qū)約6 km。全橋采用88 m+150 m+150 m+88 m單箱單室三向預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁跨越水庫，全橋下部結(jié)構(gòu)為0#、4#肋板臺和1#、2#、3#高樁承臺,雙柱薄壁橋墩。橋型如圖1。

1.2 2#主墩基礎(chǔ)工程概況

2#主墩所在位置處于河床的谷底，覆蓋層由淤泥、細砂、卵石層構(gòu)成。其中淤泥為新近淤泥，厚度為2.5～2.8 m；細砂為松散狀，厚度為3.5～3.8m；卵石層為稍密和中密狀態(tài)，厚度為3.5～3.9m，粒徑大部分在30～70 mm，最大的大于200 mm。橋墩高27.446 m，樁底標高76 m，承臺底標高為140.0 m，由9根φ2.0 m鉆孔灌注樁和厚度為3m的承臺組成，樁長64.0 m，嵌巖深度11.0 m，下伏持力層基巖呈東南～西北方向傾斜，主要為微風(fēng)化硅質(zhì)細晶灰?guī)r。巖石密度2.62～2.84 g/cm3，飽和極限抗壓強度 21.69～117.5 MPa。橋墩庫底標高95.18 m，預(yù)定最高通航水位168.23 m，常年10月高蓄水位155.23 m，冬春低蓄水位137.23 m。

2 施工工藝

2#墩施工平臺方案采用鋼護筒受力的方案，力求在保證平臺安全穩(wěn)定的情況下減少投資，降低施工難度。鉆孔平臺采用浮式龍門搭設(shè)，9根鋼護筒直徑2.3 m、壁厚12 mm，鋼護筒下口穿透覆蓋層處的鋼板厚度14 mm，長11 m。鋼護筒采用90 kW沉拔錘打入覆蓋層，底部支撐于基巖表面。

采取先鉆中間孔，后鉆四邊孔，最后鉆四角孔的施工順序?qū)ΨQ平衡施工，確保鉆孔平臺的穩(wěn)定與安全。

平臺采用φ400 mm鋼管作為橫向聯(lián)系，橫向聯(lián)系施工三層，第一層頂面標高137 m，第二層頂面標高138.2 m，第三層底面標高143.8 m。為防止鋼護筒不均勻沉降引起平臺結(jié)構(gòu)上變化，在鉆中心孔（5#樁）處，二、三層平聯(lián)之間增加φ400 mm鋼管做為斜向支撐，以加強鋼護筒整體剛度，同時鉆孔平臺頂面采用貝雷作為分配梁將鉆機的集中荷載分配到多個鋼護筒；鉆中心孔的同時進行其余各護筒內(nèi)的清孔，澆注適當?shù)目變?nèi)混凝土，作為鉆孔時的找平混凝土，同時防止鋼護筒下口位移；在完成5#樁混凝土澆注，達到設(shè)計強度后，澆注一層鋼筋混凝土（50 cm厚）作為封底，用以增強鉆孔平臺的整體性。圖2為平臺示意圖。

3 保證平臺穩(wěn)定的措施

2#墩樁孔平臺頂面標高定為黃海高程145.3 m。為了保證鉆孔平臺的穩(wěn)定，采取以下措施：

（1）鉆、沖孔順序的安排：為了保證平臺的穩(wěn)定性，采用中心鉆孔的方案，首先利用鉆機鉆中心孔，利用普通四周的鋼護筒與鋼管樁作為鉆孔時抗傾覆和抗扭轉(zhuǎn)的護樁，經(jīng)過結(jié)構(gòu)計算，鉆孔平臺滿足要求。施工過程中應(yīng)保證貝雷平臺、軌道有效傳遞鉆機扭矩，對軌道、貝雷平臺進行限位，并觀察其變形。

（2）利用振動錘將鋼護筒打至巖石頂面，確保5#樁穩(wěn)定后，利用鉆孔機將其余8根護筒內(nèi)部的覆蓋層清除。在清除完覆蓋層后，澆注封底混凝土，封底混凝土厚度高出護筒底口1.5 m。

（3）鉆孔平臺設(shè)置三層橫向聯(lián)系，下層橫向聯(lián)系標高定為頂面標高137 m，中層橫向聯(lián)系設(shè)在138.5 m，上層橫向聯(lián)系頂面標高設(shè)在143.8 m，將來水位上升后接長鋼護筒，并利用貝雷片架高鉆孔平臺標高至148.5 m。上、下層橫向聯(lián)系均采用φ40 cm以上鋼管，斜撐設(shè)置在中、上層橫聯(lián)之間。

（4）采取檢測監(jiān)控措施：該橋的施工關(guān)鍵在于2#墩中心樁基礎(chǔ)能否安全順利施工，為了保證鉆孔平臺的安全，應(yīng)采取有效的監(jiān)測監(jiān)控措施，對平臺的變形進行控制。平臺的控制點應(yīng)設(shè)在四個角點鋼管樁上，根據(jù)通視情況在現(xiàn)場選定。測量初始值（水平位置、標高），同時在鉆機上設(shè)定標高控制點。測量控制的頻率按照以下情況來具體考慮，對于關(guān)鍵工序（如：鉆機開鉆、鉆入巖面、鉆孔遇到傾斜面、破碎帶等）應(yīng)加強觀測，觀測頻率為8 h一次。若測量結(jié)果正常，可適當降低測量的頻率至24 h一次。

（5）鉆孔過程中應(yīng)該注意鉆機開孔時采用小驅(qū)動，測量人員對鉆機的晃動，平臺的變形進行測量，確定平臺的穩(wěn)定狀態(tài)。鉆孔還應(yīng)注意采用大配重、小進尺的方法，確保鉆桿順直，減壓鉆進。

（6）鉆孔平臺上應(yīng)設(shè)置明顯的標志標牌，晚上應(yīng)有反光標志或照明標志，確保過往船舶不會碰撞平臺。對于拋錨風(fēng)繩，應(yīng)在水面以下3 m以外的區(qū)域設(shè)置明顯的通航標記，并通過港監(jiān)和水上派出所共同發(fā)布通告，要求過往船只在通過2#墩鉆孔平臺時減速行駛，減低波浪的影響。

（7）鉆孔平臺頂部順橋向各設(shè)置2道纜風(fēng)繩，同時浮式龍門船體通過導(dǎo)鏈葫蘆與其聯(lián)系，確保鉆孔過程中鉆孔平臺頂面的穩(wěn)定。

整個平臺在每一施工過程中的受力狀況均由施工單位（湖北省路橋公司）和監(jiān)控單位（華中科技大學(xué)）用不同的軟件進行了仿真計算[4]，其模型見圖3。

4 鉆孔平臺的施工順序及鉆孔樁的施工

根據(jù)現(xiàn)場的船舶拋錨情況，在深水中，船的穩(wěn)定性很難達到鋼護筒精確定位的要求。因此，鋼管樁和鋼護筒的施工順序為：先架設(shè)四周定位鋼管樁，利用鋼管樁桁架進行橫向聯(lián)系形成鋼管樁定位架，利用鋼管樁定位對船只進行精確定位，然后逐排施工鋼護筒。現(xiàn)有水位為黃海高程135.7 m，浮式平臺貝雷梁的下部凈空2.9 m，鋼管樁和鋼護筒之間的第一層水平聯(lián)系頂面標高，設(shè)置在黃海高程137 m。

根據(jù)施工方案的優(yōu)化選擇，首先確定鉆中心孔，然后鉆四周孔，四周孔宜采取對稱平衡施工。這樣做的好處是鉆中心孔時鉆孔平臺最穩(wěn)定，有利于保證鉆孔后平臺的安全，灌注完中心樁，樁基混凝土達到設(shè)計強度的90%后，才能開始施工其他的鉆孔樁，中心樁形成后作為整個施工平臺的錨樁，對平臺的穩(wěn)定起決定作用。鋼護筒外的四個角柱作為鉆孔平臺的定位樁（起調(diào)整、錨定船體的作用，保證鋼護筒精確定位），它在鉆四周樁的同時起幫力的作用。

5 鋼管樁與鋼護筒的穩(wěn)定與定位

鋼管樁施工時，在貝雷平臺上用Ⅰ40a和Ⅰ25a型鋼作為限位，接長鋼管樁后利用振動錘下沉，振動錘的功率為90 kW，振動錘的錘擊終止以每分鐘下沉小于5 cm為控制指標。鋼管樁施工完成后，利用φ40 cm鋼管作為橫向聯(lián)系，另一個方向采用纜風(fēng)繩固定在浮式平臺上，纜風(fēng)繩處于松散狀態(tài)起保險作用。在施工過程中嚴格按照岸上加工的編號施工，并記錄每節(jié)下放長度，鋼管樁沉入到位后，測量人員測出鋼管樁頂面標高，根據(jù)標高與鋼管樁長度反算入土深度。每一根鋼管樁均需做出相應(yīng)記錄。

鋼護筒的接長：嚴格按照設(shè)計的長度和壁厚施工，在底層采用5.4 m壁厚14 mm鋼護筒，然后接長9節(jié)4.5 m壁厚12 mm鋼護筒，剩余部分可采用2節(jié)4.5 m壁厚10 mm鋼護筒。鋼護筒的接長應(yīng)采用3 m直尺靠直，確保每一節(jié)鋼護筒焊接順直，中心位準確。

鋼護筒的吊裝：鋼護筒吊裝采用專用吊具。為了保證鋼護筒的頂口不變形，采用腳手架鋼管做十字撐，十字撐與吊點位置對應(yīng)。在拆除護筒內(nèi)部十字撐時采用保險繩，防止鐵件掉入護筒。

鋼護筒的定位：鋼護筒采用6 m長導(dǎo)向架定位，導(dǎo)向架之間利用導(dǎo)向輪固定，導(dǎo)向輪應(yīng)采用錘球測定垂直度。等到鋼護筒下口能夠被土體限位時，測量人員對鋼護筒的樁位和垂直度進行測量，檢驗準確后，方可采取聯(lián)動下沉方式；否則，應(yīng)重新調(diào)整鋼護筒位置。鋼護筒下沉?xí)r，浮式平臺采用水平限位與四個角樁聯(lián)系，防止船體在施工過程中晃動。

6 鉆孔施工注意事項

（1）鉆孔操作人員應(yīng)熟悉2#墩地質(zhì)情況，根據(jù)鉆桿的長度推算鉆頭地面標高，提前做好穿透不同地質(zhì)情況的準備。

（2）做好事故期間的環(huán)保工作，采用排渣船將鉆渣排放到指定地點。

（3）根據(jù)該橋地質(zhì)情況，以5#樁位做為試樁，摸索出適應(yīng)該橋鉆孔施工所需的刀具結(jié)構(gòu)。試樁期間，定期檢測刀具的磨損狀況，根據(jù)反饋信息調(diào)整布刀方向和高度。

（4）5#樁試樁期間應(yīng)加強檢測、監(jiān)控力度，確保平臺的安全穩(wěn)定；鉆機采用小扭矩、小轉(zhuǎn)速進尺，在試鉆期間采用2～3個液壓泵驅(qū)動。

7 樁基的灌注

樁基混凝土采用水下導(dǎo)管灌注的方案施工[5]，注意施工中的控制措施，確保灌孔100%成功。

（1）要對導(dǎo)管進行密封試驗，按照導(dǎo)管長度查閱施工規(guī)范，確定導(dǎo)管超壓，按導(dǎo)管超壓力進行密封試驗，試驗完成后的導(dǎo)管應(yīng)進行編號。

（2）要對現(xiàn)場的機械設(shè)備進行維護，保證施工設(shè)備工作正常。灌注2#墩樁基礎(chǔ)時，布置兩套輸送泵；加強與當?shù)毓╇姴块T的聯(lián)系，確保在灌孔工程中不斷電，同時確保發(fā)電機能夠正常送電。

（3）澆注混凝土過程中，應(yīng)加強現(xiàn)場控制，對導(dǎo)管拆卸長度做出記錄，并記錄混凝土輸送方量，確保導(dǎo)管的埋深滿足規(guī)范要求，切實防止導(dǎo)管拔出和拔斷引起的斷樁。

（4）攪拌站要嚴格控制混凝土的塌落度，防止混凝土在輸送過程中發(fā)生離析現(xiàn)象，防止堵管。

（5）為了保證灌孔時鋼筋籠不上浮，鋼筋與鋼護筒頂口采用限位措施。

（6）確保灌注時第一盤混凝土的方量，應(yīng)保證導(dǎo)管埋深大于1 m。

8 承臺的施工

根據(jù)多年來的水位情況，為了保證封底混凝土的質(zhì)量，采取在低水位時干澆50 cm鋼筋混凝土作為套箱封底以及承臺底模。為了防止施工承臺期間水位上升，承臺施工采用鋼套箱施工。由于2#墩承臺總體積達到522.72 m3，屬于大體積混凝土的范疇，為了減少承臺施工過程中的水化熱，首先從材料上進行控制，采用水化時間長的礦渣水泥。實驗室應(yīng)采用礦渣水泥進行承臺混凝土的配比工作，為了保證混凝土內(nèi)的熱量能夠及時散出，采用腳手架鋼管作為通水管，對混凝土內(nèi)部進行水冷降溫，同時應(yīng)加強面層混凝土的保溫措施，防止內(nèi)外溫差引起的裂縫。

9 結(jié)論

從該橋的施工過程與鉆孔平臺空間計算來看，該施工方法不但穩(wěn)定、安全，步驟明了，成本節(jié)省，而且結(jié)構(gòu)的傳力途徑清晰,便于計算，風(fēng)險較小。

[1]JTJ 041-2000,公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]JTG D63－2007,公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[3]JTJ 211-87～JTJ218-87,港口工程技術(shù)規(guī)范[S].

[4]張海龍.橋梁結(jié)構(gòu)分析與程序設(shè)計[M].武漢:華中理工大學(xué)出版社,1995.

[5]經(jīng)德良,李文琪，馬青云，等.鄂黃長江公路大橋主5號塔墩基礎(chǔ)施工[A].中國公路學(xué)會橋梁和結(jié)構(gòu)工程學(xué)會2000年橋梁學(xué)術(shù)討論會論文集[C].北京:人民交通出版社,2000.334.

[6]中鐵大橋局集團有限公司.大跨度橋梁設(shè)計與施工技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,2002.