淺談山區(qū)橋梁嵌固式基礎開挖施工

楊康

中鐵大橋局集團第五工程有限公司 江西九江 332001

摘要：嵌固式基礎與以往的基礎形式有所不同，一是消耗的材料少，二是對周邊環(huán)境影響小。本文結(jié)合麗香鐵路金沙江特大橋（國內(nèi)首座鐵路懸索橋）主塔嵌固式基礎開挖施工實踐，研究嵌固式基礎在山區(qū)橋梁施工問題，優(yōu)化施工工藝，提高工作效率。

關鍵詞：嵌固式基礎基坑開挖松動爆破

一、工程概況

金沙江特大橋采用三跨連續(xù)單跨懸吊上承式鋼桁梁懸索橋，加勁梁三跨布置為（110+660+98）m，主纜三跨布置為（132+660+132）m，橋梁全長882.5m。

橋址大角度穿越金沙江深切峽谷，位于著名的虎跳石景點上游約3.1km。麗江岸陡，基巖多裸露，平均自然橫坡約45°，主墩坡面約39°。香格里拉岸稍緩，近似為直線坡，平均自然坡度約39°，基巖零星出露，主墩以下覆土稍厚。

基礎采用矩形空心截面，空心段壁厚4m，上下各設6m厚實體段?；A采用C40鋼筋混凝土（共計39752m3），空心段回填C15混凝土（共計9719m3）。

麗江岸基礎平面尺寸17×17m，左塔柱基礎深46m，右塔柱基礎深49m。

香格里拉岸基礎平面尺寸16×16m，左右塔柱基礎高均為43m。

主塔嵌固式基礎每岸布置2個，均位于主塔下部。

二、施工工藝技術

嵌固式基礎開挖采用機械開挖方式為主，在基礎開挖前修筑便道或搭設平臺至嵌固式基礎附近，然后布置出渣門吊，同時進行嵌固式基礎孔口鎖口施工；嵌固式基礎開挖按照設計要求進行開挖，每級開挖深度2米，每開挖一級加固一級。

2.1施工準備

2.1.1孔口防護

在進行嵌固式基礎施工前，首先應做好孔口圍護措施。井孔周邊必須設置安全防護圍欄，高度不低于1.2m，圍欄須采用鋼管牢固焊制，正在開挖的樁孔停止作業(yè)或已挖好的成孔，必須設置臨邊防護，非工作人員禁止入內(nèi)。挖出的土方應及時運離孔口，不得堆放在孔口四周1m范圍內(nèi)，井口鎖口上不得放置工具和站人。孔內(nèi)作業(yè)人員必須頭戴安全帽、身系安全帶，特殊情況下還應戴上防毒防塵面具。利用吊桶運土時，必須采取相應的防范措施，以防落物傷人，電動葫蘆運土應檢驗其安全起吊能力后方可投入運行。施工中應隨時檢查垂直運輸設備的完好情況和孔壁情況。

2.1.2邊坡監(jiān)測

在嵌固式基礎開挖過程中，必須對嵌固式基礎上邊坡進行監(jiān)測，監(jiān)測必須實時進行，當邊坡變形數(shù)據(jù)超過設計允許值時，必須停止施工；

2.2逐節(jié)開挖

場地平整→放線、定樁位→施工鎖口→架設龍門吊、安裝鼓風機、照明設備等→挖土→每下挖2.0m左右，進行樁孔周壁的清理、基礎尺寸和垂直度檢查→綁扎護壁鋼筋→噴射壁砼或安裝內(nèi)支撐→繼續(xù)下挖、噴射壁砼或安裝內(nèi)支撐→重復上述步驟直至挖至設計標高。

2.2.1龍門吊拼裝架設

在嵌固式基礎上下側(cè)澆筑龍門吊混凝土基礎，基礎采用C30混凝土（或型鋼），在其上再安裝龍門吊軌道，將龍門吊組件運輸至現(xiàn)場進行安裝。

門式提升站結(jié)構(gòu)圖

2.2.2開挖

基礎分節(jié)開挖，分節(jié)支護，每節(jié)開挖深度為2米，每節(jié)開挖完成后進行護壁施工。對于周邊土層開挖采用人工持鐵鍬、尖鎬開挖；對于中間區(qū)域土層和風化層、中風化層巖質(zhì)層，采用空壓機破碎，挖掘機開挖；硬質(zhì)巖層采用松動爆破開挖；

A.挖孔作業(yè)采用挖掘機逐層開挖，由人工逐層用鎬、鍬進行基礎周邊清理，遇堅硬土層用錘、釬或風鎬破碎，挖土次序為先挖中間部分后周邊，允許誤差為30mm。

B.挖掘一般情況下每層挖深2m左右，及時掛12@150x150mm鋼筋網(wǎng)噴射20cm厚C30混凝土。每天進尺為0.4節(jié)（0.4米），每挖完一節(jié)及時噴護混凝土。

C.在嵌固式基礎未全斷面開挖時，其護壁根據(jù)設計圖紙進行設置，其護壁形式采用植入φ28螺紋鋼筋錨桿，再掛12@150x150mm鋼筋網(wǎng)噴射20cm厚C30混凝土，錨桿間距為2x2米。

D.根據(jù)設計圖紙，嵌固式基礎進入全斷面開挖時需設置內(nèi)支撐，第一道內(nèi)支撐由全斷面位置向下5米（全斷面開挖6米后安裝），之后每開挖4米設置一道，安裝時間為開挖至內(nèi)支撐下1米時進行，嚴禁超挖，

2.2.4出渣

嵌固式基礎出渣采用50t龍門吊提升料斗出渣，料斗在加工車間加工成型，其截面尺寸為2x2米，高度1米，設4個吊點和一個卸料口。嵌固式基礎裝料采用挖掘機進行裝料，裝料完成后挖掘機移動至基礎側(cè)面，人工掛繩后，采用龍門吊提渣出孔，利用龍門吊大小鉤卸料至運輸車。

2.2.5孔內(nèi)監(jiān)測

在嵌固式基礎開挖過程中，必須對嵌固式基礎坑壁進行變形監(jiān)測，當變形數(shù)據(jù)超過設計允許值時，必須停止施工。

2.2.6松動爆破

1、施工方法及工藝流程

a主要采取的爆破方式方法：

綜合考慮到周邊環(huán)境的安全和對巖層穩(wěn)定性的影響，爆破采用淺孔中心桶形掏槽，“毫秒延期減弱拋擲爆破”方案，進行松動爆破。

b選用爆破器材：

（1）炸藥：φ32 2#巖石乳化炸藥；

（2）雷管：毫秒延期非電塑料導爆管雷管（1～15段）；

（3）發(fā)爆器：高能脈沖式；

（4）其它器材：塑料導爆管。

2、爆破參數(shù)選擇與裝藥量計算

a爆破孔網(wǎng)參數(shù)：（含布孔方式、孔徑、孔排距、臺階高度等）

錨樁爆破爆破孔網(wǎng)參數(shù)：

（1）炮孔直徑：（d）=42mm；

（2）單樁炮眼個數(shù)及布置：根據(jù)樁徑要求，由公式計算炮眼總個數(shù)N：

N=q×s×η×m/（α×G）

式中：

q：單位炸藥消耗量，取1.5kg/m3

S：開挖斷面積，m2；

η：炮孔利用率；（取0.85）

m：每個藥包的長度，用0.2m；

G：每個藥包的質(zhì)量，用0.15kg；

α：炮孔平均裝藥系數(shù)，當藥包直徑為32mm時，取0.6-0.72，用0.65；

炮眼個數(shù)=1.5×302.76×0.85×0.2÷0.65÷0.15=791個

炮孔布置：開挖斷面直徑17.4×17.4m，布置中心掏槽眼655個，另加一個空孔，布置周邊眼136個，以上周邊眼向四周傾斜，傾角5-10°，距樁孔護壁100-200mm均勻布置。

（3）炮眼間距a=（15～20）d，a=500～800mm。

（4）炮眼深度：在樁孔入巖爆破中，巖石的周邊夾制力大，炮眼利用率低。一般炮眼深度L取樁孔直徑D的0.6～0.8倍，即L=（0.6～0.8）D。其中掏槽眼應比周邊眼加深100～200mm，本工程炮眼深度取L=1.8-2.4m，掏槽眼加深0.15m。

b炸藥單耗選擇：

樁孔爆破：q= 2.5～3.6kg/m3。

c裝藥量計算公式：

每個樁孔爆破每循環(huán)裝藥量=1.5*302.76*1.8*0.85=694.8kg

每循環(huán)所需總藥量Q（kg）=qV=qSLη：單孔深度L（米）；每循環(huán)爆破巖石體積V（立方米）；樁孔挖掘斷面S（平方米）；炸藥單耗（q）1.5kg/m3；炮眼利用率η一般為0.8～0.95；本工程取η=0.85（掏槽眼加深h=15cm）。

以上計算參數(shù)必須通過試爆驗證并達到預期效果后，在下一次爆破時采用；根據(jù)爆破振動情況，調(diào)整下次單次最大齊爆藥量，嚴格控制爆破震動。

3、裝藥、填塞和起爆網(wǎng)路設計

a裝藥結(jié)構(gòu)：裝藥結(jié)構(gòu)為底部連續(xù)裝藥，起爆藥包放在孔底，

b最小填塞長度及填塞方式：

（1）最小填塞長度：樁孔爆破不小于50cm。

（2）填塞方式：堵塞材料：當炮孔內(nèi)有水時可用砂子填塞，無水時采用稍濕含細砂粘土比率為3∶7，堵塞材料不得夾有石塊。充填要求達到分層搗固密實，并應注意保護好導爆管不受損。

c起爆網(wǎng)路形式、起爆網(wǎng)絡：

樁孔爆破起爆網(wǎng)絡：采用孔內(nèi)延時，簇聯(lián)、非電導爆管雷管加導爆管起爆的起爆網(wǎng)路，起爆器激發(fā)起爆，每個樁孔起爆一次。

采用非電導爆管雷管爆破網(wǎng)路，非電導爆管雷管起爆，聯(lián)接網(wǎng)絡要防止分段時出現(xiàn)疊段現(xiàn)象。

3、爆破飛石距離估算：

按瑞典德湯尼克的經(jīng)驗公式來估算：在保證安全堵塞長度淺眼爆破：Rf1 =（40/2.54）d=15.7×4.2=66米。飛石對周邊道路行人、車輛及建筑物構(gòu)成危脅，必需采取重型覆蓋并加強警戒，以防飛石傷人，警戒安全距離設定為100米。

b爆破振動安全距離：R=（K/V）1/α.Q1/3（米）

取α=1.5，K=150，V=3.0cm/s（K、α值與巖性的關系、不同建筑物所允許的震速見下表）。

K、α值與巖性的關系

爆區(qū)不同巖性的K、α值與巖性的關系巖性 K α

堅硬巖石 50～150 1.3～1.5

中硬巖石 150～250 1.5～1.8

軟巖石 250～350 1.8～2.0

土窯洞、土壞房、毛石房屋 0.5～1.5

一般磚房、非抗震的大型砌塊建筑物 2.0～3.0

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋 3.0～5.0

一般古建筑與古跡 0.1～0.5

水工隧道 7.0～15.0

交通隧道 10～20

礦山隧道 15～30

水電站及發(fā)電廠中心控制室設備 0.5

不同建筑物所允許的震速

c爆破沖擊波安全距離：

根據(jù)有關規(guī)定，對人員、建構(gòu)筑物沖擊波超壓限值為：0.02*105Pa，露天淺眼臺階爆破時，按公式△P=k（Q1/3/r）a即Q=r3（△Pmax/k）3/a計算： 式中k=0.67，a=1.50，則單段允許的最大裝藥量見下表。

爆點沖擊波對人員、建構(gòu)筑物不超壓距離與最大單響藥量關系表

距離r（m） 5 7 10 15 20 30

最大段藥量Qmax（kg） 0.39 1.08 3.15 10.64 25.2 85.1

由上表可知，對鄰近爆區(qū)場地作業(yè)人員及道路行人有影響，爆破時應組織撤離和加強警戒。

三、結(jié)束語

本文結(jié)合麗香鐵路金沙江特大橋施工過程中的實際情況，探討山區(qū)橋梁嵌固式基礎開挖施工，本文提出的松動爆破及出渣工藝等可為其他同類型工程提供參考。由于嵌固式基礎的施工特點，對施工現(xiàn)場全過程檢查和安全監(jiān)管控制提出了更高的要求，在實際施工過程中，應加穩(wěn)定性監(jiān)控及安全管理，才能保證優(yōu)質(zhì)完成施工任務。

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所支付的實際費用，將承包商額外支出的直接費用計算出來后，與合同約定的間接費用合理利潤相加，就等于承包商應當獲得的索賠數(shù)額。

第四，分項法計算。以每一個索賠事件所引起的損失費用為依據(jù)，對索賠值進行分別分析計算。一方面應當對每個索賠事件所影響的費用項目進行分析，然后對每個費用項目受到影響后的增加值進行計算和匯總，這樣得到的數(shù)額就是索賠費用的總數(shù)。與總費用法相比，分項計算法更加精確，并且索賠情況也能夠更加準確的反映出來，分項計算法在管理實踐中運用的頗為廣泛[8]。

（四）處理雙方責任交織的索賠

第一，應當扣除合同規(guī)定的應由承包商承擔的風險責任，在對責任交織的索賠費用進行處理時，如果承包商承擔的風險被規(guī)定在合同條款當中，那么對此類索賠進行處理時承包商應當在上報前扣減由自身承擔責任的風險因素導致的費用。第二，應當扣除承包商沒有及時采取適當?shù)拇胧┛刂茡p失或減小損失而造成損失擴大的部分。第三，應當扣除承包商自身原因造成的損失，雖然給承包商造成的損失是在業(yè)主應該承擔責任的范圍內(nèi)，但在交織索賠事件中業(yè)主沒有義務補償承包商由于自身原因而造成的損失[9]。

結(jié)語：

通過以上內(nèi)容可知，工程項目建設中合理的索賠對于保障承包商的權(quán)利和經(jīng)濟收益都具有非常重要的意義，因此施工單位應當強化對項目成本管理活動中索賠的重視，通過合法、合理的索賠保護自身的權(quán)益，進而提升工程建設過程中的經(jīng)濟收益，推動工程建設活動健康有序發(fā)展。

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2.4.2土壓力監(jiān)測結(jié)果及分析

從土壓力的斷面分布圖3可以看出，管片外土壓力分布整體呈現(xiàn)“上大下小”形態(tài)，即拱腰下部土壓力小于拱腰上部土壓力，推斷其原因應為底部承壓水對管片環(huán)拱底有浮托作用，造成拱底土壓力較小。部分測點土壓力較大（如監(jiān)測斷面429環(huán)），且分布不均勻，右側(cè)壓力明顯大于左側(cè)，監(jiān)測點最大圍巖壓力為0.563MPa，大于該點靜止土壓力值，推斷該環(huán)管片在水壓力環(huán)箍作用下發(fā)生了向右側(cè)的位移，右側(cè)土體處于被擠壓狀態(tài)。

（a）429環(huán)土壓力分布圖；（b）845環(huán)土壓力分布圖；

（c）1690環(huán)土壓力分布圖

圖3 土壓力分布圖（MPa）

3結(jié)論

通過對不同監(jiān)測斷面外水、土壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，可以得出以下結(jié)論：

（1）海水位變化對盾構(gòu)管片水壓力的影響不是特別顯著，盾構(gòu)管片水壓力都按照其自身變化規(guī)律發(fā)展，與潮汐、海浪等海洋水文無關；

（2）巖層滲透系數(shù)差異性對水壓力的分布有較大的影響。從整個動態(tài)變化過程來看，盾構(gòu)管片外水壓力基本上處于一個自身的平衡并上下小范圍擺動狀態(tài)，基本不會出現(xiàn)大的突變；

（3）隧道圍巖壓力整體呈現(xiàn)“上大下小”形態(tài)，隧道底部承壓水對管片環(huán)的浮托作用較明顯。

（4）施工期間盾構(gòu)管片受到水土壓力、盾尾注漿壓力、千斤頂推力等多向荷載作用，容易造成盾構(gòu)管片局部受力不均，對盾構(gòu)管片受力極為不利，設計及施工時應引起注意。

參考文獻：

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[4]林宗元. 巖土工程試驗監(jiān)測手冊[ M] . 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005。

作者簡介：

屈興兵（1983-）.男.四川達州人.2006年畢業(yè)于中南大學土木工程專業(yè).本科.工程師.現(xiàn)從事地鐵工程測量、監(jiān)測及科研工作。