武漢鸚鵡洲長(zhǎng)江大橋1#墩塔施工技術(shù)

莊心善，吳鏡泊，彭偉珂(湖北工業(yè)大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，湖北武漢　430068)

?

武漢鸚鵡洲長(zhǎng)江大橋1#墩塔施工技術(shù)

莊心善，吳鏡泊，彭偉珂
(湖北工業(yè)大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，湖北武漢430068)

摘要:鸚鵡洲長(zhǎng)江大橋主橋長(zhǎng)2 100 m，采用(200 + 2×850 + 200)m三塔四跨鋼板結(jié)合梁懸索橋。1#塔墩位于漢陽(yáng)江灘護(hù)坡上，地表標(biāo)高12.0～21.0 m，高差起伏較大，基礎(chǔ)施工對(duì)岸坡影響大，采用了“前排樁+錨桿”的結(jié)構(gòu)形式以保證大堤穩(wěn)定。1#墩基礎(chǔ)采用44根直徑2.0 m鉆孔灌注樁，鉆孔深度超過80 m，采用筑島、雙排防護(hù)樁施工方案。1#塔塔柱高達(dá)126.2 m，截面尺寸大、混凝土方量大，施工采用爬模分節(jié)段施工。1#墩鉆孔樁施工、圍堰施工與岸坡防護(hù)的相互配合、承臺(tái)大體積混凝土澆筑控溫等均是本工程的施工重點(diǎn)與難點(diǎn)。

關(guān)鍵詞:大堤穩(wěn)定鉆孔灌注樁爬模分節(jié)段施工

1　工程概述

1#塔墩基礎(chǔ)采用44根φ2.0 m鉆孔灌注樁，樁基呈行列式布置:樁底標(biāo)高為－68.50 m，樁長(zhǎng)為75.0 m;樁底持力層為泥巖、破碎泥巖。承臺(tái)為啞鈴形，平面尺寸為67.0 m×28.0 m。承臺(tái)頂標(biāo)高為+ 12.0 m，承臺(tái)厚5.5 m。為改善承臺(tái)、塔底受力，在承臺(tái)頂設(shè)3 m高塔座。承臺(tái)采用C35混凝土，鉆孔樁采用C30水下混凝土。1#塔采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，全高126.2 m，由塔座，上、下塔柱及上、下橫梁組成。橫橋向?yàn)殚T式框架結(jié)構(gòu)，兩塔柱間的橫向中心間距:塔頂為36.0 m，塔底為39.0 m，橫向呈1∶84.13的坡度。塔柱為箱形截面，橫橋向尺寸為5.0 m。縱橋向尺寸從頂面7.0 m變化到塔底9.0 m。下塔柱與中塔柱保持一致，其中塔柱為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，上下橫梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。

2　 1#墩基礎(chǔ)施工

2.1 1#墩基礎(chǔ)施工方案

1#墩采用先平臺(tái)后圍堰［1］的總體施工方案。1#墩位于漢陽(yáng)江灘坡腳處，覆蓋層較厚，河床面自江中心向岸邊逐漸提升，墩位處河床面的順橋向標(biāo)高變化較大。因此在施工過程中采取以下措施:在1#墩施工開始前，對(duì)大堤邊坡進(jìn)行防護(hù)，以保證其穩(wěn)定性;及時(shí)清理河床，以保證施工船舶在枯水期所需的吃水深度;采用筑島+鋼平臺(tái)［2］的施工方案，進(jìn)行鉆孔施工。墩位處覆蓋層以砂層為主，采用旋挖鉆機(jī)鉆孔成樁;由于中砂層較厚，給鉆孔樁施工帶來一定的困難，故采取鋼護(hù)筒定位固壁，優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁施工［3］。承臺(tái)采用鋼板樁圍堰施工［4］，鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)作為鋼板樁插打平臺(tái)，插打鋼板樁，清基封底，抽水施工承臺(tái)［5］。1#墩基礎(chǔ)平面布置如圖1所示。

圖1　1#墩基礎(chǔ)平面布置(單位:cm)

2.2 1#墩大堤防護(hù)

1#墩位于灘坡腳邊緣處，距離長(zhǎng)江大堤較近，且江灘邊坡標(biāo)高變化高達(dá)9 m，因此基礎(chǔ)施工開始前先需對(duì)長(zhǎng)江大堤進(jìn)行防護(hù)，以確保長(zhǎng)江大堤和基礎(chǔ)施工的安全。

大堤防護(hù)是為了防止基礎(chǔ)施工過程中大堤的坍塌，防護(hù)結(jié)構(gòu)采用“前排樁+錨樁”［6］相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式。前排樁中心與1#墩承臺(tái)中心的水平距離為20 m，前排樁設(shè)置在江灘公園的二級(jí)平臺(tái)上，樁頂標(biāo)高+ 20.8 m，樁頂設(shè)置1 m厚胸墻。錨樁中心距前排樁中心25 m，錨樁樁頂標(biāo)高+ 26.0 m，樁頂設(shè)置1 m高胸墻，前排樁胸墻與錨樁胸墻間采用鋼絞線對(duì)拉。大堤防護(hù)布置見圖2。

圖2　大堤防護(hù)布置(單位:mm)

2.3 1#墩鉆孔樁施工

1#墩墩位處覆蓋土層厚為70.8～78.4 m，主要土層有粉砂、中砂、粉土、圓礫土和黏土?；鶐r為泥巖，巖石總體較完整，巖質(zhì)較軟;局部受斷裂構(gòu)造影響，巖石破碎，裂隙發(fā)育，巖石多呈碎塊狀，質(zhì)軟，手可掰斷?？紤]以上因素，選用2臺(tái)XRS-1050旋挖鉆機(jī)進(jìn)行1#墩鉆孔樁基礎(chǔ)施工。

2.3.1平臺(tái)施工

由于工程施工正處在長(zhǎng)江枯水季，具備筑島施工條件。先對(duì)圍堰范圍及邊坡表面片石進(jìn)行清理，沿江灘坡面修筑“之”字形施工便道，在墩位處填土筑島，島面標(biāo)高+ 17 m。筑島施工需嚴(yán)格分層填筑并碾壓，分層厚度≤30 cm。使用履帶吊配合旋挖鉆機(jī)的方法進(jìn)行鉆孔作業(yè)。為防止長(zhǎng)江漲水將島淹沒，可將島面標(biāo)高加至+ 18 m。同時(shí)，在部分樁基內(nèi)插入支撐鋼管，利用鋼管接高搭設(shè)施工平臺(tái)，此平臺(tái)作為鉆孔作業(yè)應(yīng)急備用平臺(tái)和吸泥封底施工的鋼平臺(tái)。

2.3.2鋼護(hù)筒插打

鋼護(hù)筒在工廠制造，運(yùn)輸至工地插打。鋼護(hù)筒共44根，直徑2.3 m，頂面標(biāo)高+ 17 m，底標(biāo)高－8 m，單根長(zhǎng)25 m，護(hù)筒兩端及中部焊裝加強(qiáng)套環(huán)。在圍堰周邊插打鋼管樁作為圍堰吊掛支撐樁和安全防護(hù)樁。

2.3.3鉆孔、成樁

采用2臺(tái)XRS-1050旋挖鉆機(jī)鉆孔，分22個(gè)循環(huán)鉆孔。旋挖鉆機(jī)安裝必須穩(wěn)定，島體必須排水暢通，且島面必須鋪設(shè)鋼板。鉆孔采用泥漿護(hù)壁成孔，泥漿采用膨潤(rùn)土、火堿以及纖維素混合而制。在泥漿池中用攪漿機(jī)將泥漿攪拌好后，泵入孔內(nèi)，旋挖鉆均勻緩慢鉆進(jìn)。

2.4承臺(tái)施工

2.4.1鋼板樁圍堰施工

運(yùn)用鋼板樁圍堰施工1#墩承臺(tái)，承臺(tái)底標(biāo)高為+ 6.5 m，最大抽水水位為+ 22.0 m，最大抽水水頭為15.5 m。采用抗彎模量為2 700 cm3的SX27型鋼板樁，鋼板樁長(zhǎng)為27 m，設(shè)置2道內(nèi)支撐和圈梁。底層圈梁采用1.0 m×1.2 m焊接箱梁;頂層圈梁采用2HW 588×300型鋼。由于圈梁尺寸較大，而承臺(tái)邊與樁基的凈距較小，因此鋼板樁圍堰距承臺(tái)邊間距設(shè)定為1.25 m。

鋼板樁組拼前，選擇、整修鋼板樁，將長(zhǎng)度相同的每3塊鋼板樁套連成組，同時(shí)將瀝青、黃油混合物嵌入鎖口內(nèi)。檢查鋼板樁兩邊鎖口，用弧形夾箍將鋼板樁夾成與內(nèi)導(dǎo)環(huán)相符的弧度;最后用竹竿塞棉絮后，外面再涂1道桐油灰或防水油膏處理鋼板樁組鎖口［7］。

將牛腿焊接在鋼護(hù)筒上，以安裝頂層圈梁和內(nèi)支撐作為鋼板樁插打?qū)?，并作為鋼板樁圍堰直接承受鋼板樁傳來的水、土壓力的支撐?/p>

鋼板樁合龍后，采用高壓水槍配合泥漿機(jī)，利用2 臺(tái)80 t履帶吊機(jī)和1臺(tái)塔吊，清理圍堰內(nèi)基底面至設(shè)計(jì)標(biāo)高，再進(jìn)行圍堰內(nèi)混凝土封底。采用水下混凝土對(duì)圍堰封底，待封底混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，開始抽水，抽水完成后，拆除鉆孔平臺(tái)。

2.4.2承臺(tái)施工

1#墩承臺(tái)混凝土為C35，混凝土量7 274.2 m3，按照大體積混凝土施工工藝施工［8］，須按規(guī)范或設(shè)計(jì)要求采取保溫和降溫措施。澆筑承臺(tái)，由承臺(tái)實(shí)際尺寸與圍堰平面定位誤差確定立模位置。按設(shè)計(jì)要求分2次澆筑承臺(tái)混凝土，第1層3.0 m，第2層2.5 m。承臺(tái)布置如圖3所示。

圖3　承臺(tái)布置(尺寸單位:cm;高程:m)

由于承臺(tái)一次性澆筑約4 000 m3混凝土，水化熱較高。為控制承臺(tái)混凝土內(nèi)部因水化熱引起的絕熱溫升，防止因混凝土內(nèi)外溫差過大而產(chǎn)生裂紋，施工中必須采取如下措施保證承臺(tái)混凝土澆筑質(zhì)量。

1)合理選擇原材料，優(yōu)化混凝土配合比

選用水化熱較低的水泥。采用級(jí)配良好的5～25 mm碎石，減小針狀、片狀、石粉含量。選用優(yōu)質(zhì)中砂，含泥量＜1%。在混凝土中摻入Ⅰ級(jí)粉煤灰，從而減少水泥用量;在承臺(tái)混凝土中摻用高效減水劑，延長(zhǎng)初凝時(shí)間，滿足混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度，延緩水泥水化熱峰值出現(xiàn)的時(shí)間?；炷撂涠葢?yīng)控制在18～20 cm，和易性好，不泌水，利于泵送。

2)埋置冷卻水管

通過冷卻水管的循環(huán)冷卻水，經(jīng)熱交換作用，由循環(huán)水帶出混凝土體內(nèi)水化熱產(chǎn)生的熱量，降低混凝土內(nèi)部的溫度，以減小內(nèi)外溫差。冷卻水管進(jìn)口設(shè)有調(diào)節(jié)流量的閥門，冷卻水管安裝后，進(jìn)行通水壓力檢驗(yàn)，以免滲漏。每層循環(huán)冷卻水管被澆筑的混凝土掩蓋并振搗完畢后，即可在該層循環(huán)冷卻水管內(nèi)通水。一般情況，冷卻水的流量越小，則進(jìn)出水的溫差越大，出口水溫度越高，這將會(huì)影響冷卻水和混凝土的熱交換，使帶出的熱量減少。因此，要通過水閥，調(diào)整循環(huán)水流量，并作好進(jìn)出口水溫記錄。

3)分層澆筑

混凝土應(yīng)水平分層、斜向分段澆筑，從而增大散熱面積，延長(zhǎng)澆筑時(shí)間，使混凝土部分熱量充分散發(fā)到空氣中。

4)降低混凝土入模溫度

水泥水化熱的絕熱溫升、澆筑溫度、結(jié)構(gòu)物的散熱溫降等溫度的疊加會(huì)影響混凝土的內(nèi)部溫度。因此，可在混凝土中加冰塊或選在低溫時(shí)段拌制混凝土，從而降低入模溫度，達(dá)到控制混凝土內(nèi)部溫度的效果。

5)保濕蓄熱養(yǎng)護(hù)

蓄熱養(yǎng)護(hù)可以減少混凝土表面的熱量擴(kuò)散，避免表面產(chǎn)生裂縫。保濕養(yǎng)護(hù)可以防止混凝土表面因脫水而產(chǎn)生干縮裂縫，并可使水泥水化作用順利進(jìn)行，從而提高混凝土的極限抗拉和抗壓強(qiáng)度。

3　 1#墩塔柱施工

3.1塔柱施工方案

1#塔混凝土塔柱采用翻模+爬模的施工方案［9］，上下橫梁均采用現(xiàn)澆支架施工。下塔柱內(nèi)外模采用翻模施工，中塔柱、上塔柱內(nèi)外模采用液壓爬模施工。下橫梁與塔柱之間采取異步法施工，即先施工塔柱，再單獨(dú)施工下橫梁;上橫梁與塔柱同步澆筑施工。1#塔柱施工平面布置如圖4所示。

圖4　1#塔柱施工平面布置

3.2塔吊布置方案

1#墩塔柱在上、下游各布置1臺(tái)300 t·m塔吊，同時(shí)輔以履帶吊和200 t浮吊配合，滿足塔柱施工的需要。

3.3液壓爬模施工方法

液壓自爬模主要分為模板系統(tǒng)、預(yù)埋系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和支架系統(tǒng)4部分。液壓自爬模的動(dòng)力來源是本身自帶的液壓頂升系統(tǒng)，通過液壓系統(tǒng)可使模板架體與導(dǎo)軌間形成互爬，從而使液壓自爬模穩(wěn)步向上爬升，液壓自爬模在施工過程中無需其它起重設(shè)備，操作方便，爬升速度快，安全系數(shù)高［10］。

塔柱爬模施工工序:混凝土澆筑完畢→拆模后移→安裝附屬裝置→提升導(dǎo)軌→爬升架體→綁扎鋼筋→模板清理刷脫模劑→埋件固定在模板上→合模→澆筑混凝土。

3.4塔柱施工

1#塔塔柱共分21個(gè)節(jié)段施工，每個(gè)節(jié)段高6 m(第1和第21節(jié)高6.1 m)，爬模標(biāo)準(zhǔn)高6.15 m，采取上留10 cm下包5 cm澆筑接高。下橫梁采用現(xiàn)澆支架施工，在承臺(tái)上搭設(shè)鋼管立柱+鋼箱梁作為施工現(xiàn)澆支架。下橫梁分2次澆筑成型，首次澆筑高4 m，第二次澆筑高3 m。上塔柱采用爬模法施工，每6 m一個(gè)節(jié)段。為保證塔柱線形，上塔柱需設(shè)置塔柱橫撐，邊塔上塔柱共設(shè)置4道鋼管橫撐，約20 m一道。上橫梁采用現(xiàn)澆支架施工，在塔柱上設(shè)置預(yù)埋件，采用低合金鋼軍用梁作為現(xiàn)澆支架施工。

4　結(jié)論

鸚鵡洲長(zhǎng)江大橋1#墩塔施工規(guī)模大，混凝土用量3.4萬(wàn)m3，鋼材用量3 461.8 t。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工程質(zhì)量要求高，且要考慮到洪水、航運(yùn)、地質(zhì)、周邊施工環(huán)境等客觀因素對(duì)施工的影響。施工過程中通過嚴(yán)密施工組織，合理配置施工設(shè)備，規(guī)范施工技術(shù)及施工工序，工程原材料嚴(yán)格實(shí)施先檢驗(yàn)后使用原則，有效保證了1#墩塔施工的安全、質(zhì)量和工期目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

［1］時(shí)一波，何少華，劉榮，等.武漢鸚鵡洲長(zhǎng)江大橋1#墩塔鋼板樁圍堰施工關(guān)鍵技術(shù)［J］.中外公路，2014(1):225-227.

［2］何樹凱.跨江大橋水中基礎(chǔ)施工方案設(shè)計(jì)［J］.世界橋梁，2014，42(2):52-56.

［3］林禮進(jìn).優(yōu)質(zhì)泥漿在旋挖鉆孔灌注樁護(hù)壁中的應(yīng)用［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2013，40(11):57-60.

［4］李迎九.鋼板樁圍堰施工技術(shù)［J］.橋梁建設(shè)，2011，41(2):76-79.

［5］孟凡超，王仁貴，徐國(guó)平，等.公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè)——懸索橋［M］.北京:人民交通出版社，2011.

［6］周洪波，黃勝生.錨樁法單樁靜載試驗(yàn)中群樁相互作用及誤差分析［J］.巖土力學(xué)，2004，25(10):1613-1616.

［7］時(shí)一波.武漢鸚鵡洲長(zhǎng)江大橋1#墩群樁基礎(chǔ)施工技術(shù)研究［D］.長(zhǎng)沙:中南大學(xué)，2011.

［8］夏其良.泥漿護(hù)壁混凝土灌注樁的施工及檢測(cè)［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，1995(1):112-118.

［9］蔡凡杰，胡厚蘭.滑模與爬模施工工藝在橋梁高墩施工中的運(yùn)用［J］.公路，2013(6):68-71.

［10］尹振君.黃岡公鐵兩用長(zhǎng)江大橋橋塔液壓爬模施工技術(shù)［J］.世界橋梁，2015，43(1):18-22.

(責(zé)任審編趙其文)

Construction Technology of No.1 Pier Tower of Wuhan Yingwuzhou Yangtze River Bridge

ZHUANG Xinshan，WU Jingbo，PENG Weike

(School of Civil Engineering＆Architecture，Hubei University of Technology，Wuhan Hubei 430068，China)

Abstract:Yingwuzhou Yangtze River Bridge，with 2 100 m main bridge span using(200 + 2×850 + 200)m，is a suspension bridge using three towers and four-span steel composite girder.T he 1#tower pier section is located on Hanyang marshland slope，with surface elevation 12.0 m through 21 m.T he great elevation difference has side effect，the construction of foundation affecting the slope.T hus，“front row pile + anchor rod”structure was used to ensure the embankment stability.1#pier foundation uses 44 2.0-m-diameter bored piles and the drilling depth is more than 80 m.Island was built and double-line protect piles were used.T he 1#tower is 126.2 m high，resulting large sectional dimension and concrete volume;thus，segmental climbing formwork was used.T he cooperation of the 1#pier bored piles construction，cofferdam construction and slope protection，and temperature control in mass concrete pouring of the bearing platform are the keys and difficulties of the project.

Key words:Embankment stability;Bored pile;Segmental climbing formwork construction

作者簡(jiǎn)介:莊心善(1964—)，男，教授，博士。

基金項(xiàng)目:湖北省教育廳自然科學(xué)基金(D20081408)

收稿日期:2015-10-19;修回日期:2015-12-22

文章編號(hào):1003-1995(2016)03-0050-04

中圖分類號(hào):U443.38

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

DOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2016.03.12