松虎河特大橋深水基礎(chǔ)施工技術(shù)探討

蔡勛林

（中鐵十一局集團(tuán)第一工程有限公司 湖北襄陽 441104）

松虎河特大橋深水基礎(chǔ)施工技術(shù)探討

蔡勛林

（中鐵十一局集團(tuán)第一工程有限公司 湖北襄陽 441104）

根據(jù)松虎河特大橋棧橋鉆孔平臺(tái)、鋼板樁圍堰現(xiàn)場(chǎng)施工情況，總結(jié)深水樁基施工中棧橋及鉆孔平臺(tái)各構(gòu)件設(shè)計(jì)與施工、大體積承臺(tái)施工中鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)與施工，為今后在橋梁深水基礎(chǔ)施工中提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

松虎河特大橋 深水基礎(chǔ) 棧橋鉆孔平臺(tái) 鋼板樁圍堰

目前深水基礎(chǔ)的施工一直是特大橋橋梁施工中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，是特大橋橋梁施工中制約工期的主要因素，深水基礎(chǔ)施工包括樁基礎(chǔ)和承臺(tái)的施工，分析深水基礎(chǔ)的施工，其關(guān)鍵技術(shù)包括水上施工運(yùn)輸方式、水上施工平臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式、水上鉆孔樁的施工、圍堰的施工以及封底及承臺(tái)大體積混凝土的施工等方面，松虎河特大橋采用固定式棧橋及鉆孔平臺(tái)施工深水樁基，采用鋼板樁圍堰對(duì)承臺(tái)進(jìn)行施工，實(shí)踐證明，棧橋鉆孔平臺(tái)和鋼板樁圍堰有效的保證施工順利進(jìn)行。

1 工程概況

宋虎河特大橋位于公安縣孟家溪鎮(zhèn)和南平鎮(zhèn)交界處，橋梁中心里程為 K44+814，起訖里程為K42+907.4～K46+720.6，橋長(zhǎng)3813.2 m。該橋以主跨（68+120+68）m連續(xù)梁（K43+581～K43+837段）跨松虎河，線路與河流交角為90°24＇。松虎河規(guī)劃為四級(jí)航道，通航凈空90*8 m，最低通航水位30.26 m。

松虎河特大橋主跨20#及21#墩基礎(chǔ)位于河道內(nèi)，承臺(tái)設(shè)計(jì)為矩形，長(zhǎng)12 m，寬10.8 m，高3.5 m。20#承臺(tái)底設(shè)計(jì)標(biāo)高為21.565 m，冬季常水位標(biāo)高為28.04 m，承臺(tái)底距水面的高度為6.475 m，21#承臺(tái)底設(shè)計(jì)標(biāo)高為16.323 m，冬季常水位標(biāo)高為28.04 m，承臺(tái)底距水面的高度為11.717 m。每墩樁基礎(chǔ)為16根φ1.8 m摩擦樁，樁長(zhǎng)分別為47 m和43 m。

2 工程地質(zhì)、水文情況

2.1 地質(zhì)情況

松虎河特大橋設(shè)計(jì)勘察河床表層至樁底的地質(zhì)情況依次為：（1）20#墩：約9 m粉質(zhì)黏土，δ0=65 kPa；約5m粉土，δ0=45 kPa；約4.5 m細(xì)砂，δ0=40 kPa； 約8 m粉質(zhì)黏土，δ0=70 kPa；約20 m圓礫土，δ0=160 kPa。（2）21#墩：約8 m淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，δ0=15 kPa；約11m粉質(zhì)粘土，δ0=55 kPa；約9 m粉質(zhì)粘土，δ0=70 kPa；約2.0m粉砂，δ0=45 kPa；約3.0 m細(xì)砂，δ0=60 kPa；約28 m圓礫土，δ0=160 kPa。見圖1所示。

圖1 20、21#墩河床地質(zhì)縱斷面圖

2.2 水文

松虎河橋位處航道技術(shù)等級(jí)為Ⅳ級(jí)，通航凈高8m，雙向通航凈寬80m。最高通航水位采用洪水重現(xiàn)期10年計(jì)算，為40.23m，最低設(shè)計(jì)通航水位采用4年枯水重現(xiàn)期設(shè)計(jì)，為30.26m。300年一遇設(shè)計(jì)洪水位為41.55m。根據(jù)當(dāng)?shù)厮谋O(jiān)測(cè)站資料顯示：松虎河特大橋每年5月份開始漲水，水位由28.5m漲至 8月份 38.5m，后逐漸退水，故下部施工只能在枯水季節(jié)施工，棧橋及鉆孔平臺(tái)設(shè)計(jì)標(biāo)高按枯水季節(jié)最高水位設(shè)計(jì)。

松虎河特大橋施工規(guī)模并不大，但施工難度及技術(shù)要求堪比國內(nèi)其他大型橋梁施工，樁基施工中由于純砂層較厚，鉆孔易塌孔，漏漿、沉渣較厚二次清孔困難，鋼板樁圍堰施工中由于河床本身偏壓，鋼板樁易變形，滑移，造成重大安全質(zhì)量事故。

3 方案設(shè)計(jì)與施工

3.1 棧橋鉆孔平臺(tái)設(shè)計(jì)

3.1.1 棧橋結(jié)構(gòu)布置

（1）棧橋跨度為9 m，采用“321”貝雷梁縱向布置作為縱梁。

（2）基礎(chǔ)采用長(zhǎng)22 m，φ630 mm，壁厚10 mm的鋼管（橫向間距2.5 m橫向設(shè)置3根），其上設(shè)置雙拼I40b工字鋼分配梁，棧橋樁之間水平連接采用 ［16b槽鋼連接，斜撐用［16b槽鋼連接。陸上樁設(shè)1層平聯(lián)，水上樁設(shè)2層平聯(lián)，上下層平聯(lián)間距2.5 m。

（3）縱向設(shè)置8列單片單層貝雷梁作為縱梁（中間最大間距1.10 m）；其上設(shè)置I20a工字鋼橫梁，間距0.3m，貝雷梁與工字鋼之間通過10 cm槽鋼及“U型”卡環(huán)連接。

（4）橋面鋪設(shè)厚10 mm防滑鋼板，并用10 mm盤條焊接防滑鏈條，每隔15 cm焊接一道，橋面頂標(biāo)高為37.0 m。

（5）橋面總寬度為6 m，兩側(cè)用φ48×3.5鋼管作欄桿（高1.0 m）。

3.1.2 鉆孔平臺(tái)結(jié)構(gòu)布置

鉆孔平臺(tái)從下至上布置為：基礎(chǔ)采用φ630 mm，壁厚10 mm的鋼管，鋼管樁之間采用16槽鋼焊接剪刀撐，其上設(shè)置雙I56a工字鋼作為橫梁；上面縱向設(shè)置雙排單層貝雷梁作為縱梁；其上設(shè)置I25b工字鋼作為分配梁，間距0.3 m；分配梁上滿鋪厚10 mm防滑鋼板做為平臺(tái)面；平臺(tái)面四周用φ48×3.5鋼管作欄桿（高1.0 m），鉆孔平臺(tái)尺寸為28×36 m，鉆孔平臺(tái)主受力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)充分考慮鋼板樁圍堰施工空間要求［1］，見圖2、圖3。

圖2 棧橋鉆孔平臺(tái)平面布置圖

圖3 鉆孔平臺(tái)縱、橫斷面布置圖

雙I56a工字鋼最大跨度為5 m，最大間距為4.8 m；貝雷梁最大跨度為4.8 m，貝雷梁最大間距為3.9 m；I25b工字鋼最大跨度為3.9 m，間距均為0.3 m，鉆孔平臺(tái)設(shè)計(jì)高程為37.0 m。

3.1.3 棧橋施工

（1）振動(dòng)下沉鋼管樁。采用DZ-60型振動(dòng)錘進(jìn)行沉樁，當(dāng)一排鋼管樁打完后用［16b槽鋼把鋼管樁焊接連接，繼續(xù)打設(shè)下一排的鋼管樁，由靠岸的一排向河中的位置依次打設(shè)［1］，所有鋼管樁打設(shè)完畢后用［16b槽鋼把各排鋼管樁橫向焊接連接構(gòu)成整體。用此方法直至棧橋搭設(shè)完成。

在沉樁時(shí)測(cè)量組人員必須用一臺(tái)全站儀和一臺(tái)經(jīng)緯儀同時(shí)對(duì)的樁的平面位置和橫縱橋向垂直度進(jìn)行測(cè)量控制，每排鋼管樁下沉到位后，應(yīng)進(jìn)行樁之間的連接，增加樁的穩(wěn)定性［1］，連接材料采用［16b槽鋼，型鋼尺寸需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)尺寸下料。焊縫質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。鋼管樁插打過程中必須保證管樁的垂直度及入土深度［1］。

（2）I40b雙拼主梁、貝雷梁、I20b橫向分配梁拼裝。在630鋼管樁頂部開一槽口，槽口變高應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)高反推所得（槽口標(biāo)高=37.0-1 cm鋼板厚-20 b工字鋼-1.5 m貝雷梁-40工字鋼），I40工字鋼放在三根鋼管樁槽口中，槽口與40工字鋼采用1 cm鋼板連接牢固。

貝雷梁的位置放線后確定，以保證棧橋軸線不偏移［1］，橫向、豎向均焊定位擋塊及角鋼壓板，將其固定在I40橫梁上。

貝雷梁拼裝完成后，在其上鋪20b工字鋼，工字鋼與貝雷梁之間采用10 cm槽鋼及“U型”卡環(huán)連接，工字鋼挑出貝雷梁≤30 cm。

（3）橋面板鋪裝及附屬結(jié)構(gòu)施工。橋面寬度為6 m，橋面板鋪設(shè)完成后，即在上面焊接Φ10鋼筋防滑條，間距60 cm，棧橋欄桿高1.0 m，采用Φ48焊接鋼管焊接，立柱間距2 m，焊在棧橋面板上。平連采用Φ48鋼管，頂面一層中間一層共兩層。

3.1.4 鉆孔平臺(tái)施工

鉆孔平臺(tái)施工方法與棧橋施工方法相同，重點(diǎn)注意以下兩點(diǎn)：

（1）卸壓

鉆孔平臺(tái)搭設(shè)前，應(yīng)充分測(cè)量承臺(tái)范圍內(nèi)河床標(biāo)高，松虎河特大橋21#墩承臺(tái)大小里程河床相對(duì)高差為3.5 m，在大里程鉆孔平臺(tái)側(cè)應(yīng)首先卸壓，防止后續(xù)鋼板樁圍堰施工中由于偏壓嚴(yán)重造成整個(gè)鋼板樁圍堰的滑移甚至傾覆。

松虎河特大橋21#墩施工中采用長(zhǎng)臂挖機(jī)清除偏壓土體，清除范圍≥鋼板樁外邊緣10 m，偏壓土體清除完成后插打鉆孔平臺(tái)鋼管樁基礎(chǔ)。

（2）樁基護(hù)筒定位

鉆孔平臺(tái)施工中應(yīng)精確預(yù)留樁基護(hù)筒插打位置，護(hù)筒采用長(zhǎng)18 m直徑2.2 m，壁厚1.2 cm鋼護(hù)筒，每個(gè)鋼護(hù)筒用16 cm槽鋼做兩道定位架，平臺(tái)上一道，水面以上一道，施工中務(wù)必保證護(hù)筒中心與樁中心重合，護(hù)筒頂標(biāo)高與鉆孔平臺(tái)標(biāo)高平齊，護(hù)筒底部應(yīng)深入不透水土層1-1.5 m。

3.2 鋼板樁圍堰施工

3.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)布置

鋼板樁圍堰施工時(shí)，應(yīng)首先拆除鉆孔平臺(tái)，留下足夠鋼板樁施工空間［1］，拆除后平臺(tái)如圖4所示：

圖4 拆除后鉆孔平臺(tái)平面圖

松虎河特大橋21#墩承臺(tái)底高程為+16.323 m，承臺(tái)高度均為3.5 m。鋼板樁圍堰采用拉森Ⅵ型鋼板樁， 21#墩鋼板樁單根長(zhǎng)度為22 m，圍堰平面尺寸為28.8×13.2 m，設(shè)置三道內(nèi)支撐，圍檁圈梁第一、二道采用雙拼45c工字鋼，支撐采用Φ530 mm鋼管；第三道采用雙拼588×300型工字鋼，支撐采用Φ630mm鋼管，見圖6圍堰封底采用220 cm厚C25封底混凝土，鋼板樁插打設(shè)備為美國ICE公司的28C-350E液壓振動(dòng)錘，錘寬30 cm，設(shè)備自帶動(dòng)力，由振動(dòng)錘和動(dòng)力站兩大部分組成，最大可提供116 t的擊震力和71 t的拔樁拉力。鋼板樁平面立面如圖5所示，鋼板樁入土深度在一般地質(zhì)情況下為8-9 m，純砂層地質(zhì)情況下大于等于12 m，內(nèi)支撐設(shè)計(jì)時(shí)除考慮受力以外應(yīng)充分考慮空心薄壁墩預(yù)留錨筋位置是否與內(nèi)支撐沖突且兩內(nèi)支撐間距不大于4.5m。

3.2.2 鋼板樁圍堰施工

（1）鋼板樁試打。鋼板樁方案確定前，應(yīng)對(duì)承臺(tái)四角進(jìn)行試打，確定鋼板樁最大入土深度，由此確定方案中鋼板樁長(zhǎng)度及內(nèi)支撐道數(shù)。

（2）導(dǎo)向梁牛腿焊接。利用樁基護(hù)筒，將三角牛腿焊接在護(hù)筒上，橫向6榀，縱向2榀，作為第一道內(nèi)支撐兼作插打?qū)蛄贺Q向承重體系［2］，三角牛腿長(zhǎng)度應(yīng)滿足第一道內(nèi)支撐位置。

（3）定位。在三角牛腿上放出鋼板樁圍堰外邊線，將I45工字鋼放在三角牛腿上固定。

（4）鋼板樁插打。鋼板樁插打順序?yàn)椋合炔宕蛏嫌芜?，在下游邊合攏［2］。從中心里程處插打第一根鋼板樁，調(diào)整好第一根鋼板樁垂直度，通過檢測(cè)確定第一片鋼板樁插打合格后，以其為基準(zhǔn)，再向兩邊對(duì)稱插打鋼板樁到設(shè)計(jì)位置，最后在一角處合攏。整個(gè)施工過程中，要用錘球控制每片樁的垂直度，并及時(shí)調(diào)整；在鋼板樁的插打時(shí)注意鋼板樁的拼接縫不能在圍堰的同一斷面上，應(yīng)上下交替錯(cuò)開［2］。每一片鋼板樁先利用自重下插，當(dāng)自重不能下插時(shí)，才進(jìn)行加壓；鋼板樁插打至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，立即與導(dǎo)向架進(jìn)行焊接，以抵抗水流沖擊；插打過程中，須遵守“插樁正直，分散即糾，調(diào)整合龍”的施工要點(diǎn)每根鋼板樁必須插打到設(shè)計(jì)標(biāo)高位置

（5）鋼板樁合龍。鋼板樁合攏技術(shù)是鋼板樁圍堰施工過程中的關(guān)鍵［1］，合攏成功與否決定了圍堰的施工質(zhì)量及進(jìn)度，為控制合龍口處鋼板樁垂直度，在距合攏口兩側(cè)還剩10余根鋼板樁時(shí)便嚴(yán)格控制鋼板樁的傾斜度。每插打一根鋼板樁就測(cè)量其垂直度［3］，并量取距合攏口距離，通過角樁角度調(diào)整距離為60cm的倍數(shù)，由此保證合攏質(zhì)量，合攏時(shí)最后一根樁入土深度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，可將合攏樁左右鋼板樁拔起，兩根樁交換插打，若合攏樁仍未達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，可在合攏樁外側(cè)距離30cm位置插打護(hù)樁，根數(shù)為3-5根。

為了使合攏鋼板樁能順利與相鄰樁的鎖口相互咬合，插打前應(yīng)使合攏鋼板樁兩側(cè)樁高度不同，高差控制在100～200 mm，這樣合攏鋼板樁的鎖口可較方便地先與高樁套好，再套低樁的鎖口。

（6）第一道內(nèi)支撐安裝。第一道內(nèi)支撐安裝前，將圍堰內(nèi)樁基鋼護(hù)筒及引籠第一次割至水面以上5cm，以保證第一道內(nèi)支撐安裝，第一道內(nèi)支撐安裝完成后，將鋼板樁與雙拼I45大梁間用工字鋼密貼，保證鋼板樁受力后能傳遞到雙拼I45工字鋼上。

（7）第一次抽水清泥。抽水清泥采用三種方式：高壓水泵沖泥；長(zhǎng)臂挖機(jī)直接開挖；將60小挖機(jī)直接吊入鋼板樁圍堰底開挖，所挖土用斗子吊起。

（8）第二道內(nèi)支撐安裝。抽水清泥至第二道內(nèi)支撐標(biāo)高時(shí)，焊接牛腿托架作為豎向支撐，安裝第二道內(nèi)支撐，同時(shí)第二次割除樁基鋼護(hù)筒及引籠，第二道內(nèi)支撐與鋼板樁用工字鋼密貼牢靠。

（9）第三道內(nèi)支撐安裝。抽水清泥至第三道內(nèi)支撐標(biāo)高時(shí)，焊接牛腿托架作為豎向支撐，安裝第二道內(nèi)支撐，同時(shí)第三次割除樁基鋼護(hù)筒及引籠，第三道內(nèi)支撐與鋼板樁用工字鋼密貼牢靠。

（10）抽水清泥至設(shè)計(jì)鋼板樁圍堰底。松虎河特大橋21#墩在清泥至設(shè)計(jì)承臺(tái)底50 cm時(shí)，底部地質(zhì)情況為黑色泥沙（泥占70 %，砂占30 %），土質(zhì)較硬，強(qiáng)度較高，繼續(xù)開挖難度較大，風(fēng)險(xiǎn)巨大，經(jīng)過鋼板樁圍堰封底混凝土抗浮驗(yàn)算、抗隆起驗(yàn)算及封底混凝土本身應(yīng)力驗(yàn)算［1］，遂決定封底混凝土厚度由原來設(shè)計(jì)2.0 m改為0.5 m采用干封。

（11）混凝土封底。封底混凝土采用C30混凝土，封底前在圍堰四周挖4個(gè)槽，埋入4個(gè)50 cm 深530鋼護(hù)筒，用于水泵抽水，圍堰四周設(shè)排水溝，分別匯入預(yù)埋抽水槽中。

鋼板樁圍堰封底方式：干封：鋼板樁圍堰底地質(zhì)情況較好，開挖至圍堰底部時(shí)，底部沒有大量涌水，可采用干封。水下封底：當(dāng)鋼板樁圍堰地質(zhì)情況為純砂層且底部大量涌水時(shí)，只能采用下導(dǎo)管水下灌注方式，其原理與水下灌注樁相似。

（12）承臺(tái)施工。割除樁基鋼護(hù)筒及引籠，開始承臺(tái)施工。

3.2.3 鋼板樁圍堰拆除

（1）冠梁澆筑。

承臺(tái)施工完成后，在承臺(tái)與鋼板樁間回填細(xì)沙（施工速度較快），回填至承臺(tái)頂面以下 40cm，澆筑冠梁。

（2）第三道內(nèi)支撐拆除。待冠梁達(dá)到強(qiáng)度以后，拆除第三道內(nèi)支撐。

（3）第二道內(nèi)支撐拆除。第三道內(nèi)支撐拆除完成后，向圍堰內(nèi)注水至第二道內(nèi)支撐下邊，拆除第二道內(nèi)支撐。

（4）第一道內(nèi)支撐拆除。第二道內(nèi)支撐拆除完成后，向圍堰內(nèi)注滿水，拆除第一道內(nèi)支撐。若圍堰處在偏壓變形情況下，第一道內(nèi)支撐不能拆除，拔完樁后再拆除。

（5）拔樁。選取鋼板樁圍堰變形較小的地方開始拔樁，拔除鋼板樁要考慮水流情況與鋼板樁位置關(guān)系，減少水流對(duì)鋼板樁的影響［3］。

4 結(jié)論

松虎河特大橋深水基礎(chǔ)施工采用固定式棧橋及鉆孔平臺(tái)、鋼板樁圍堰施工，解決了傳統(tǒng)土石圍堰對(duì)工現(xiàn)場(chǎng)條件的局限性和施工安全風(fēng)險(xiǎn)性，同時(shí)成功解決了鋼板樁圍堰在河床偏壓情況下的施工及鉆孔樁在砂層地質(zhì)情況下的施工，加快了施工進(jìn)度，爭(zhēng)取了施工時(shí)間，為深水基礎(chǔ)施工提供了寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)。

［1］黃紹金，劉陌生.裝配式公路鋼橋多用途使用手冊(cè).人民交通出版社.2004

［2］陳偉，李明.橋梁施工臨時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).北京：中國鐵道出版社，2002

［3］張挺軍.廈門集美灣大橋潮汐深水條件下低樁承臺(tái)施工技術(shù).鐵道建筑技術(shù)，2010（4）

Discussion on the Construction Technology of Deepwater Foundation of Songhu River Bridge

CAI Xun-lin
（No.1 Engineering Corporation Limited of China Railway 11th Bureau Group Co. Ltd Xiangyang Hubei 441104 China）

Based on the site construction of drilling platform and steel sheet pile cofferdam of Songhu River Bridge， this paper sums up the designing and construction technology of the components of drilling platform and steel sheet pile cofferdam in the construction of large volume platform， which can provide valuable experience in the deepwater foundation construction of bridge in the future.

Songhu River Bridge deepwater foundation drilling platform steel sheet pile cofferdam

中國分類號(hào)：P634A

1673-1816（2016）02-0052-06

2015-10-20

蔡勛林（1978-），男，工程師，研究方向橋梁工程。