山區(qū)大陡坡橋梁高樁承臺基礎(chǔ)施工

華　勇，吳明威，鄭建新

（1.中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北　武漢　430014；2.長大橋梁建設(shè)施工技術(shù)交通行業(yè)重點實驗室，湖北　武漢　430040）

山區(qū)大陡坡橋梁高樁承臺基礎(chǔ)施工

華勇1，吳明威1，鄭建新2

（1.中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北武漢430014；2.長大橋梁建設(shè)施工技術(shù)交通行業(yè)重點實驗室，湖北武漢430040）

忠建河大橋6號主墩處于最大坡度為75°的陡坡上，采用高樁承臺基礎(chǔ)。墩位處場地狹小、山坡陡峭，且承臺輪廓線外懸尺寸大、高度大，基礎(chǔ)施工難度極大。文章通過方案比選，首次將以樁基鋼護筒作為支撐構(gòu)件，搭設(shè)鋼平臺作為挖孔樁施工作業(yè)面及承臺澆筑底模的“鋼平臺法”施工技術(shù)應用于解決復雜山區(qū)陡坡地帶橋梁高樁承臺基礎(chǔ)懸空區(qū)域施工，值得在類似工程中借鑒推廣。

山區(qū)大陡坡；高樁承臺；基礎(chǔ)；鋼平臺法

0　引言

在丹江口二橋、蘇通長江公路大橋、安慶長江鐵路大橋、嘉紹跨江大橋、安慶長江公路大橋等項目中，均采用搭設(shè)鋼平臺等類似結(jié)構(gòu)進行水上橋梁基礎(chǔ)施工。而山區(qū)橋梁橋墩多處于地勢高低起伏的山坡上，多采用高樁承臺基礎(chǔ)，一般采用開挖、回填方法形成施工作業(yè)平臺后進行基礎(chǔ)施工，但當橋墩位于較大陡坡上時，開挖、回填處理難度、工程量、施工風險均會明顯增大。湖北恩來恩黔高速公路忠建河大橋6號主墩通過“鋼平臺法”形成基礎(chǔ)施工作業(yè)面，避免大量土方挖、填施工，提高了施工效率，更安全、更環(huán)保。

1　工程概況

忠建河大橋位于湖北省宣恩縣曉關(guān)鄉(xiāng)倒洞塘村，是湖北恩來高速公路控制性工程。大橋全長1 063 m，其中主橋為（46+134+400+134+46）m雙塔雙索面公路鋼桁加勁梁斜拉橋[1]，見圖1。

6號主墩基礎(chǔ)采用左右幅分離式布置，平面尺寸為22.8 m×16.8 m，高5 m。每個承臺下設(shè)12根直徑2.8 m、長50 m的樁基。6號主墩位于來鳳岸的山坡上，墩位處坡度達75°，承臺為半懸空狀態(tài)，最大懸空高度為16.213 m，最大懸臂長度15.8 m。6號主墩基礎(chǔ)平面布置見圖2，立面布置見圖3。

圖1　橋梁總體布置圖（m）Fig.1　Overall layout of bridge(m)

圖2　6號主墩基礎(chǔ)平面結(jié)構(gòu)布置圖（cm）Fig.2　Plan layout-of foundation for P6 main pier（cm）

圖3　6號主墩承臺立面示意圖（cm）Fig.3　Schematic elevation of main pier P6（cm）

2　工程難點

地形復雜，施工場地狹小，需要科學合理規(guī)劃布置現(xiàn)場作業(yè)空間；山體陡峭，基礎(chǔ)施工土方填、挖施工難度大、工程量大；外露樁基多、外露高度大，樁基鋼筋籠下放及混凝土澆筑困難；承臺懸空面積大、懸空高度大，大型混凝土澆筑施工質(zhì)量、安全控制難度大；基礎(chǔ)施工作業(yè)面上臨陡坡、下臨懸空面，安全隱患多，施工風險大。

3　施工方案選擇

根據(jù)6號主墩基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式及施工條件，樁基采用干挖成孔、混凝土干澆工藝，承臺施工采用混凝土泵送澆筑工藝[2]。挖孔施工前需對施工場地進行處理，形成施工作業(yè)面。根據(jù)現(xiàn)場地形、地質(zhì)條件，對于承臺開挖部分，可直接進行爆破開挖形成作業(yè)面；對于承臺懸空部分，選用3種可行施工方法進行綜合比較，3種施工方法原理示意見圖4。

方案1為回填承臺懸空部分形成基礎(chǔ)施工作業(yè)面。為減少回填工程量，需修建擋土墻，擋土墻修建高度約為20 m，受土壓力大。為了保證其抗傾覆能力，需在山體內(nèi)開挖臺階基礎(chǔ)。擋土墻底部與施工便道水平距離約30 m，高差約20 m，施工設(shè)備、材料運輸困難。每幅承臺需三面修建擋土墻，擋土墻砌筑方量約4 000 m3，回填方量約2 000 m3，基礎(chǔ)爆破開挖約950 m3。土方施工量大，擋土墻施工難度大，施工成本高、風險高。

方案2為分級開挖臺階進行挖孔樁施工，后以樁基為承力構(gòu)件搭設(shè)承臺底模支架。較方案1減少了土方回填及擋土墻施工，但增加了山體開挖約800 m3以及鋼平臺。每級作業(yè)空間都非常小，三級臺階爆破開挖需自上向下逐級進行，施工周期長，安全風險高。

方案3為承臺懸空部分搭設(shè)鋼平臺作為樁基施工作業(yè)平臺及承臺底模支架。相對前兩者，最大程度減小了爆破開挖、土方回填工作量，施工更為簡易；鋼結(jié)構(gòu)受力明確，安裝過程可控，鋼平臺上部結(jié)構(gòu)可以在加工廠進行整體預制，與樁基鋼護筒插打施工并行，節(jié)約施工周期；使用履帶吊安裝鋼結(jié)構(gòu)，操作可行；樁基承臺施工結(jié)束后，鋼平臺大部分構(gòu)件可回收再利用，節(jié)約成本；外露樁基及承臺在平臺上澆筑，一次完成，容易操作；鋼平臺一經(jīng)搭設(shè)完成便大大降低了后續(xù)環(huán)節(jié)施工風險。

圖4　3種施工方法原理示意圖Fig.4　Schematic diagram for principle of three construction methods

通過對3種方案進行綜合比較，方案3安全風險低、工期短、成本小、更環(huán)保，確定為6號主墩基礎(chǔ)作業(yè)面形成施工方案。

4　6號主墩基礎(chǔ)施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1鋼平臺設(shè)計、施工

1）主要結(jié)構(gòu)形式

鋼平臺主要由鋼護筒基礎(chǔ)、牛腿斜撐、貝雷梁、分配梁及鋼面板組成。樁基鋼護筒埋設(shè)于山體的穩(wěn)定巖層上，作為鋼平臺的承重樁[3]。見圖5。

在山體內(nèi)埋入連接件，連接件與鋼護筒焊接牢固，保證鋼平臺的穩(wěn)定性。

圖5　鋼平臺結(jié)構(gòu)圖Fig.5　Steel platform structure

由于在澆筑承臺混凝土后，鋼平臺會發(fā)生相應的彈性變形及非彈性變形，從而產(chǎn)生一定的沉降量，而開挖山體形成的施工平臺幾乎不發(fā)生沉降，所以為了保證兩種平臺交接處承臺混凝土不因鋼平臺沉降量過大而導致開裂，鋼平臺臨山體側(cè)牛腿主梁端頭需擱置在山體開挖臺階上，使鋼平臺與開挖平臺平順過渡。

2）受力分析

鋼平臺結(jié)構(gòu)驗算考慮兩種受力工況：

①樁基施工期工況：恒載為鋼平臺自重，活載為施工荷載、風荷載。施工荷載通過上部梁系、牛腿傳遞至鋼護筒上，鋼護筒為主要承重結(jié)構(gòu)。

②承臺施工期工況：恒載為自重、承臺混凝土荷載，活載為施工荷載、混凝土澆筑振搗荷載及風荷載。施工荷載通過上部梁系、牛腿傳遞至鋼護筒上，樁基與鋼護筒共同作為主要承重結(jié)構(gòu)。

采用ANSYS對鋼平臺進行結(jié)構(gòu)建模分析，通過分析計算可知，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的最大綜合應力為145 MPa，發(fā)生最大豎向位移為2.4 mm，滿足施工要求[4]。

3）施工方法

由于6號主墩處沒有施工作業(yè)面及施工便道，在安裝鋼平臺前先通過爆破開挖山體形成6號主墩施工便道，便道環(huán)山而修，寬6 m。同時將兩承臺之間山體開挖形成基礎(chǔ)施工作業(yè)平臺。

鋼平臺施工時，首先測量放樣樁基樁位，以樁位為圓心開挖直徑大于樁徑50 cm的基坑，基坑開挖至穩(wěn)定巖層后使用50 t履帶吊分節(jié)吊裝鋼護筒至基坑內(nèi)，在護筒與基坑間空隙澆筑C30混凝土將護筒固定。待混凝土達到要求強度后，依次安裝牛腿斜撐、貝雷梁、分配梁及鋼面板。

4.2樁基施工

鋼平臺搭設(shè)完成后即可進行挖孔樁施工，施工設(shè)備可直接停放在鋼平臺上，降低了樁基施工難度。待樁基混凝土澆筑完成后，鋼護筒與樁基及周圍巖層形成整體，在承臺施工時與樁基共同作為主要承重結(jié)構(gòu)。

4.3承臺施工

承臺施工采用混凝土泵送澆筑方法，單個承臺設(shè)計方量為1 915.2 m3，為大體積混凝土。由于混凝土荷載較大且懸空部分全部由鋼平臺承重，施工時在鋼平臺上設(shè)置沉降觀測點，混凝土澆筑過程中定時進行沉降觀測?；炷练謱訚仓射撈脚_向山體方向澆筑，保證鋼平臺發(fā)生彈性變形后再澆筑山體平臺上方混凝土；同時合理設(shè)計混凝土的緩凝時間，保證鋼平臺在達到最大彈性變形前，底部混凝土未達到初凝狀態(tài)，防止兩種平臺交接處承臺混凝土初凝后因鋼平臺發(fā)生沉降而導致開裂。

5　結(jié)語

在山區(qū)橋梁基礎(chǔ)施工中，正確的選擇合理的施工方案非常重要。忠建河大橋6號主墩施工針對地形復雜、場地狹小、山坡陡峭、承臺外懸尺寸大、高度大等施工特點難點，將傳統(tǒng)水上橋梁基礎(chǔ)施工鋼平臺法應用于復雜山區(qū)陡坡地帶橋梁高樁承臺基礎(chǔ)懸空區(qū)域的施工。實踐證明，在此類地形、地質(zhì)條件下，鋼平臺法相對于常規(guī)的回填或開挖的處理方法具備安全風險低、工期短、成本小、更環(huán)保的特點。

[1]中交第二公路勘察設(shè)計研究院有限公司，鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司.恩施至來鳳高速公路工程第TJ-2標段兩階段施工圖設(shè)計[R].2011.

CCCC Second Highway Consultants Co.,Ltd.,The 3rd Railway Survey&Design Institute.Design of construction drawings for Contract Package TJ-2 for construction of Enshi-Laifeng Express Highway[R].2011.

[2]王超，馮忠居，任高科.秦巴山區(qū)陡坡橋梁樁基礎(chǔ)施工技術(shù)[J].公路交通科技，2012（5）：122-125.

WANG Chao,FENG Zhong-ju,REN Gao-ke.Technology for construction of pile foundations for bridges in steep slopes in Qin-Ba mountainous regions[J].Journal of Highway and Transportation Research and Development,2012(5):122-125.

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CHE Ming-ji.Technology for construction of bored cast-in-place piles in exposed rocks in steep slopes for Sanmenkou Sea-crossing Bridge[J].Traffic Engineering and Technology for National Defence,2011(5):43-45.

[4]中交第二航務(wù)工程局有限公司技術(shù)中心，中交武漢港灣工程設(shè)計研究院有限公司.忠建河特大橋臨時工程6#墩鋼平臺結(jié)構(gòu)計算書[R].2011.

Technical Center of CCCC Second Harbour Engineering Co.,Ltd., CCCC Wuhan Harbour Engineering Design and Research Co.,Ltd. Structural calculations of steel platform for Pier No.6 for temporary works for Zhongjianhe Bridge[R].2011.

Construction technology for pile capping in steep slopes in mountainous regions

HUA Yong1,WU Ming-wei1,ZHENG Jian-xin2
（1.CCCC Second Harbor Engineering Co.,Ltd,Wuhan,Hubei 430014,China; 2.Key Lab of Large-span Bridge Construction Technology,Ministry of Communication,Wuhan,Hubei 430040,China）

The main pier for Zhongjianhe bridge,Pier No.6,which is in a steep slope of 75 degrees,is a pier on elevated pile capping.The site of the pier was narrow and steep and the outer suspension of the capping was large and high,which together made the construction more difficult.Based on comparison of different methods,the steel platform method,taking the steel pipe of pile foundation as the supporting member and taking the steel platform as the construction work surface of digging hole pile and the bottom form for cap concreting,is for the first time used to solve issues in the construction of elevated pile capping foundation in complex mountainous region.The method can provide reference for similar projects.

steep slope in mountainous region;elevated pile capping;foundation;steel platform method

U443.25

B

2095-7874（2016）05-0069-04

10.7640/zggwjs201605017

2015-10-12

2016-12-20

華勇（1978— ），男，吉林長春人，工程師，道路與橋梁工程專業(yè)，從事橋梁工程建設(shè)及施工管理。E-mail：71534376@qq.com