深水、大流速、裸巖等復(fù)雜地質(zhì)條件下水中基礎(chǔ)施工技術(shù)研究

涂緒茂（北京建工土木工程有限公司，北京朝陽(yáng)區(qū)100000）

深水、大流速、裸巖等復(fù)雜地質(zhì)條件下水中基礎(chǔ)施工技術(shù)研究

涂緒茂（北京建工土木工程有限公司，北京朝陽(yáng)區(qū)100000）

本文結(jié)合馬王黔江特大橋施工方案，對(duì)深水、大流速、裸巖等復(fù)雜地質(zhì)條件下水中基礎(chǔ)施工技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)研究，研究重點(diǎn)包括雙壁鋼圍堰施工技術(shù)和鉆孔樁施工技術(shù)，望對(duì)相關(guān)人員提供些許參考價(jià)值。

復(fù)雜地質(zhì)；水中基礎(chǔ)；施工技術(shù)

1 前言

柳州至武宣公路工程№5合同段馬王黔江特大橋起于K85+711.4止于K87+121.8，橋梁全長(zhǎng)1410.4m，該區(qū)域地處兩江匯合（紅水河和柳江于象州石龍三江口匯合），降雨對(duì)水位影響較大，一般約1m左右，再加上地質(zhì)勘探資料顯示水中墩水位變化較大，水流急，床面無(wú)覆蓋層，鋼護(hù)筒、鋼管樁插打困難。因此，深水、大流速、裸巖等復(fù)雜地質(zhì)條件下的水中基礎(chǔ)施工技術(shù)是本工程的重難點(diǎn)。

2 馬王黔江特大橋總體施工方案概述

23#～25#墩為馬王黔江特大橋主墩，23#墩位于黔江河灘上，非水中基礎(chǔ)。24#、25#墩基礎(chǔ)位于黔江航道深水中，為水下施工。施工平面布置圖如圖1。

圖1

總體施工方案概述：施工前利用船舶進(jìn)行精確的水下地形測(cè)量，采用水下地形測(cè)量數(shù)據(jù)指導(dǎo)加工鋼圍堰；施工時(shí)首先在23#墩左側(cè)平整場(chǎng)地作為圍堰加工場(chǎng)地，線路左側(cè)紅線外引一便道至水深2m處 （水中采用沙袋及片石鉛絲籠防護(hù)），26#墩設(shè)置QTZ6015塔吊，以方便將材料裝運(yùn)至船舶；在下河通道附近拼裝浮式平臺(tái)，平臺(tái)拼裝完成后由300馬力拖船拖運(yùn)并定位于橋址處，定位錨固；利用50t浮吊和運(yùn)輸船在浮式平臺(tái)上拼裝第一節(jié)鋼圍堰，拼裝完成后，用錨固于河床的提升架起吊下沉，第二～四節(jié)利用已拼裝的雙壁鋼圍堰作為施工平臺(tái)，分節(jié)分塊拼裝，灌注壁倉(cāng)混凝土下沉（注意安裝內(nèi)支撐及在第二道內(nèi)支撐上設(shè)置鋼護(hù)筒定位裝置）；鋼圍堰拼裝下放到位后，利用50t浮吊分節(jié)（6m/節(jié)）下放樁基鋼護(hù)筒，并澆筑封底混凝土；封底完成后，利用雙壁鋼圍堰和部分鋼護(hù)筒搭設(shè)鉆機(jī)施工平臺(tái)，沖擊鉆施工樁基，待樁基達(dá)到強(qiáng)度要求后抽干圍堰內(nèi)河水，割除承臺(tái)底以上鋼護(hù)筒，施工承臺(tái)（承臺(tái)施工完成后，拆除第二道內(nèi)支撐）、墩身，在墩身施工出水面1m以上后拆除圍堰。

施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→鋼圍堰設(shè)計(jì)與加工→浮式拼裝平臺(tái)定位樁 （下河通道、26#墩塔吊）施工→浮式棧橋施工→提升架立柱施工→第一節(jié)鋼圍堰箱拼裝與下沉→第二節(jié)鋼圍堰拼裝下沉→第三節(jié)鋼圍堰拼裝下沉→第四節(jié)鋼圍堰拼裝下沉 （拼裝前安裝第二道內(nèi)支撐，下沉后安裝第一道內(nèi)支撐）→鋼護(hù)筒加工與安裝→吸泥、清基→灌注水下封底混凝土→鉆機(jī)平臺(tái)施工 （拆除浮式平臺(tái)）→鉆孔樁施工→承臺(tái)施工→墩身施工出水面→鋼圍堰拆除。

3 馬王黔江特大橋水中基礎(chǔ)施工準(zhǔn)備工作

3.1 塔吊安裝

在26#墩上游安裝一臺(tái)QTZ6015塔吊，塔吊吊鉤高于橋面7m，用于水位標(biāo)高在36.0～46.0m時(shí)材料的轉(zhuǎn)運(yùn)。此塔吊將岸上的設(shè)備材料轉(zhuǎn)運(yùn)到水中的運(yùn)輸船舶。水位標(biāo)高在46.0m以上時(shí)，停止施工。

3.2 下河通道

設(shè)置在23#墩下游約100m處，寬度為6m（端面加寬為12m×12m），采用便道填筑方式，兩側(cè)采用片石鉛絲籠及沙袋防護(hù)，引入施工期間水深2m處，以方便施工船舶靠近、裝卸物資。此下河通道用于水位標(biāo)高在36.0m以下時(shí)材料的轉(zhuǎn)運(yùn)。

3.3 鋼圍堰加工場(chǎng)

設(shè)置在23#墩下游50m處，面積為75m×50m，與下河通道相接，基礎(chǔ)采用砂土填平，頂面為20cm厚C20混凝土全封閉。

3.4 浮式棧橋

浮式棧橋主要采用將塑料桶作為浮體進(jìn)行搭設(shè)，塑料桶橫橋向擺放，排距2.5m，縱向布置三列，三列緊靠，縱向采用[16a槽鋼連接成整體，上鋪5cm木板，并在兩側(cè)設(shè)置扶手欄桿。浮式棧橋長(zhǎng)度按最高施工水位時(shí)北岸便道尾到24#墩的距離及南岸便道尾到25#墩的距離設(shè)置，總長(zhǎng)度約260m，寬2.8m，水位下降時(shí)通過(guò)設(shè)置浮橋的臨時(shí)調(diào)整節(jié)縮短，滿足人員的通行和混凝土的運(yùn)輸。

3.5 浮式拼裝平臺(tái)

（1）浮式平臺(tái)的組裝

浮式平臺(tái)采用浮箱（6m×3m×2m）組拼而成，平面尺寸42m（橫向）×36.4m （縱向），浮箱吃水 1m時(shí)可提供總浮力為8286t，浮式拼裝平臺(tái)及第一節(jié)鋼圍堰自重393.24t。采用46節(jié)標(biāo)準(zhǔn)舟節(jié)作浮體拼組而成，每7節(jié)標(biāo)準(zhǔn)舟節(jié)橫向連接成一排舟體，二排舟體連接成一組，中間設(shè)兩排臨時(shí)舟體，浮體通過(guò)貝雷梁連接成整體。浮體四角用于安放錨機(jī)，安放錨機(jī)位置個(gè)增加一個(gè)浮箱。在浮體上密鋪I28a工字鋼形成鋼圍堰拼裝平臺(tái)，圍堰短邊安放部位為4I28a，其他各部位I28位于標(biāo)準(zhǔn)舟節(jié)龍骨正上方）中心間距1.2m。浮箱運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后，利用下河通道，通過(guò)25t汽車(chē)吊起吊下放到水面，分段拼裝，單排成組后，在已成組的浮體上用螺栓將浮體連成整體。

（2）浮式平臺(tái)的定位

浮式平臺(tái)采用水中固定錨進(jìn)行精確定位。在上游設(shè)置5個(gè)水下固定錨，下游設(shè)置2個(gè)；每個(gè)水下固定錨由1根φ28mm鋼絲繩錨固于河床，用2t的手動(dòng)葫蘆將此鋼絲繩連接于浮平臺(tái)的貝雷梁上形成，同時(shí)在浮式平臺(tái)上下游四個(gè)角成八字形各拋一5t的船錨；浮式平臺(tái)定位時(shí)，先用300馬力拖船拖運(yùn)至墩位位置，將上下游錨繩通過(guò)手動(dòng)葫蘆連接至浮式平臺(tái)，初步調(diào)整軸線后，將四角船錨拋于河底，通過(guò)八字型船錨和水下固定錨精確調(diào)整浮式平臺(tái)位置。

4 復(fù)雜地質(zhì)條件下水中基礎(chǔ)施工技術(shù)研究

4.1 雙壁鋼圍堰施工技術(shù)

（1）試吊方案

執(zhí)行試吊前應(yīng)對(duì)提升架進(jìn)行檢查，具體檢查內(nèi)容如表1所示，提升架工作時(shí)，單個(gè)吊桿受力不超過(guò)30t；通過(guò)提升架向上起吊第一節(jié)圍堰離開(kāi)平臺(tái)5cm，檢查圍堰整體結(jié)構(gòu)及吊裝系統(tǒng)，提升架立柱、吊桿、墊梁、千斤頂及油管有無(wú)異常，靜吊30min，確認(rèn)無(wú)異常后繼續(xù)向上提高30cm，靜吊30min無(wú)異常，才能作拆除平臺(tái)的準(zhǔn)備。

表1 馬王黔江特大橋提升架試吊前檢查表

（2）圍堰基腳支墊及著床

雙壁鋼圍堰基腳臨近河床面時(shí)，潛水員下水對(duì)圍堰四周基腳進(jìn)行探摸和攝影，探摸方向從一個(gè)方面向另外一個(gè)方向按照鋼圍堰分塊壁板編號(hào)依次探摸，記錄好每塊壁板底部與河床面之間的高差，探摸及攝影完成之后，對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，計(jì)算圍堰基腳支墊高度（河床至壁倉(cāng)底）及支墊位置。支墊材料采用蛇皮袋內(nèi)裝粗砂和水泥，兩者的混合比例按照1：1混合，每袋混合物重量控制在100kg以內(nèi)，支墊采用分層堆碼的形式。支墊完成之后，繼續(xù)灌注壁倉(cāng)混凝土，直至鋼圍堰著床。檢查圍堰水平偏位及頂面高程，確認(rèn)鋼圍堰平穩(wěn)著床后，收緊糾偏系統(tǒng)的鋼絲繩。

（3）圍堰基腳四周封堵

根據(jù)潛水員對(duì)圍堰四周進(jìn)行水下攝影及探摸，確定鋼圍堰四周的堆碼高度及寬度。封堵材料采用蛇皮袋內(nèi)裝粗砂和水泥，兩者的混合比例按照1：1混合，每袋混合物重量控制在100kg以內(nèi)，支墊采用分層堆碼的形式。為保證封堵材料拋入水下后不會(huì)發(fā)生大的漂移，在圍堰四周分別掛設(shè)一根直徑φ630mm的鋼管，鋼管底距河床面3m左右，方便潛水員每次能夠準(zhǔn)確找到封堵材料位置，縮短水下封堵時(shí)間。灌注水下混凝土之前，潛水員應(yīng)再次下水對(duì)圍堰四周進(jìn)行攝影及探摸，確認(rèn)無(wú)空隙之后方可澆筑封底混凝土。

4.2 鉆孔樁施工技術(shù)

（1）鉆機(jī)的布置和鉆孔施工順序

每個(gè)墩共有18根直徑2.2m的鉆孔灌注樁，樁基嵌入中風(fēng)化白云巖10m以上。施工中采用6臺(tái)液壓反循環(huán)沖擊鉆機(jī)鉆進(jìn)，如圖2所示，沖擊鉆機(jī)按照三個(gè)循環(huán)完成施工。

圖2 反循環(huán)沖擊鉆機(jī)循環(huán)示意圖

（2）反循環(huán)鉆進(jìn)

反循環(huán)鉆進(jìn)應(yīng)潛水泵潛入孔內(nèi)泥漿后，且孔壁狀況較為穩(wěn)定后進(jìn)行。在鉆進(jìn)過(guò)程中，操作者需要根據(jù)進(jìn)尺速度對(duì)主鋼絲繩的放繩速度實(shí)時(shí)調(diào)整，既要避免放繩速度較慢導(dǎo)致鉆頭落不到孔底出現(xiàn)打空錘現(xiàn)象，還要避免放繩速度過(guò)快引起的鉆頭向孔壁傾斜撞擊孔壁造成的擴(kuò)孔現(xiàn)象。當(dāng)排碴彎頭下降離孔口1m時(shí)，需要對(duì)排碴管進(jìn)行更換，更換完畢后，可將接觸的排碴管下端與原排碴管聯(lián)接。沖擊反循環(huán)鉆進(jìn)時(shí)泥漿比重控制在1.05～1.15之間。

（3）清孔

孔深達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，應(yīng)當(dāng)開(kāi)始清孔工作，具體的成孔質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)如表2所示，清孔時(shí)，先用較好的泥漿將孔內(nèi)含有碴的泥漿置換出來(lái)，然后將鉆頭提離孔底0.6m，使用泥漿泵進(jìn)行清孔，當(dāng)孔內(nèi)泥漿比重達(dá)到設(shè)計(jì)要求，且孔底沉碴厚度明顯降低時(shí)，可認(rèn)為清孔工作已完成。

表2 鉆孔樁成孔質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

（4）灌注孔樁水下混凝土

鋼筋籠下放完畢后，進(jìn)行二次清孔，在孔內(nèi)泥漿比重達(dá)到要求和孔底沉碴厚度小于5cm時(shí)，即可進(jìn)行樁基水下混凝土的灌注。灌注方法采用導(dǎo)管灌注水下混凝土，導(dǎo)管直徑為300mm，壁厚5mm，單節(jié)導(dǎo)管長(zhǎng)度分為3m、2m、1m三種規(guī)格，導(dǎo)管采用法蘭連接，中間墊橡皮圈，保證不漏水，并在正式下孔前進(jìn)行水密性試驗(yàn)檢查，達(dá)到要求后方可下孔。灌注時(shí)要有專人負(fù)責(zé)，技術(shù)人員必須在場(chǎng)，灌注混凝土前先檢測(cè)孔底泥漿沉淀厚度，如大于5cm時(shí)應(yīng)再次清孔，混凝土拌和物運(yùn)至灌注地點(diǎn)時(shí)，應(yīng)檢查其和易性和塌落度，符合要求后方可使用?？咨淼酌娼?jīng)監(jiān)理工程師認(rèn)可和鋼筋骨架安放后，立即砍斷分隔球灌下第一斗混凝土，在砍球的同時(shí)將導(dǎo)管提升40cm左右，便于灌注封口混凝土?；炷翍?yīng)連續(xù)灌注，中途不得停頓，每小時(shí)灌注高度應(yīng)大于8m。第一盤(pán)混凝土量應(yīng)滿足導(dǎo)管埋入混凝土大于1.0m，導(dǎo)管下口底離孔底25～40cm，漏斗口下設(shè)一隔水栓，直徑略小于導(dǎo)管內(nèi)徑。隨著混凝土的不斷澆筑，不斷提升導(dǎo)管，始終保持導(dǎo)管在混凝土中的埋置深度為2～6m。混凝土灌注工作應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，澆筑完的樁頂標(biāo)高應(yīng)高出設(shè)計(jì)高0.5m以上，澆筑完畢后緩慢抽出導(dǎo)管。預(yù)加高度的鑿除，在施工承臺(tái)時(shí)進(jìn)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

考慮到深水、大流速、裸巖等復(fù)雜地質(zhì)條件下水中基礎(chǔ)施工的復(fù)雜性，相關(guān)的施工企業(yè)需要借助于有效的事故處理措施和完善的施工工藝，來(lái)有效落實(shí)水下工程施工的質(zhì)量，使得復(fù)雜地質(zhì)條件下的水中基礎(chǔ)施工技術(shù)能夠?yàn)槲覈?guó)建筑行業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出更卓越的貢獻(xiàn)。

[1]中鐵二局.馬王黔江特大橋水中基礎(chǔ)專項(xiàng)施工方案[Z].2015，12：18～27.

[2]陳淑卿.水下混凝土鉆孔灌注樁施工技術(shù)及難點(diǎn)探討[J].廣東建筑科學(xué)文匯，2012，8（11）：122～126.

[3]王松.海上超長(zhǎng)超深嵌巖鉆孔灌注樁施工技術(shù)[J].建筑與科學(xué)，2013，4（20）：190～191.

U445.55

A

2095-2066（2016）05-0196-03

2015-12-28

涂緒茂（1982-），男，工程師，大學(xué)本科，主要從事路橋施工工作。