濟(jì)南黃河特大橋主橋水中基礎(chǔ)施工技術(shù)

孫宇

摘要： 介紹了濟(jì)南黃河特大橋主橋水中基礎(chǔ)施工采用的水上棧橋、水中平臺(tái)、氣舉反循環(huán)鉆機(jī)鉆孔、鋼板樁圍堰、大體積混凝土施工等關(guān)鍵技術(shù)。施工方案選擇合理，針對(duì)性強(qiáng)，簡(jiǎn)便實(shí)用，易于操作，結(jié)構(gòu)受力明確，降低了施工成本，很好的解決了該橋水中基礎(chǔ)施工難題，對(duì)同類工程有很好的借鑒作用，可以推廣應(yīng)用。

Abstract： This paper introduces the key technologies of water bridge， water platform， air lift reverse drilling rig drilling， steel sheet pile cofferdam and mass concrete construction in the construction of water main foundation of Jinan Yellow River Long Span Bridge. The construction scheme is reasonable， targeted， simple and practical and easy to operate， and it has clear force structure， reduces the construction cost， and provides a good solution to the bridge water foundation construction and gives similar projects a good reference， so its application can be promoted.

關(guān)鍵詞： 特大橋；水中基礎(chǔ)；施工技術(shù)

Key words： long span bridge；foundation in water；construction technology

中圖分類號(hào)：U445.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）15-0123-03

1 工程概況

京滬高速鐵路濟(jì)南黃河特大橋起訖里程DK406+918.874～DK412+062.274，總長(zhǎng)5143.4m。主橋采用（112+3×168+112）m下承式等高度連續(xù)性梁柔性拱鋼桁梁橋，主橋墩為0-5號(hào)，0#承臺(tái)位于北岸淤背區(qū)，1#、2#承臺(tái)位于主河槽（常年有水），其它承臺(tái)主要分布在南岸灘地。1號(hào)墩與2號(hào)墩均采用28根？準(zhǔn)2.5鉆孔灌注樁，鉆孔樁長(zhǎng)分別為90m、102m；承臺(tái)厚度6.0m，平面尺寸為42.5×23.3m。

橋梁位于山東省濟(jì)南市槐蔭區(qū)，地層結(jié)構(gòu)主要是第四系河相粉質(zhì)土結(jié)構(gòu)，其間多夾粉、細(xì)、中沙及粉土、薄層粘土或透鏡體，其中覆蓋層40m以下分布著姜石層。橋梁設(shè)計(jì)水位34.960m，最高通航水位34.460m，河流每秒平均流速為2.07m，在枯水期，黃河只有主河槽有水，設(shè)計(jì)施工洪水位30.500m，現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)墩位水深約5m。其中1、2號(hào)承臺(tái)位于黃河主河槽，承臺(tái)底面標(biāo)高21.0m，一般水位為25.0～30.5m。

2 方案確定

2.1 施工通道方案

由于黃河水流流速較高，冬季還存在流冰現(xiàn)象，加之黃河調(diào)水調(diào)沙40天左右以及夏季洪水期等影響因素，建造浮橋式施工通道既不安全，又要考慮諸多不確定性的因素。經(jīng)過(guò)討論之后決定施作以貝雷梁鋼棧橋?yàn)橹鞯氖┕蜃鳛槭┕ねǖ?。棧橋橋面底部?biāo)高按施工期間設(shè)計(jì)洪水位30.5m考慮，設(shè)計(jì)為32.3m。設(shè)計(jì)總長(zhǎng)為總長(zhǎng)321m的棧橋，采用2×18+5×18+5×18+5×18+1×15）m的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，橋面寬8m。橋梁下游與橋梁中心平行布置棧橋通道（間距為28.5m），并將其連接鉆孔平臺(tái)。在施工過(guò)程中，在橋體鉆孔樁、承臺(tái)基礎(chǔ)施工期間所需物料的運(yùn)輸，以及南北岸施工運(yùn)輸，均要通過(guò)該棧橋通道。棧橋橋面應(yīng)該與鉆孔樁平臺(tái)持平，以便于物料運(yùn)輸更加便捷。該棧橋通道上部采用4榀單層雙排8片貝雷縱梁。按2.45m的距離控制榀間距，按0.45m控制各榀雙排貝雷梁間距，再通過(guò)10號(hào)槽鋼加工支撐架按3m間距橫向連成整體；分配橫梁采用25a型工字鋼按0.375m的間距的間距設(shè)計(jì)而成；橋面系鋪8mm壓花鋼板[1]；鋼管樁基礎(chǔ)一律按？準(zhǔn)630×10mm的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行控制。

另外，為了確?；A(chǔ)結(jié)構(gòu)滿足整體性設(shè)計(jì)要求，每排橋墩的鋼管均用18號(hào)槽鋼設(shè)置剪刀支撐連接成整體，每排墩采用4根鋼管樁；墩頂橫梁采用40b型工字鋼。棧橋按固定間距布置一條5cm寬的溫度縫，一方面提高棧橋?qū)囟茸兓倪m應(yīng)能力，另一方面使鋼構(gòu)件及貝雷梁的陰陽(yáng)頭斷開，不使用連接銷軸即可將陽(yáng)頭套在陰頭內(nèi)[2]。（圖1）

2.2 樁基施工方案

水中墩鉆孔樁采用固定平臺(tái)施工，鉆孔樁相鄰樁之間距離比較窄，鉆機(jī)作業(yè)時(shí)容易出現(xiàn)平臺(tái)管樁沉陷、孔壁坍塌等問(wèn)題，因此主梁必須采用大跨貝雷梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并在承臺(tái)尺寸外3.6m的位置設(shè)置鋼管樁（鋼管樁長(zhǎng)27m，入土深度控制在18m左右），中間部分采用護(hù)筒保護(hù)。[3]固定平臺(tái)采用47m×33m的平面結(jié)構(gòu)，平臺(tái)基礎(chǔ)采用63根？準(zhǔn)630×10mm鋼管樁施作而成，按30根樁×2排布置在承臺(tái)兩側(cè)（用剪刀撐連接各鋼管樁，以確保平臺(tái)基礎(chǔ)更加穩(wěn)定），另外3根樁布置在平臺(tái)和棧橋連接的部位進(jìn)行基礎(chǔ)加強(qiáng)。施作樁基礎(chǔ)平臺(tái)時(shí)，在順橋軸線方向兩根樁頂布置2I40b工字鋼作小墊梁，再在15組小墊梁上（與橋軸線垂直的方向）設(shè)置通長(zhǎng)的2I40b工字鋼作為上墊梁，并焊接牢固。將長(zhǎng)33m的貝雷梁按兩片一組，用“U”型螺栓在上墊梁上安裝15組，用標(biāo)準(zhǔn)花架連接各梁。

另外，為了對(duì)縱梁橫向穩(wěn)定性進(jìn)行加強(qiáng)，用[10槽鋼進(jìn)行剪刀撐固定相鄰的兩組縱梁。12組2I40b工字鋼用“U”型螺栓安裝在與橋軸線垂直的貝雷梁上作為次梁。平臺(tái)平面系采用I32a工字鋼按0.4m的梁間距布置成分配梁，然后將δ8壓花鋼板鋪設(shè)在分配梁上作為面板，最后將？準(zhǔn)48鋼管按1.2m的高度和1.5m的間距制作成欄桿。按照平臺(tái)面標(biāo)高控制棧橋面標(biāo)高，在平臺(tái)上選用ZSD250、DW300和GPS250氣舉反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，用刮刀鉆頭進(jìn)行鉆孔施工。同時(shí)備用2臺(tái)沖擊鉆機(jī)，在鉆孔樁施工中遇到孤石或片石時(shí)，采用沖擊鉆進(jìn)行鉆孔。[4]（圖2）

2.3 承臺(tái)施工方案

1#、2#水中承臺(tái)施工采用鋼板樁圍堰。使用平臺(tái)龍門吊、浮吊配合液壓震動(dòng)錘施作鋼板樁圍堰。所用的鋼板樁為德國(guó)拉森Ⅳ型鋼板樁，由單層鋼板樁和兩層由鋼管和型鋼組成的內(nèi)撐梁組成，為了防止支撐桿件過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致失穩(wěn)，兩層圍囹之間采用型鋼焊接為桁架體系，地層圍囹可支撐在預(yù)先打設(shè)的鋼管樁上，圍堰平面為矩形，其內(nèi)口尺寸為46.5×28.3m，鋼板樁單根長(zhǎng)22m，被打入后，其底端標(biāo)高為8.5m，頂面標(biāo)高為30.5m（承臺(tái)頂面標(biāo)高27m）。鋼板樁內(nèi)支撐圈梁為2I40，支撐為兩端帶調(diào)節(jié)的鋼管或工字鋼組合件。圍堰封底混凝土為C25，厚度為2.0m。承臺(tái)按照大體積混凝土施工要求，在施工完成的圍堰內(nèi)進(jìn)行施工。（圖3）

3 施工工藝

3.1 棧橋施工

棧橋通道施工所需的梁、管等材料均通過(guò)北岸河堤碼頭運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，棧橋從北岸延伸到南岸，再以浮吊的方式逐孔打樁時(shí)同步架梁。首先是鋼管樁插打，墩柱施工。先把？準(zhǔn)630×10毫米鋼管下部割成鋸齒狀，根據(jù)每根的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度把聯(lián)接鋼板焊接成型，然后在浮吊使用DZ-90型振動(dòng)錘夾持鋼管逐根插打。在插打過(guò)程中，對(duì)樁身垂直度的控制是保證鋼管樁具有合理承載力的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。樁管補(bǔ)打到位后，使用定位船按每墩4根進(jìn)行單根固定，然后使用型鋼以縱橫交叉的形式焊接成排架墩，最后安裝縱橫向分配梁。其次是縱梁架設(shè)，橋面系安裝。首跨墩柱完成后，開始用汽車吊逐片架設(shè)貝雷梁，并兩片交叉聯(lián)結(jié)成組，然后成跨上下安裝橫向聯(lián)結(jié)，以防面外失穩(wěn)。最后安裝橋面系橫梁、縱梁和花紋鋼板以及人行道、欄桿等，繼而重復(fù)上述工作。最后進(jìn)行棧橋在施工完成后，做設(shè)計(jì)荷載試驗(yàn)并經(jīng)過(guò)安全鑒定，確認(rèn)安全后方可投入使用。施工結(jié)束后，及時(shí)拆除鋼棧橋，拔除河道內(nèi)的鋼管樁，恢復(fù)河道。

3.2 樁基施工

樁基鉆孔在水上平臺(tái)上設(shè)置泥漿箱，使用泵作為泥漿循環(huán)工具，配備一臺(tái)小挖機(jī)配合汽車及時(shí)進(jìn)行鉆渣的清理，同時(shí)在鋼護(hù)筒頂面以下1.5m的位置將鋼護(hù)筒相互之間連通，相鄰孔位作為先期施工鉆孔樁的泥漿池。施工采用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土加水解聚丙烯酰胺泥漿，以防止鉆孔穿越不同地層時(shí)發(fā)生擴(kuò)孔、塌孔，保持孔壁穩(wěn)定，泥漿配合比PAM：NaOH：水=10：1.15：70。

首先采用十字交叉法進(jìn)行鉆孔定位，平面偏差應(yīng)小于2cm，機(jī)架平臺(tái)四角高差控制在5mm以內(nèi)。開孔鉆進(jìn)時(shí)采用正循環(huán)輕壓慢轉(zhuǎn)，逐步加大鉆壓轉(zhuǎn)速至正常值；孔深達(dá)到9m以后，改用氣舉反循環(huán)作業(yè)。

其次在鉆進(jìn)過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)測(cè)定改善泥漿性能。由于土層中有粉砂和粉質(zhì)粘土，在通過(guò)粉砂層時(shí)，需增加泥漿比重，減小鉆進(jìn)速度；通過(guò)粉質(zhì)粘土?xí)r，則需要增加鉆頭上的配重，改用接觸面更小的鉆頭，加快鉆進(jìn)速度。孔內(nèi)出現(xiàn)較嚴(yán)重的漏漿、斷鉆桿等異常情況時(shí)，立即停鉆，并及時(shí)分析情況處理。

最后終孔時(shí)采用電子探孔儀及時(shí)對(duì)孔徑、孔深、垂直度探測(cè)。鉆孔樁鋼筋籠主筋采用滾軋直螺紋套筒連接，分節(jié)制作，短線匹配法，預(yù)先連接再拆解，以保證連接的準(zhǔn)確性。鋼筋籠采用水上平臺(tái)的龍門安裝，下沉就位。二次清孔先向孔內(nèi)供優(yōu)質(zhì)泥漿，然后送風(fēng)清孔。停止清孔時(shí)，應(yīng)先關(guān)氣后斷水，以防水頭損失而造成塌孔。平臺(tái)上龍門配合進(jìn)行水下混凝土導(dǎo)管灌注等各項(xiàng)工作。

3.3 承臺(tái)施工

3.3.1 鋼圍堰施工

0#～5#承臺(tái)采用鋼板樁圍堰施工。圍堰平面為矩形，采用德國(guó)拉森Ⅳ型鋼板樁，單層設(shè)置，利用型鋼作為內(nèi)撐梁，鋼板樁采用套型鎖口，鎖口聯(lián)結(jié)轉(zhuǎn)角10°～15°，四個(gè)轉(zhuǎn)角位置采用焊接的T形鋼板樁。鋼板樁采用汽車吊吊運(yùn)就位，DZ-90型振動(dòng)錘夾持鋼板樁插打，垂直度偏差不大于0.5%，且要緊靠?jī)?nèi)導(dǎo)框，其間隙不得大于20mm。插打過(guò)程中，可采用千斤頂或滑車組糾偏等方式調(diào)整，在插樁過(guò)程中，做到“插樁正直、分散偏差、有偏即糾、調(diào)整合龍”，必要時(shí)，可制作異形鋼板樁進(jìn)行合龍。圍囹的安裝隨著抽水逐層實(shí)施，安裝過(guò)程中要密切注意河床水位的變化和工字鋼與鋼板樁的連接及工字鋼與鋼板樁之間的間隙。為防止圍堰的變形，要求將工字鋼與鋼板樁之間的間隙全部用型鋼焊接支撐連接，圍堰的四個(gè)角進(jìn)行加強(qiáng)。鋼板樁圍堰內(nèi)清基工作采用吸泥機(jī)輔以潛水員人工射水法，吸泥后的局部高低允許偏差為±40cm。圍堰內(nèi)采用導(dǎo)管法水下混凝土封底。承臺(tái)施工完畢以后，先拆型鋼內(nèi)支撐，然后拔除鋼板樁。

3.3.2 承臺(tái)大體積混凝土施工

施工中綜合采用多種措施進(jìn)行控制。首先優(yōu)化砼配比設(shè)計(jì)，選用水化熱較低的礦渣硅酸鹽水泥，摻入Ⅰ級(jí)粉煤灰和高效緩凝減水劑，對(duì)粉煤灰各類指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格控制。其次采用分次、分層澆筑，分層厚度控制在30～40cm，第三采用冷卻水管“內(nèi)散”，第四采用覆蓋帆布土工布灑水等材料“外蓄”，防止混凝土開裂?；炷羶?nèi)部溫度監(jiān)控采用分辨率0.1℃的JMT-36C溫度探頭，[5]在承臺(tái)豎向分三層設(shè)置，通過(guò)測(cè)定混凝土溫升峰值及其達(dá)到所需的時(shí)間，定期記錄冷卻水管進(jìn)、出水的溫度，繪制混凝土內(nèi)部溫度變化曲線。根據(jù)觀測(cè)結(jié)果確定冷卻水管通水量、通水時(shí)間和蓄熱養(yǎng)護(hù)時(shí)間等。

4 結(jié)語(yǔ)

本方案對(duì)高鐵水中基礎(chǔ)施工的平臺(tái)棧橋搭設(shè)、超深鉆孔樁施工機(jī)械設(shè)備選型、鉆孔泥漿控制、進(jìn)尺控制、大方量水下混凝土連續(xù)灌注、承臺(tái)鋼板樁圍堰施工、大體積混凝土質(zhì)量控制等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述和分析，具有很強(qiáng)的代表性和指導(dǎo)意義，可以作為同類工程的借鑒。

參考文獻(xiàn)：

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