蒙華鐵路華容河特大橋連續(xù)梁主墩深基坑施工工藝優(yōu)化

史建偉 郭富

中交三航局南京分公司

蒙華鐵路華容河特大橋連續(xù)梁主墩深基坑施工工藝優(yōu)化

史建偉 郭富

中交三航局南京分公司

本文以蒙華鐵路華容河特大橋連續(xù)梁主墩深基坑施工工藝為背景，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況將原設(shè)計(jì)雙壁鋼圍堰輔助施工優(yōu)化為鋼板樁圍堰施工，此舉大大縮短了施工進(jìn)度，節(jié)省了施工成本，同時(shí)增加了施工的安全可靠性。

施工設(shè)計(jì)優(yōu)化；實(shí)施效果

1 工程概況

1.1 工程概況

新建蒙西至華中地區(qū)鐵路煤運(yùn)通道工程MHTJ-25標(biāo)段華容河特大橋中心里程為DK1354+233.56，起訖里程為DK1352+848.85～DK1355+618.28，全橋長(zhǎng)2769.43m。

華容河特大橋于DK1354+260～DK1354+480處跨越華容河及兩岸大堤，設(shè)計(jì)采用1-（64+96+64）m連續(xù)梁跨越，連續(xù)梁起訖里程為DK1354+266.62（43#墩）～DK1354+481.32（46#墩），96m主跨跨越華容河河道，64m邊跨跨越兩側(cè)堤壩，線路位于直線上。線路與河道正交，河面寬度約116m，此處河道較規(guī)整，44#、45#主墩分別位于河道兩側(cè)近岸處。橋址位于華容縣萬(wàn)庾鎮(zhèn)，橋位處華容河目前為Ⅵ級(jí)航道。

44、45號(hào)墩為1-（64+96+64）m連續(xù)梁主墩，每個(gè)主墩設(shè)有18根φ1.5m灌注樁；主墩承臺(tái)尺寸為13.5m（寬）×18.5m（長(zhǎng)）×3.5m（高）、承臺(tái)加臺(tái)尺寸為8.5m（寬）×14.5m（長(zhǎng)）×2.7m（高）；橋墩采用圓端形實(shí)體橋墩，墩身平面尺寸為10m（長(zhǎng)）×4.0m（寬）。

44號(hào)墩處河床標(biāo)高約為25.73m（承臺(tái)范圍內(nèi)最低處），44號(hào)墩承臺(tái)侵入大堤坡腳約為8.2m；45號(hào)墩處河床標(biāo)高約為23.82m（承臺(tái)范圍內(nèi)最低處），距大堤坡腳約11m。主墩承臺(tái)均位于河床以下。

圖1 橋位布置圖

圖2 主墩承臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

44、45號(hào)墩承臺(tái)參數(shù)見下表。

表1 承臺(tái)參數(shù)表

1.2 河道與水文

華容河屬長(zhǎng)江水系，是長(zhǎng)江至洞庭湖河道，橋位處水下泥面高程23～28m，流量、流速隨季節(jié)變化明顯，區(qū)內(nèi)水深3-8m，受季節(jié)性影響較大，豐水期和枯水期水位高差較大。華容河設(shè)計(jì)洪水位為34.27m（1954年當(dāng)?shù)刈罡咚唬?，設(shè)計(jì)流速1.27m/s；設(shè)計(jì)最高通航水位33.74m，最低通航水位25.06m。

根據(jù)從當(dāng)?shù)厮畡?wù)部門、水文觀測(cè)站及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的資料，華容河每年4～9月為汛期，10月～翌年3月為枯水期；根據(jù)2012～2014年華容河水文觀測(cè)資料整理，連續(xù)近三年來(lái)的汛期水位26.5～32.74m，枯水期水位24.5～26.5m。

枯水期華容河上游將關(guān)閉水閘（調(diào)弦口），疏理華容河河道。華容河水文觀測(cè)站（六門閘）提供的信息是枯水期的最大水位變幅約為1.0m，實(shí)測(cè)當(dāng)前水位為24.7～25.1m。

1.3 氣象

線路通過(guò)地區(qū)屬于北亞熱帶季風(fēng)氣候，光能充足、熱量豐富、無(wú)霜期長(zhǎng)。多年平均氣溫在16.1℃～17.2℃，1月最冷，月平均氣溫在3.1℃～4.6℃之間，極端最低氣溫為-11.4℃，極端最高氣溫為40.0℃。歷年平均相對(duì)濕度70%～78%，歷年平均最小濕度13%～29.9%。本區(qū)年平均降雨量949.4～1454mm，最大年降水量2033mm；最小年降水量750.9mm；雨量集中在4-8月，雨量達(dá)800mm以上。年平均蒸發(fā)量達(dá)803.2mm～1370.3mm，本區(qū)主導(dǎo)風(fēng)為WNW（西北西）風(fēng)向，最大風(fēng)速為20.7m/s；本區(qū)無(wú)凍土。

1.4 地質(zhì)條件

橋位地質(zhì)從上至下分層為：（1）第四系人工堆積層，①素填土，為人工壓實(shí)填土，分布于華容河兩側(cè)河堤，厚度為0～11.5m；（2）第四系沖積層，①2粉質(zhì)粘土，硬塑，σ0=150kpa，層厚1.0～4.5m，位于華容河河堤下層；①3淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，軟塑，σ0=60kpa，層厚8～13m，位于華容河河床下；（3）第四系中更新統(tǒng)，②粉質(zhì)粘土，硬塑，σ0=180kpa，層厚7～15m，位于華容河河床下。

根據(jù)設(shè)計(jì)院提供的工程地質(zhì)詳勘資料，主墩位置附件地質(zhì)如下：

BDZ-HRH-44-2孔（44號(hào)墩處）：（孔口高程+25.63m）

表2 44#地質(zhì)分層表

D12Z-HRH45孔（45墩處）：（孔口高程+28.97m）

表3 45#地質(zhì)分層表

2 承臺(tái)鋼板樁圍堰施工設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.1 原圖紙?jiān)O(shè)計(jì)方案

44#、45#墩承臺(tái)施工原設(shè)計(jì)采用雙壁鋼圍堰輔助施工。雙壁鋼圍堰是承臺(tái)施工的擋水結(jié)構(gòu)，也是作為水下封底砼和承臺(tái)鋼筋砼施工的側(cè)模板。施工前，將根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況、水流、水深等進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)。

雙壁鋼圍堰設(shè)計(jì)根據(jù)承臺(tái)施工時(shí)的水文特征，制作、運(yùn)輸、吊裝方式，結(jié)合承臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸等因素綜合考慮。雙壁鋼圍堰主要由側(cè)板、內(nèi)支撐、吊裝吊耳等部分組成。雙壁鋼圍堰結(jié)構(gòu)立面、平面布置見圖2-1、2-2（圖中圍堰、樁基及承臺(tái)僅為示意）。

承臺(tái)封底施工7～8天后，封底混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后，抽干套箱內(nèi)的水，并同時(shí)將套箱內(nèi)部適當(dāng)加強(qiáng)，割除多余的鋼護(hù)筒，鑿除樁頭，對(duì)樁基進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。樁基檢測(cè)合格后，綁扎鋼筋，支立模板，灌筑混凝土。模板采用大塊鋼模板，混凝土用攪拌車運(yùn)輸，泵送入模。

圖3 雙壁鋼圍堰立面結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 雙壁鋼圍堰平面示意圖

2.2 方案優(yōu)化

2.2.1 總體方案

根據(jù)從當(dāng)?shù)厮畡?wù)部門、水文觀測(cè)站及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的水文資料，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際情況，選擇在2016年1-3月份華容河枯水期的有利時(shí)間進(jìn)行承臺(tái)施工。

主要工藝為采用鋼板樁圍堰進(jìn)行施工。利用枯水期承臺(tái)范圍的河床均位于水位以上，填筑施工平臺(tái)，進(jìn)行陸域鋼板樁圍堰施工。采用人工配合挖掘機(jī)進(jìn)行基坑開挖，基坑開挖到位后立即澆筑封底混凝土，承臺(tái)模板采用定型鋼模板，鋼筋在鋼筋加工場(chǎng)地集中加工成半成品后運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)綁扎，砼由自由拌和站集中供應(yīng)，砼運(yùn)輸車運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)后泵送入模，插入式振搗器密實(shí)砼。

2.2.2 鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)

主墩承臺(tái)平面尺寸為18.5m×13.5m，位于河道近岸側(cè)，利用枯水期填筑平臺(tái)后進(jìn)行陸域施工。綜合考慮圍堰打設(shè)方便、承臺(tái)模板安裝的作業(yè)空間，以及施工期間圍堰內(nèi)土方開挖、降水、集水井設(shè)置等因素，確定圍堰的平面幾何尺寸為20.8m×15.6m。

華容河當(dāng)前實(shí)測(cè)水位約為+25.1m，綜合調(diào)查后確定枯水期（1-3月份）最高水位約為+26.1m。綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，確定44、45號(hào)承臺(tái)鋼板樁圍堰頂標(biāo)高分別為+26.7m和+27.2m，鋼板樁采用拉森Ⅳ型15m長(zhǎng)鋼板樁，鋼板樁底標(biāo)高分別為+11.7m和+12.2m。

鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)采用的工藝：鋼板樁插打合攏后進(jìn)行基坑開挖，開挖過(guò)程中采用邊挖邊撐的方法，為了在開挖過(guò)程及承臺(tái)施工過(guò)程中控制基坑的變形及位移，基坑設(shè)置2道圍檁和內(nèi)支撐，圍檁采用雙拼400×400×13×21H型鋼，內(nèi)支撐采用8道雙拼400×400×13×21H型鋼四角斜撐和1道φ609mmδ16mm鋼管直撐，鋼板樁圍堰的詳細(xì)布置見鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)圖。開挖至支撐位置必須盡快完成支撐安裝，然后方可繼續(xù)開挖，開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，澆筑封底砼，然后進(jìn)行承臺(tái)施工。承臺(tái)施工完成后，在承臺(tái)與鋼板樁之間填注砂土混合物并密實(shí)，及時(shí)拔出鋼板樁。

圖5 鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)布置圖

3 實(shí)施效果

在分公司技術(shù)部門及設(shè)計(jì)單位的幫助下，目前兩個(gè)承臺(tái)已澆筑完成，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工結(jié)果證明，采取上述技術(shù)方案及現(xiàn)場(chǎng)安全管理措施后，鋼板樁圍堰處于受控狀態(tài)，保證了施工人員在圍堰內(nèi)的施工安全，封底砼采取長(zhǎng)臂挖機(jī)直接挖土、水下封底等工藝，封底效果較好，沒(méi)有基坑管涌及隆起的跡象，鋼板樁施工取得了令人滿意的效果。

圖6 承臺(tái)鋼板樁圍堰挖土施工及樁頭鑿除作業(yè)

圖7 主墩承臺(tái)混凝土澆筑

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)本工程特點(diǎn)、投標(biāo)情況對(duì)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，以提高經(jīng)濟(jì)效益，降低工程成本，縮短施工工期，輔助措施費(fèi)為現(xiàn)階段項(xiàng)目的主要盈利點(diǎn)。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙華容河特大橋主墩采用雙壁鋼圍堰施工方案，我部從科研、設(shè)計(jì)等上游端入手進(jìn)行方案優(yōu)化，利用冬季華容河水位較低，春節(jié)期間進(jìn)行華容河主墩開挖施工，使用筑土平臺(tái)工藝和鋼板樁圍堰工藝，保證了施工進(jìn)度、安全，取得了不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效益，該優(yōu)化方案在類似的工程中具有一定的推薦意義。