新南寧邕江四線特大橋深水基礎(chǔ)施工技術(shù)研究

何江偉

（南昆鐵路南百段增建二線工程建設(shè)指揮部，工程師，廣西 南寧 530001）

隨著我國(guó)鐵路建設(shè)的迅猛發(fā)展，在大江大河和跨海地區(qū)修建的大跨度鐵路橋梁也越來(lái)越多。如何在各種復(fù)雜水域條件下又快又好地修建橋梁深水基礎(chǔ)成為困擾廣大鐵路橋梁建設(shè)者的難題之一。在鋼圍堰下沉著床、圍堰封底、大體積水下混凝土施工技術(shù)等方面還存在許多尚未解決的問(wèn)題。為此，如何解決好這些難題將會(huì)對(duì)整座橋梁的質(zhì)量和安全起到至關(guān)重要的影響。就此，筆者結(jié)合參與對(duì)新南寧邕江四線特大橋深水基礎(chǔ)施工技術(shù)研究的實(shí)踐談點(diǎn)認(rèn)識(shí)和建議。

1 工程概況

云桂鐵路新南寧邕江四線特大橋位于廣西壯族自治區(qū)南寧市境內(nèi)，是廣西范圍內(nèi)首個(gè)獨(dú)墩四線特大橋，起于西鄉(xiāng)塘區(qū)，橫跨邕江至江南區(qū)，橋梁全長(zhǎng)1723.68m。該橋?yàn)樗穆?lián)連續(xù)梁，依次跨越江北大道、邕江、江南大道、五一大道，直跨邕江的連續(xù)梁為72m+跨江128mm+128m+72m的四聯(lián)連續(xù)梁。整個(gè)橋梁由于跨度大、結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜、線型控制困難，成為影響云桂鐵路南寧鐵路樞紐貫通的控制性重、難點(diǎn)工程。而跨越邕江的深水基礎(chǔ)施工則是大橋的關(guān)鍵控制性節(jié)點(diǎn)工程，標(biāo)志著大橋進(jìn)入水下承臺(tái)施工的新階段。

該大橋跨越邕江（72+2×128+72）m連續(xù)梁20～22#橋墩基礎(chǔ)位于邕江水中，均為直徑1.5m的鉆孔樁基礎(chǔ)。邕江為通航河流，正常水位江面寬300m至400m，每年4月開始進(jìn)入汛期，洪水期最大流速2.1m/s，最大水深23m，且河床覆蓋層較厚，30m內(nèi)地質(zhì)大致情況是第一層覆蓋層粘土厚1.5m，第二層細(xì)圓礫土厚10m，第三層泥巖夾泥質(zhì)粉砂巖夾褐煤20m。21#墩處土層主要是由粘性土，細(xì)圓礫石（主要成分是石英巖、硅質(zhì)巖），軟粘土（主要成分為粘粒、粉粒）組成。

2 方案比選

新南寧邕江四線特大橋工期較緊，且21#主墩的施工又是控制工期的關(guān)鍵，若采用鋼板樁圍堰修建深水基礎(chǔ)，因施工時(shí)受水位控制，施工周期長(zhǎng)，一般均需要經(jīng)過(guò)兩個(gè)枯水期，至少需要1年半左右時(shí)間。且鋼板樁圍堰能承受的抽水水頭差有限，也就是抽水水位不能太高。同時(shí)，當(dāng)鋼板樁長(zhǎng)度超過(guò)30m，吊插都有一定困難。

而雙壁鋼圍堰有強(qiáng)度更高的雙壁結(jié)構(gòu)，可承受更大的圍堰內(nèi)外水頭差。不受施工水位限制，任何季節(jié)都能施工。且雙壁鋼圍堰工序單一，施工簡(jiǎn)便。圍堰內(nèi)無(wú)支撐體系，工作面開闊，吸泥下沉、清基鉆孔、灌注水下混凝土均很方便。

經(jīng)過(guò)上述方案的比較，新南寧邕江四線特大橋21號(hào)墩采用雙壁鋼圍堰鉆孔樁基礎(chǔ)。21#墩雙壁鋼圍堰如圖1所示。

圖1 21#墩雙壁鋼圍堰示意圖

3 具體實(shí)施方案

3.1 清理河床并施工樁基礎(chǔ)對(duì)圍堰范圍內(nèi)的河床要事先進(jìn)行清理，使河床面達(dá)到圍堰腳底設(shè)計(jì)標(biāo)高以下1m，并施工樁基礎(chǔ)。

3.2 第一節(jié)圍堰拼裝下水先將第一節(jié)圍堰在拼裝平臺(tái)上組裝完成，通過(guò)吊裝機(jī)械使第一節(jié)圍堰平穩(wěn)下水。

3.3 圍堰定位將第一節(jié)圍堰準(zhǔn)確定位，以鉆孔樁鋼護(hù)筒為導(dǎo)向，通過(guò)導(dǎo)向裝置，使圍堰可以沿導(dǎo)向裝置下沉。

3.4 圍堰接高在第一節(jié)圍堰上，對(duì)稱地依次裝第二節(jié)、第三節(jié)圍堰的各分塊，通過(guò)向圍堰艙內(nèi)注水使圍堰適當(dāng)下沉，調(diào)整各艙內(nèi)水位，使圍堰始終保持平衡，防止圍堰受力不均傾斜。各分塊之間、每節(jié)圍堰之間通過(guò)焊接連接，要求焊接要保證質(zhì)量，滿縫施焊，無(wú)傷痕、無(wú)漏焊、無(wú)砂眼，拼接口表面平整，內(nèi)外壁板及隔艙板要求水密。

3.5 圍堰下沉向圍堰艙內(nèi)對(duì)稱注水，使圍堰下沉。通過(guò)導(dǎo)向裝置控制鋼圍堰扭轉(zhuǎn)，確保實(shí)現(xiàn)鋼圍堰精準(zhǔn)定位；同時(shí)靠圍堰自重及均勻灌水，實(shí)現(xiàn)圍堰刃腳著床。

3.6 圍堰封底圍堰下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高后繼續(xù)清理圍堰內(nèi)河床，使河床達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。采用平面網(wǎng)格測(cè)量圍堰內(nèi)河床面都在設(shè)計(jì)標(biāo)高后，向圍堰內(nèi)灌注水下混凝土封底，封底厚度按計(jì)算決定。封底混凝土采用導(dǎo)管灌注，導(dǎo)管間距應(yīng)保證水下混凝土灌注表面的平整。

3.7 承臺(tái)施工封底混凝土等強(qiáng)達(dá)到強(qiáng)度后開始抽水，當(dāng)抽水達(dá)到第一層鋼支撐標(biāo)高以下0.5m，安裝第一層鋼管支撐，然后再抽水，依次安裝第二、三層鋼管支撐。圍堰內(nèi)水抽干后，清干積水進(jìn)行樁基檢測(cè)、樁頭混凝土鑿除及綁扎鋼筋。第一層承臺(tái)混凝土不立模，滿倉(cāng)灌注?；炷吝_(dá)到強(qiáng)度后，拆除底層鋼管支撐。再進(jìn)行第二層承臺(tái)綁鋼筋和混凝土灌注。第二層承臺(tái)混凝土立模、澆筑混凝土達(dá)到強(qiáng)度后，圍堰與承臺(tái)間空間采用木支撐連接，即可拆除第二、一層鋼支撐，進(jìn)行墩身施工。鋼圍堰拼裝及下沉施工工藝流程如圖2所示，

圖2 鋼圍堰拼裝及下沉施工工藝流程圖

4 施工中的重難點(diǎn)及解決措施

4.1 圍堰下沉阻力過(guò)大鋼圍堰下水是邕江四線橋施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)，由于河床底砂礫層常年堆積，比較密實(shí)，鋼圍堰實(shí)際進(jìn)入砂礫層后由于阻力過(guò)大，靠自重和加水均無(wú)法下沉。

為了解決這個(gè)難題，施工單位先采用三艘抓斗船把河床面的砂層與部分粗圓礫土清除，采用分層分塊進(jìn)行開挖，從上游向下游逐塊開挖。每天組織技術(shù)人員對(duì)開挖區(qū)域進(jìn)行測(cè)量，直至開挖至粗圓礫土層，該層地質(zhì)較硬，抓斗船無(wú)法進(jìn)行開挖，則先搭設(shè)鋼平臺(tái)進(jìn)行樁基施工。

在樁基施工的同時(shí)采用兩臺(tái)鉆頭直徑為D2.5m沖擊鉆先把雙壁鋼圍堰下沉范圍進(jìn)行直接沖擊，即圍堰的四條邊進(jìn)行沖孔，把影響雙壁鋼圍堰下沉的河床范圍全部沖擊到設(shè)計(jì)標(biāo)高，采取重疊的方式進(jìn)行沖擊，沖擊完一孔位后前移2m再進(jìn)行沖擊，沖擊到位后再往后移動(dòng)1m進(jìn)行沖擊，以以循環(huán)，確保滿足雙壁鋼圍堰的下沉范圍全部沖擊到位。

與此同時(shí)在底節(jié)尖部灌注0.5m高混凝土，增加尖部剛度，防止尖部破壞。圍堰進(jìn)入河床一定深度后進(jìn)一步調(diào)整圍堰平面位置。并隨時(shí)用GPS監(jiān)控圍堰頂面4個(gè)點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)偏位及時(shí)糾正。確認(rèn)無(wú)誤后分艙灌注混凝土，并繼續(xù)下沉圍堰至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

4.2 圍堰漏水由于內(nèi)外水頭差的原因，在圍堰內(nèi)抽水時(shí)，發(fā)現(xiàn)部分焊縫處少量漏水。施工單位迅速在圍堰外撒大量細(xì)煤渣、木屑、谷糠等細(xì)物，借漏水的吸力附于漏水處堵水，并在圍堰內(nèi)用板條、棉絮等楔入縫隙，撒煤渣等物堵漏。起到了很好的堵漏效果。

4.3 灌注封底混凝土封底混凝土的作用，一是防水滲漏，二是抵抗水浮力在圍堰底部形成的彎曲應(yīng)力，三是作為承臺(tái)的底模。因此，封底混凝土是鋼圍堰施工的勝敗關(guān)鍵之一。

21#墩雙壁鋼圍堰水下混凝土封底厚度3.0m，封底混凝土總量為1586.6m3。由于鉆孔樁與鋼圍堰下沉施工時(shí)間較長(zhǎng)，在鋼護(hù)筒外壁及鋼圍堰內(nèi)壁上會(huì)存有其他雜物，為保證混凝土與鋼管（圍堰內(nèi)壁）的握裹力，在封底前由潛水員用高壓水槍進(jìn)行清理。由于封底體積較大，施工單位采用兩個(gè)料斗兩根導(dǎo)管進(jìn)行封底混凝土灌注，封底時(shí)從承臺(tái)四周向中心封底。為提高封底混凝土塌落度及強(qiáng)度級(jí)別，塌落度控制在18～20cm，原設(shè)計(jì)C20混凝土按C 50配制，另?yè)郊臃勖夯液透咝p水劑。經(jīng)過(guò)采取以上措施，封底混凝土得以在20小時(shí)內(nèi)順利完成灌注。

4.4 大體積水下混凝土施工21#主墩一級(jí)承臺(tái)為33.45×18.95×4m，單個(gè)承臺(tái)混凝土方量為2434m3，屬大體積混凝土，易出現(xiàn)溫度應(yīng)力裂縫，大體積混凝土之所以會(huì)出現(xiàn)溫度應(yīng)力裂縫，是因?yàn)榛炷羶?nèi)部溫度和混凝土表面溫度之差大于25℃。因此，為防止大體積混凝土出現(xiàn)溫度應(yīng)力裂縫，施工單位著重從降低混凝土內(nèi)部溫度和提高混凝土表面溫度入手。

①選用低水化熱的普通硅酸鹽水泥；②在混凝土中摻入高效復(fù)合減水劑，改善混凝土和易性，降低水灰比，以達(dá)到減少水泥用量，降低水化熱的目的；③澆筑混凝土?xí)r，采用薄層連續(xù)澆筑法，使水化熱在澆筑時(shí)盡量多散發(fā)；④安裝循環(huán)冷卻水管，在距承臺(tái)底1m、2m、3m的高度處布置三層冷卻水管，冷卻水管采用有一定強(qiáng)度、導(dǎo)熱性能好、耐銹蝕的薄壁電焊鋁管制作；⑤加強(qiáng)混凝土溫度監(jiān)控量測(cè)，為提供可靠的數(shù)據(jù)控制混凝土內(nèi)外溫差，在承臺(tái)上布置溫度傳感器,用溫度測(cè)定儀采集數(shù)據(jù)。定期量測(cè)均做好記錄；⑥承臺(tái)混凝土初凝后立即使用保溫保濕的無(wú)紡?fù)凉げ几采w，利用灑水養(yǎng)護(hù)，及時(shí)灑水，保證混凝土表面潮濕。冷卻系統(tǒng)及溫度傳感器布置如圖3所示。

圖3 冷卻系統(tǒng)及溫度傳感器布置圖

5 結(jié)束語(yǔ)

由于在施工前制定了詳細(xì)的施工方案和有效的施工措施，并嚴(yán)格按照方案和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工，利用雙壁鋼圍堰的防水功能，在深水中順利的完成了橋梁基礎(chǔ)的澆筑，新南寧邕江四線特大橋得以順利合龍，并為南昆客專南百段的順利開通創(chuàng)造了有利的條件。通過(guò)總結(jié)新南寧邕江四線特大橋21#主墩深水基礎(chǔ)施工的成功做法，為今后的橋梁施工積累了可以借鑒、可以復(fù)制的寶貴經(jīng)驗(yàn)。