某橋梁深水基坑施工技術(shù)

王滿瓊 （太湖縣農(nóng)村公路管理局，安徽 安慶 246000）

1 工程概況

太湖縣花亭湖候六橋橋采用山嶺重丘區(qū)四級(jí)道路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)速20km/h，路線最大縱坡7.709%，橋上縱坡采用-2.5%；上部結(jié)構(gòu)采用3跨35m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土預(yù)制小箱梁，下部結(jié)構(gòu)采用重力式U型橋臺(tái)，重力式實(shí)體橋墩，擴(kuò)大基礎(chǔ)；全寬5.5m；橋梁中心樁號(hào)K0+183，里程樁號(hào)為K0+125.500～K0+237.532，全長112.033m。

原設(shè)計(jì)方案制定時(shí)，花亭湖水位未至75.01m，采用的是土圍堰，機(jī)械配合人工清理基礎(chǔ)，但由于花亭湖大壩升級(jí)改造結(jié)束后，整個(gè)湖區(qū)的蓄水能力提升，自2014年起，水庫最低水位均超過78.5m，水位至少比設(shè)計(jì)水位高出3.5m以上，所以施工水位離河床底的總高差是大于8.5m。另候六橋所跨支流為花亭湖主要匯水支流之一，上游5條支流和3個(gè)水庫，每逢降雨，各支流水迅速匯集，造成水位形成巨大落差。原設(shè)計(jì)土圍堰輔助基礎(chǔ)施工不符合地質(zhì)情況，且存在重大安全隱患。

2 地質(zhì)條件與基礎(chǔ)施工方案確定

本項(xiàng)目工程位于太湖縣湯泉鄉(xiāng)，山區(qū)、河床地貌類型，根據(jù)國家建設(shè)部、國家地震局頒布的《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2001)，本場地的設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g。候六橋本次勘探深度范圍內(nèi)按沉積年代、成因及其物理力學(xué)性質(zhì)的差異，自上而下可劃分為5個(gè)主要層次:耕土→淤泥→全風(fēng)化片麻巖→強(qiáng)風(fēng)化片麻巖→微風(fēng)化片麻巖。

1#沉井圖

由于2#墩沉井在下沉過程中西南角首先接觸到巖石，無法繼續(xù)下沉，為了探明河床的地質(zhì)、地形情況，業(yè)主委托安慶工程勘察院對(duì)1#墩、2#墩進(jìn)行補(bǔ)勘。在勘察范圍內(nèi)，1#沉井下基巖面較平整，最大相差0.54m；發(fā)現(xiàn)2#沉井下基巖面凸凹不平，最大高差2.4m。

沉井A點(diǎn)，刃角與基巖面相差1.3m；沉井B點(diǎn)，刃角與基巖面相差0.95m；沉井C點(diǎn)，刃角與基巖面相差0m；沉井D點(diǎn)，刃角與基巖面相差0.3m；沉井中心點(diǎn)，至巖面1.90m。

從2#沉井的補(bǔ)勘結(jié)果來看，2#沉井再繼續(xù)下沉已經(jīng)不可能，但沉井底約1.5m的砂礫層開挖過程中由于水壓力和土壓力的作用，會(huì)不斷涌入沉井內(nèi)，無法徹底清除，在沉井底部形成一層松散的砂礫層，不能作為擴(kuò)大基礎(chǔ)承載層。

1#沉井已下沉2.2m，由于花亭湖水位不斷上升，水位已達(dá)到78.5m，沉井底與花亭湖水位高差已達(dá)（78.5-76.8+4.5）=6.2m，圍堰承受的壓力越來越大；隨著圍堰下沉，圍堰內(nèi)側(cè)砂石回流嚴(yán)重，已出現(xiàn)坍方現(xiàn)象。圍堰已經(jīng)處于坍塌的臨界狀態(tài)。

1#沉井目前已進(jìn)行西南、西北角的地質(zhì)補(bǔ)勘工作，從補(bǔ)勘的數(shù)據(jù)來看，1#沉井的河床巖面約在70.2m左右，與目前胡亭湖水位高差78.5-70.2=8.3m，隨著沉井刃角下沉，沉井外側(cè)砂石因向沉井內(nèi)流失而下降，最終將圍堰內(nèi)側(cè)坡腳降至70.2m左右。從1#沉井平面圖中可以看出，圍堰內(nèi)側(cè)至沉井外側(cè)距離為9m，理想化圍堰內(nèi)側(cè)的坡比約為1:1。候六橋填筑圍堰填土為強(qiáng)風(fēng)化巖，通過近一年的主便道和圍堰的坡比觀察，該類土的穩(wěn)定坡比應(yīng)在1:1.8左右。

沉井下沉遇阻后，參建方多次研究，初步拿出方案由施工單位負(fù)責(zé)編制，經(jīng)安徽省權(quán)威專家評(píng)審，同意采用鋼板樁輔助鋼筋混凝土套箱沉井施工方案。

3 沉井工藝

在沉井外側(cè)用[22a型槽鋼連續(xù)打入，作為封閉砂石向沉井內(nèi)回流，同時(shí)起到保護(hù)圍堰和主便道的作用。

3.1 槽鋼布置

打樁順序按照1、3、2、5、4……間隔打入，相鄰兩根樁之間槽口對(duì)扣，形成相互咬合，提高封閉泥沙的效果，增加樁與樁之間的聯(lián)系。

鋼板樁布置俯視圖

鋼板樁布置斷面圖

3.2 打樁

槽鋼采用挖機(jī)氣錘打入，打樁前在槽鋼頂部安裝帽鐵（如下圖所示），作為氣錘的接觸點(diǎn)。

由于主便道和圍堰的回填土來自于橋位西側(cè)山頭的強(qiáng)風(fēng)化石，中間參雜這石塊，另河床頂?shù)挠偕硨又幸埠写罅康[石和雜石，可能在打樁過程中對(duì)樁的下沉存在干擾，停止打樁操作，從沉井內(nèi)側(cè)開挖，待障礙物清楚后在進(jìn)行打樁操作，直至將槽鋼頂端與基巖接觸位置。

施工工序：

3.3 槽鋼剛度驗(yàn)算

目前2#沉井的補(bǔ)勘工作已完成，基巖情況已有大致了解，現(xiàn)以2#沉井打樁最不利情況為代表（沉井A拐點(diǎn)位置呈1.3m懸臂狀態(tài)，鋼板處于滲水狀態(tài)，水壓力可以忽略不計(jì)）進(jìn)行驗(yàn)證計(jì)算：

從上圖可以看出，最不利情況下槽鋼以沉井刃角外側(cè)底為錨固段的懸臂結(jié)構(gòu)（其實(shí)很多根槽鋼形成以沉井刃角外側(cè)底和巖面為支點(diǎn)的簡支結(jié)構(gòu)），懸臂長度為1.3m。

土容重γ=1.8kN/m3；墻高H=5.8m

即：Pmax=ρgH=1.8×1000×9.8×5.8=102.3kN/m2

朗肯土壓力考慮了土顆粒間、土與鋼板間、土與基地間的摩擦力，為簡化驗(yàn)算，按照最不利條件計(jì)算，不考慮土顆粒間、土與鋼板間、土與基地間的摩擦力，取土壓最大時(shí)取值驗(yàn)算，可得：

需要槽鋼達(dá)到的抗彎強(qiáng)度為：

經(jīng)驗(yàn)算，采用[22a槽鋼可以滿足強(qiáng)度要求。

4 沉井固定

由于河床基巖頂高差較大，造成沉井四邊不能同時(shí)著床，為此必須在高程較低的邊進(jìn)行分段開挖并進(jìn)行支撐，防止沉井較大的不均勻沉降，造成沉井破壞。以2#沉井為例：沉井C點(diǎn)首先著床；沉井D點(diǎn)刃角與基巖面相差0.3m，距和床底的巖面距離最??；依次沉井B點(diǎn)刃角與基巖面相差0.95m，沉井A點(diǎn)刃角與基巖面相差1.3m。首先在CD邊D點(diǎn)1.5m處開挖，利用槽鋼的擋泥沙的作用，開挖至河床巖石頂，利用沉井刃角內(nèi)側(cè)預(yù)留鋼筋，采用工字鋼打孔焊接的方式進(jìn)行沉井固定。然后依次按照順時(shí)針方向依次架設(shè)支撐，固定沉井，防止出現(xiàn)因沉井不均勻下沉造成沉井損壞。

5 基巖處理

從2#沉井的補(bǔ)勘結(jié)果來看，河床基巖頂呈“W”型，有利主墩基礎(chǔ)穩(wěn)定。巖面清理必須將淤泥清理干凈，防止影響混凝土強(qiáng)度，如巖面存在強(qiáng)分化巖，采用錘擊或其它方式清理干凈，確保地基承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

6 封水處理

基巖處理處理完畢后，以沉井外側(cè)為外模，沿沉井內(nèi)側(cè)約50cm處立模板，高度超過沉井刃角50cm，澆筑水下小粒徑碎石法混凝土，待混泥土達(dá)到一定強(qiáng)度后再檢查封水效果，如存在部分漏水現(xiàn)象，從漏水部位進(jìn)行壓漿封水，盡量采用干處基底找平工藝。但考慮到沉井內(nèi)外水壓差較大，若水封不住，可采用澆筑水下混凝土進(jìn)行基底找平，水下混泥土的澆筑厚度應(yīng)超過2m以上。

7 結(jié) 語

①施工難度大。侯六橋設(shè)計(jì)橋墩采用深水?dāng)U大重力式橋墩，需要進(jìn)行先基坑開挖，后進(jìn)行基礎(chǔ)施工，施工過程中的涉水深度決定施工的難易程度?；ㄍず樾钏秃?，水位受天氣、人為蓄洪量等不定因素影響，具有很多的不定因素。本工程的設(shè)計(jì)調(diào)查施工水位與實(shí)際施工水位相差較大，最小差距也接近4m左右，施工過程中兩水位差達(dá)到6m以上，施工難度大大增加，致使橋墩基礎(chǔ)的施工方案一變再變（土圍堰→土圍堰+重力式最大水壓水壓鋼筋混泥土沉井→土圍堰+重力式鋼筋混泥土沉井+鋼板樁），施工過程中最大水壓達(dá)到近12m。

侯六橋下部結(jié)構(gòu)施工期間受厄爾尼諾氣候影響，出現(xiàn)多次特大暴雨暴雨襲擊，造成先后5次水毀，給工程也造成了巨大損失。

②地理環(huán)境復(fù)雜。侯六橋施工期間，花亭湖水位明顯高于常年，造成施工水位遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原設(shè)計(jì)水位，另外設(shè)計(jì)前地勘采用以點(diǎn)代面的方式進(jìn)行取芯勘探，所得到的結(jié)果與實(shí)際相差較大。因此按照設(shè)計(jì)圖紙所做得施工方案在施工過程中進(jìn)行了兩次大的調(diào)整，同時(shí)基礎(chǔ)處理方案和墩身設(shè)計(jì)方案也進(jìn)行了重新調(diào)整。