武穴長江大橋南索塔基礎(chǔ)施工方案研究

徐恩科

（中國鐵建大橋工程局集團(tuán)有限公司 天津 300300）

1 工程概況

武穴長江公路大橋主橋采用雙塔雙索面混合梁斜拉橋，橋跨布置為（80+290+808+75+75+75）m，全長1 403 m。南索塔樁基礎(chǔ)為36根直徑3.0 m、長59 m的嵌巖樁，啞鈴型布置；承臺為矩形（61.8 m×22.8 m×7 m），承臺底標(biāo)高+31.0 m。主墩平面見圖1。

2 工程難點(diǎn)

（1）16#主塔基礎(chǔ)所處位置地質(zhì)不穩(wěn)定。地質(zhì)層自上而下為當(dāng)?shù)厮槭庸鰲壛隙逊e層，層厚5～16 m；強(qiáng)風(fēng)化砂巖夾頁巖厚30～40 m；中風(fēng)化砂巖夾頁巖。碎石堆積層松散、不穩(wěn)定，與強(qiáng)風(fēng)化層間有一條滑動面，滑動趨勢為向下（長江方向）。樁基施工時(shí)的機(jī)械振動、設(shè)備荷載，承臺澆筑時(shí)的砼荷載都會對滑動面產(chǎn)生擾動，存在沉降、滑塌隱患，安全風(fēng)險(xiǎn)高（見圖2）。

圖2 地質(zhì)構(gòu)造斷面

（2）橋基礎(chǔ)所處位置地形復(fù)雜。16#主塔基礎(chǔ)60%位于岸邊陡坡上，陡坡坡度＞45°，現(xiàn)場高差較大。樁基施工需要填高修筑施工場地或下挖修筑施工場地，且工程量大；原地面標(biāo)高比承臺底設(shè)計(jì)標(biāo)高高11.3 m，承臺施工需要開挖深基坑，安全風(fēng)險(xiǎn)高。

（3）橋基礎(chǔ)所處位置場地狹小。16#主塔承臺小里程側(cè)瀕臨長江，大里程南邊跨側(cè)29 m處為設(shè)計(jì)富池二級路（標(biāo)高+46.5），主塔施工場地狹小，施工受限。尤其在樁基施工時(shí)，考慮將大里程側(cè)作為施工進(jìn)出場道路和機(jī)械設(shè)備臨時(shí)停放、材料臨時(shí)堆放場地，泥漿池只能布置在線路左右兩側(cè)，泥漿循環(huán)距離長、清渣效果差。

3 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

基礎(chǔ)施工主要難點(diǎn)是大斜坡的邊坡穩(wěn)定，原邊坡角度為36°。根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》碎石層邊坡穩(wěn)定計(jì)算，取碎石層沿強(qiáng)風(fēng)化層滑動面［1］。

邊坡穩(wěn)定系數(shù):

其中邊坡角度θ＝36°，碎石為稍密～中密，根據(jù)參考值取內(nèi)摩擦角φ＝36°，碎石黏聚力為0。邊坡穩(wěn)定系數(shù)KS＝1，邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》［1］，邊坡采用平面滑動法計(jì)算時(shí)，最低穩(wěn)定系數(shù)按三級邊坡取值為KS＝1.25，原邊坡不滿足穩(wěn)定要求，且在樁基及承臺施工時(shí)，因承臺第一層混凝土荷載，邊坡下滑力KS，邊坡穩(wěn)定系數(shù)遠(yuǎn)不能滿足要求［2］。

因此，在基礎(chǔ)施工時(shí)，為滿足邊坡穩(wěn)定要求，需增設(shè)邊坡處理措施。

4 場地處理方案

針對主塔施工場地狹小受限、地形地質(zhì)復(fù)雜等工程特點(diǎn)，從加固與清除兩個(gè)角度考慮，基礎(chǔ)施工提出了三個(gè)施工方案:鋼管抗滑+注漿加固方案、清除+鋼平臺方案、清除+擋墻回填方案。綜合考慮樁基鋼筋籠深入承臺錨固長度，三個(gè)方案的樁基施工平臺標(biāo)高均定為+34.0 m。

4.1 鋼管抗滑+注漿加固方案

首先開挖施工平臺，插打φ108×6 mm鋼花管，入強(qiáng)風(fēng)化基巖5 m；然后利用鋼花管進(jìn)行注漿，將碎石層與強(qiáng)風(fēng)化基巖、鋼管固結(jié)成整體，起到抗滑加固作用，防止碎石層滑塌［3-5］。

從現(xiàn)有地面標(biāo)高+42.5 m開挖至樁基施工平臺+34.0 m，對承臺范圍內(nèi)強(qiáng)風(fēng)化基巖部分采取先開挖至+31.0 m，然后再利用碎石回填至+34.0 m，減少成樁后承臺基坑開裂對樁身混凝土質(zhì)量影響。

承臺范圍采用潛孔鉆鉆孔，深入強(qiáng)風(fēng)化層5 m，打入鋼花管；同時(shí)采用人工挖孔法施工樁基，鋼護(hù)筒跟進(jìn)，入巖＞5 m，利用鋼花管注漿。注漿前應(yīng)先進(jìn)行現(xiàn)場注漿試驗(yàn)，注漿參數(shù)應(yīng)通過現(xiàn)場試驗(yàn)按實(shí)際情況確定。注漿后將碎石堆積層固結(jié)，鋼管將碎石層與強(qiáng)風(fēng)化基巖穿插成整體，鋼管參與抗剪，抵抗碎石堆積體整體滑塌趨勢。施工方案流程見表 1［6-7］。

表1 鋼管抗滑+注漿加固方案流程

續(xù)表1

4.2 清除+搭設(shè)鋼平臺方案

對承臺坐落在碎石層部分，利用搭設(shè)平臺進(jìn)行鉆孔樁和承臺施工，施工時(shí)施工荷載直接傳遞至鋼護(hù)筒上，不對碎石層產(chǎn)生受力影響。鋼護(hù)筒采用人工挖孔壓進(jìn)的方法，鋼護(hù)筒跟進(jìn)至強(qiáng)風(fēng)化層5 m后，在鋼護(hù)筒上焊接牛腿，搭設(shè)鉆孔平臺，鉆孔平臺標(biāo)高+34.0。鉆孔施工完成后，切除牛腿下放鋼平臺至標(biāo)高 +31.0，進(jìn)行承臺施工［8-9］。

先將碎石層開挖至+29.3 m，然后進(jìn)行人工挖孔，跟進(jìn)鋼護(hù)筒，搭設(shè)鉆孔樁平臺；插打門吊走道鋼管樁，進(jìn)行鋼管錨固樁施工；拼裝門吊，沖擊鉆成孔；下放平臺，搭設(shè)承臺施工平臺，最后施工承臺。施工流程見表2。

表2 清除+平臺方案施工流程

續(xù)表2

4.3 清除+擋墻回填方案

施工場地按照1∶1坡率放坡開挖防護(hù)，由現(xiàn)有地面+42.5 m標(biāo)高向下開挖，臨江側(cè)承臺范圍內(nèi)在開挖至+34.0 m標(biāo)高后，繼續(xù)開挖清除碎石堆積體至強(qiáng)風(fēng)化基巖面，根據(jù)設(shè)置擋土墻的需要開挖至標(biāo)高+17.6 m。強(qiáng)風(fēng)化基巖做反向臺階開挖處理，臺階寬4.5 m、高2.5 m，向內(nèi)有4%坡度，利于后期回填碎石土整體穩(wěn)定［10-12］。

在開挖完成后，分層施工13.4 m（按詳勘地質(zhì)資料估算）高衡重式C20砼擋土墻，在擋墻施工過程中分層回填碎石土碾壓夯實(shí)處理，并逐節(jié)埋設(shè)鋼護(hù)筒，根據(jù)回填情況逐節(jié)接高。鋼護(hù)筒為一次性永久結(jié)構(gòu)。

承臺范圍繼續(xù)填筑3 m至標(biāo)高+34.0形成施工平臺進(jìn)行鉆孔樁施工。樁基施工完成后，開挖基坑進(jìn)行承臺施工。施工流程見表3。

表3 清除+擋墻回填方案施工流程

續(xù)表3

5 方案比較

5.1 施工難易程度及安全性比選

表4為各處理方案的施工難易性及施工安全性對比。對比可以看到各處理方案都具有可操作性，各有優(yōu)缺點(diǎn)。相對而言，方案二安全風(fēng)險(xiǎn)較大。

表4 各處理方案施工難易程度及安全性對比

5.2 工期比選

表5為各處理方案工期的對比，從表中分析得到清除+搭設(shè)鋼平臺方案工期最短，但三個(gè)方案工期相差不大，方案二工期優(yōu)勢不明顯。

表5 各處理方案工期比選分析

續(xù)表5

5.3 經(jīng)濟(jì)比選

各邊坡處理方案經(jīng)濟(jì)性對比見表6，從表中可以看出清除+擋墻回填方案最經(jīng)濟(jì)，最節(jié)省成本。

表6 各處理方案經(jīng)濟(jì)性對比

6 結(jié)束語

通過對三個(gè)方案的施工難易性、安全性、工期、經(jīng)濟(jì)性對比可得出結(jié)論:三個(gè)方案技術(shù)上都可行，工期相差不大，但方案三，即清除+擋墻回填方案所用成本最少，最為節(jié)省。因此，綜合施工從安全、經(jīng)濟(jì)合理、岸坡防護(hù)、永臨結(jié)合等角度考慮，武穴長江大橋南索塔基礎(chǔ)邊坡處理采取清除+擋墻回填方案最為經(jīng)濟(jì)、可靠。