武漢青山長(zhǎng)江公路大橋19號(hào)主墩基礎(chǔ)施工關(guān)鍵技術(shù)研究*

李 勇

（中鐵大橋局集團(tuán)第一工程有限公司，河南 鄭州 450053）

1 工程概況

武漢青山長(zhǎng)江公路大橋是武漢市四環(huán)線跨越長(zhǎng)江的控制性工程，大橋按雙向8車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)速100km/h。大橋主橋?yàn)椋?50+938+350）m鋼箱及鋼箱結(jié)合梁斜拉橋，橋塔為A型鋼筋混凝土主塔。

主橋19#南主墩基礎(chǔ)采用60根Φ2.5m變徑鉆孔樁基礎(chǔ)，梅花形行列式布置，樁長(zhǎng)92m（上部25m為Φ3.0m，下部67m為Φ2.5m）；承臺(tái)為啞鈴型結(jié)構(gòu)，總平面尺寸為98.9m×39.5m，厚9m，兩端為Φ39.5m的圓形結(jié)構(gòu)，中間采用系梁連接。

墩位地質(zhì)自上而下地層為粉細(xì)砂層（+15m～-10m）、粉質(zhì)黏土（-10m～-17m）、圓礫土層（-17m～-22m）、泥質(zhì)粉砂巖、微弱膠結(jié)砂巖、弱膠結(jié)砂巖（-22m～-89m抗壓強(qiáng)度約2MPa）。

2 總體施工方案

19號(hào)主墩基礎(chǔ)施工前，先采用雙排鉆孔樁加固岸坡，其后在長(zhǎng)江枯水期進(jìn)行墩位清淤以及吹填筑島形成鉆孔平臺(tái)，采用1臺(tái)500t履帶吊機(jī)輔以1臺(tái)EP800型免共振電動(dòng)錘整根插打鋼護(hù)筒，再利用4臺(tái)TR460D型大型旋挖鉆機(jī)施工鉆孔樁，最后逐根插打圍堰鎖口鋼管樁，采用干挖+水下吸泥組合方式進(jìn)行堰內(nèi)取土，封底完成后逐層施工承臺(tái)。

3 基礎(chǔ)施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 岸坡防護(hù)

由于19號(hào)主墩基礎(chǔ)位于長(zhǎng)江南岸自然斜岸坡上，坡體高約13m，坡度25°～60°，植被稀疏，崩塌跡象明顯?；A(chǔ)施工時(shí)，勢(shì)必對(duì)岸坡產(chǎn)生較大影響，為保證邊坡安全以及抵抗圍堰取土后的不平衡土壓力，基礎(chǔ)施工前采用雙排鉆孔灌注樁對(duì)岸坡進(jìn)行加固防護(hù)。

3.2 吹填筑島

（1）方案設(shè)計(jì)?？紤]到基礎(chǔ)施工正處于2015年長(zhǎng)江枯水期，為給大型旋挖鉆機(jī)施工鉆孔樁創(chuàng)造更有利條件，19#墩鉆孔施工平臺(tái)采用吹填筑島方案，變水上施工為陸上施工。墩位筑島平面尺寸為118.8m（橫橋向）×70.7m（縱橋向），吹填最大深度為15m。平臺(tái)臨江側(cè)及上下游均插打鎖口鋼管樁作為支護(hù)及防沖刷結(jié)構(gòu)，鋼管樁外側(cè)拋填片石反壓護(hù)坡。

（2）施工控制關(guān)鍵措施。①由于墩位處原有砂石料碼頭，鉆探發(fā)現(xiàn)錨鏈、片石等阻礙，后續(xù)鋼護(hù)筒插打、鉆機(jī)鉆孔的障礙物較多，墩位區(qū)域吹填之前，先進(jìn)行清淤、清障。②吹填區(qū)域先插打平臺(tái)外側(cè)支護(hù)鎖口鋼管樁（φ820mm×16mm），樁間鎖定形成閉合水域，同時(shí)在下游側(cè)留一出水孔，以便平臺(tái)內(nèi)部吹填時(shí)平臺(tái)內(nèi)多余水體流出。③支護(hù)樁內(nèi)側(cè)管袋吹填鋪設(shè)與外側(cè)片石反壓同步，防止支護(hù)樁因內(nèi)外不平衡壓力過(guò)大失穩(wěn)。④吹填過(guò)程中，每日測(cè)量分析吹填水域及支護(hù)樁外圍河床標(biāo)高，準(zhǔn)確掌握水下沖刷情況，確保結(jié)構(gòu)安全。

3.3 大直徑鉆孔樁成孔

（1）鉆機(jī)選型。通過(guò)分析19#墩地質(zhì)條件，并結(jié)合國(guó)內(nèi)類似地質(zhì)成孔經(jīng)驗(yàn)，大型旋挖鉆機(jī)具備成樁的可行性。為驗(yàn)證大型旋挖鉆機(jī)成孔的可行性，2015年7月29日至8月2日在19#墩墩位附近采用1臺(tái)TR460D型旋挖鉆機(jī)開展了試樁工作，歷時(shí)4d，實(shí)際成孔深度達(dá)110.2m，成孔后采用超聲波檢孔儀進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果表明，成孔深度達(dá)到19號(hào)主墩的設(shè)計(jì)孔底高程，孔徑均大于2.5m，垂直度為0.32%，各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。試樁結(jié)果說(shuō)明大型旋挖鉆機(jī)具備成孔條件，且工效顯著。

（2）大直徑鋼護(hù)筒整根制作、插打。鋼護(hù)筒直徑φ3m、壁厚25mm，單根總長(zhǎng)41m，采用螺旋焊接工藝在工廠內(nèi)整根卷制成型?，F(xiàn)場(chǎng)利用定位架進(jìn)行鋼護(hù)筒定位，通過(guò)1臺(tái)500t履帶吊機(jī)和1臺(tái)EP800型無(wú)極可調(diào)免共振電動(dòng)振動(dòng)錘配合整根插打，插打作業(yè)過(guò)程最大吊重130t。首根鋼護(hù)筒采用開挖埋設(shè)定位法施工，后續(xù)鋼護(hù)筒施工時(shí)，以首根鋼護(hù)筒為錨固點(diǎn)焊接型鋼形成定位架后插打。在鋼護(hù)筒插打下沉過(guò)程中，利用2臺(tái)全站儀對(duì)鋼護(hù)筒的垂直度進(jìn)行持續(xù)觀測(cè)，并通過(guò)吊機(jī)擺動(dòng)調(diào)整鋼護(hù)筒下沉姿態(tài)，確保鋼護(hù)筒插打垂直度滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。通過(guò)后期成孔檢測(cè)，60根鋼護(hù)筒垂直度均小于5‰，最大偏位＜10cm。

（3）鉆孔。①優(yōu)質(zhì)泥漿配置及循環(huán)系統(tǒng)。在19號(hào)主墩岸邊上下游各設(shè)置1座泥漿二級(jí)循環(huán)存放池，單池容量1200m3，滿足4臺(tái)旋挖鉆機(jī)鉆孔需求。泥漿采用鈉基膨潤(rùn)土制漿，并摻合工業(yè)用氫氧化鈉、纖維素，以改善泥漿性能，獲得更佳使用效果，其配合比為水∶膨潤(rùn)土∶堿∶纖維素=650∶1000∶6∶3。②成孔。19號(hào)主墩鉆孔樁施工采用4臺(tái)TR400D型旋挖鉆機(jī)，在上、下游啞鈴區(qū)域分別布置2臺(tái)旋挖鉆機(jī)鉆孔時(shí)按照2根樁距間隔施工（兩孔凈間距為9.8m）。根據(jù)鉆孔樁的變直徑設(shè)計(jì)以及鉆進(jìn)進(jìn)度需要，在鉆進(jìn)中分別采用φ2.9m、φ2.5m、φ1.8m共3種鉆頭分級(jí)鉆進(jìn)，同時(shí)特制導(dǎo)正鉆頭確保樁孔變徑處同心。

3.4 大型鎖口鋼管樁圍堰施工

（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。19號(hào)墩鎖口鋼管樁圍堰布置呈啞鈴型，圍堰平面尺寸101.6m×44.1m，圍堰內(nèi)尺寸較承臺(tái)外邊大1.0m，滿足立模及施工空間需要。圍堰由274根（Φ820mm×18mm單根長(zhǎng)33m、材質(zhì)Q345Dd）鎖口鋼管樁、3層箱型內(nèi)支撐、2層內(nèi)支撐聯(lián)結(jié)系和5.5m厚封底混凝土等結(jié)構(gòu)組成。

（2）施工方案。鎖口鋼管樁圍堰采用先插打鋼管樁，后拼裝圈梁及內(nèi)支撐，接高鋼護(hù)筒，逐層吸泥下放圈梁到位的總體施工方案。圍堰內(nèi)取土根據(jù)長(zhǎng)江水位、圍堰內(nèi)水位、施工效率情況不斷調(diào)整，先后采用普通挖機(jī)和長(zhǎng)臂挖機(jī)干挖取土、吸泥泵和空氣吸泥機(jī)水下吸泥的組合式取土方案。吸泥到位后，下放底隔艙板將圍堰分成2個(gè)艙，逐艙封底。

（3）關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新。①圍堰鎖口鋼管樁受土體與長(zhǎng)江水雙重側(cè)壓力，為解決鋼管樁局部受力偏大的難題，通過(guò)在管樁母管內(nèi)部開槽插板、外表面貼焊圓弧板等方式有效改善了鎖口鋼管樁整體受力。②結(jié)合圍堰管樁現(xiàn)場(chǎng)插打垂直度、偏位等實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，在CAD中進(jìn)行三維模擬管樁空間姿態(tài)，在加工廠內(nèi)特制“上寬下窄”的加寬型和箱型鎖口樁，滿足圍堰合龍需要，取得了很好的止水效果。③圍堰圈梁平面結(jié)構(gòu)尺寸大，底中層圈梁總重達(dá)1100t，采用可實(shí)現(xiàn)位移、油壓雙控的國(guó)內(nèi)先進(jìn)PLC同步控制系統(tǒng)整體下放，實(shí)現(xiàn)了下放過(guò)程精準(zhǔn)控制，確保了大節(jié)段、大噸位圈梁同步下放的安全。④圈梁創(chuàng)新性地采用“鋼筋支撐+土工布”灌縫抄墊工藝，將箱型圈梁與圓形管樁的線接觸變?yōu)槊娼佑|，增加了傳力面積，改善了結(jié)構(gòu)整體受力，且該項(xiàng)灌縫工藝施工籌備快、可操作性強(qiáng)、資源投入少，能夠在干作業(yè)環(huán)境下快速施工。⑤圍堰吸泥根據(jù)不同施工階段，采用了挖掘機(jī)干挖取土、人工高壓射水吸泥、淺水船載浮式吸泥、深水空氣吸泥機(jī)水下吸泥等組合方式，提高了施工工效，確保了吸泥清基質(zhì)量，為粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂、圓礫土等不同地層吸泥積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

3.5 承臺(tái)大體積混凝土溫控

（1）澆筑批次。承臺(tái)及塔座高9m，設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為C45，方量22127m3，上下游啞鈴區(qū)域各分三層澆筑成型，單次澆筑方量最大為4000m3。

（2）夏季大體積混凝土主要溫控措施。①混凝土配合比設(shè)計(jì)中使用42.5中熱硅酸鹽水泥。為了驗(yàn)證42.5中熱硅酸鹽水泥的使用效果，項(xiàng)目委托科研單位做了多組對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果表明，中熱硅酸鹽水泥3d水化熱為206kJ/kg，7d水化熱為247kJ/kg，較普通硅酸鹽水泥明顯降低。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，同時(shí)使用了性能穩(wěn)定、減水率高的聚羧酸高效減水劑，有效降低每方混凝土水泥用量，進(jìn)一步降低混凝土的水化熱溫升。②承臺(tái)及塔座表面增設(shè)防裂網(wǎng)。在承臺(tái)側(cè)面及塔座頂面增設(shè)防裂鋼筋網(wǎng)（φ7mm、網(wǎng)格間距100mm），以提高結(jié)構(gòu)表面混凝土抗裂性能。③使用模板布。承臺(tái)側(cè)面及塔座頂面模板內(nèi)側(cè)加貼模板布，利用模板布的吸水排氣作用，進(jìn)一步提高砼表面密實(shí)性、增強(qiáng)抗裂性能。④混合料降溫。混凝土拌制前，對(duì)料倉(cāng)存放的粗骨料進(jìn)行灑水降溫，對(duì)運(yùn)輸粉煤灰、外加劑及減水劑運(yùn)輸車外表面進(jìn)行沖水降溫。在拌合水池中加入冰塊降溫，同時(shí)向混凝土運(yùn)輸車外部灑水，降低混凝土在運(yùn)輸過(guò)程中的溫升速率，確?；炷寥肽囟炔怀^(guò)25℃。⑤加設(shè)冷卻水管。大體積混凝土的溫度控制按照“內(nèi)降外保”的原則進(jìn)行。承臺(tái)塔座內(nèi)部布設(shè)φ50mm（層間距及同排間距1m）鋼質(zhì)冷卻水管循環(huán)通水冷卻，承臺(tái)、塔座與圍堰之間蓄水覆蓋保溫。混凝土澆筑過(guò)程中，冷卻水管覆蓋一層通水一層，并根據(jù)溫度監(jiān)控結(jié)果動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)各進(jìn)水口流量，確?；炷羶?nèi)外溫差及升降溫速率滿足監(jiān)控要求。⑥信息化監(jiān)控。為準(zhǔn)確測(cè)量、監(jiān)控承臺(tái)砼的內(nèi)部溫度，指導(dǎo)砼的通水養(yǎng)護(hù)，確保承臺(tái)塔座大體積砼的施工質(zhì)量，混凝土內(nèi)預(yù)先布置了大量測(cè)溫元件，并通過(guò)一臺(tái)數(shù)據(jù)處理終端實(shí)時(shí)監(jiān)控。

通過(guò)上述一系列溫控措施的有效運(yùn)用，承臺(tái)內(nèi)部實(shí)際溫峰最大63℃，結(jié)構(gòu)表面未發(fā)現(xiàn)肉眼可見裂紋。

4 結(jié)束語(yǔ)

武漢青山長(zhǎng)江公路大橋在19號(hào)主墩基礎(chǔ)施工過(guò)程中，首創(chuàng)“鎖口鋼管樁+土工管袋”吹砂筑島施工工藝，變主墩基礎(chǔ)水上施工為陸地施工，提高了施工效率，降低了基礎(chǔ)施工安全風(fēng)險(xiǎn)；首創(chuàng)大直徑變截面旋挖鉆深水基礎(chǔ)施工工藝，為長(zhǎng)江流域首次采用大型旋挖鉆機(jī)施工，創(chuàng)造了83d施工完成60根大直徑超長(zhǎng)樁深水基礎(chǔ)施工記錄；在世界最大、入土最深鎖口鋼管樁圍堰施工中，創(chuàng)新了異形合龍樁、圈梁整體下放、土工布填縫等技術(shù)；在大體積承臺(tái)施工中，使用了中熱水泥、模板布、無(wú)線溫控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等一系列新材料、新工藝，解決了大體積混凝土易開裂的難題。武漢青山長(zhǎng)江公路大橋在19號(hào)主墩基礎(chǔ)施工中采用的先進(jìn)工藝和管理措施，為后續(xù)同類型橋梁基礎(chǔ)施工提供了寶貴借鑒。