阿蓬江左線大橋深水基礎(chǔ)施工方案比選應(yīng)用

楊 恩 賀 勇 林 華

（成都大西南鐵路監(jiān)理有限公司， 四川 成都 610031）

1 工程概況

渝懷鐵路增建二線阿蓬江左線大橋中心樁號(hào)ZDK302+802，全長265.9m，采用（66+120+66）m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁跨越阿蓬江，其2#主墩基礎(chǔ)位于水中，設(shè)計(jì)采用雙壁鋼圍堰施工，橋位區(qū)域規(guī)劃為Ⅶ級(jí)航道，設(shè)計(jì)施工水位H=436.98m，Q1/100=7010m3/s，H1/100=439.21m，V1/1002.9m/s，承臺(tái)底標(biāo)高為421.83m，承臺(tái)頂標(biāo)高為425.83m。

橋區(qū)地形呈V 型構(gòu)造，屬于低山侵蝕、剝蝕地貌，相對(duì)高差50～100m，自然橫坡5～40°，2#墩靠岸側(cè)方向地勢(shì)陡峭、植被發(fā)育，河床覆蓋層為〈2-1〉Q4al+pl淤泥質(zhì)軟土，下伏〈15-2〉W2 泥質(zhì)灰?guī)r，巖層產(chǎn)狀N26°E/53°NW（48°）（圖1）。

施工前經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)查和測(cè)量，橋址區(qū)兩岸無任何通道，該河段船舶只通行小型客渡船、小型漁船，水面寬90m，實(shí)測(cè)水位為430.3m，最大水深17.5m，水流緩慢，在2 墩位處河床斷面高差大，覆蓋層為0～1.5m 厚淤泥質(zhì)軟土，泥質(zhì)灰?guī)r河床底部呈斜向發(fā)育。

圖1 2#墩位處立面及地質(zhì)資料圖

2 原設(shè)計(jì)方案施工存在的困難

根據(jù)橋址區(qū)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件和調(diào)查測(cè)量結(jié)果，發(fā)現(xiàn)如果按照原設(shè)計(jì)采用雙壁鋼圍堰施工將存在如下困難：

（1）阿蓬江屬烏江支流，水域面積狹窄，水深較淺，河段內(nèi)沒有通行大型船只，鋼圍堰浮運(yùn)缺少底節(jié)拼裝場(chǎng)地也缺乏浮運(yùn)條件，同時(shí)無大噸位牽引拖船和浮吊。

（2）采用鋼棧橋及水上施工作業(yè)平臺(tái)組裝鋼圍堰，原位拼裝、吊裝就位，由于河床覆蓋層厚度約0～1.5m 的淤泥質(zhì)軟土無法維持鋼管樁承載力和穩(wěn)定，下伏泥質(zhì)灰?guī)r巖層傾角53°且河床面自然坡度較陡，鋼管樁施工入巖難度大，鋼管樁、鋼平臺(tái)及自制起吊系統(tǒng)的穩(wěn)定性存在一定安全隱患和風(fēng)險(xiǎn)。

（3）2 號(hào)墩位岸邊地勢(shì)陡峭,修建施工便道只有沿江邊開挖邊坡而建，施工場(chǎng)地狹窄與進(jìn)場(chǎng)鄉(xiāng)村道路高差達(dá)100m 左右，大噸位吊車進(jìn)場(chǎng)通行條件受限，無法到達(dá)，故難以實(shí)現(xiàn)陸上拼裝和吊裝。

（4）墩位處河床坡度較大，地形較陡，巖層傾角53°，河床基巖面大小里程方向高差達(dá)10.12m，如果采用水下爆破使基底面處于同一高程，爆破方量2000m3，爆破后鋼圍堰基底標(biāo)高控制在411.6m，鋼圍堰高度至少20.2m(施工期水位+1.5m)，工程量大，費(fèi)用高。如果采用在鋼圍堰側(cè)臂上加焊鋼管樁找平支腿支撐或高低刃腳的方法解決河床高差的問題，因高差太大施工過程中如何保證圍堰的穩(wěn)定性是個(gè)難題，施工安全風(fēng)險(xiǎn)大，而且還需大量砼填填于封底砼之下。

（5）橋位河段區(qū)域?qū)儆跐竦乇Ｗo(hù)區(qū)，河道內(nèi)魚繁殖基地較多，水下爆破對(duì)漁業(yè)資源和生態(tài)影響較大。

綜合分析，按照原設(shè)計(jì)采用鋼棧橋、水上作業(yè)平臺(tái)、雙壁鋼圍堰方案施工難度較大，現(xiàn)場(chǎng)基本上不具備施工條件。因此，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況擬定其他施工方案

3 擬定方案比選研究

3.1 擬訂方案

方案1：土圍堰+鎖口鋼管樁圍堰方案：在土圍堰上施工承臺(tái)基坑鎖口鋼管樁，之后施工橋樁，開挖基坑，在基坑內(nèi)施工承臺(tái)及下部墩柱。

方案2：土石圍堰+鋼筋混凝土咬合樁方案：在土石圍堰上施工承臺(tái)基坑混凝土咬合樁，之后施工橋墩樁基礎(chǔ)，開挖基坑，在基坑內(nèi)施工承臺(tái)及下部墩身。

方案3：土圍堰+鋼筋混凝土沉井方案：在土圍堰上施工橋墩樁基礎(chǔ)，后施工鋼筋混凝土沉井并使之下沉，沉井就位后，開挖基坑，在基坑內(nèi)施工承臺(tái)及下部墩柱。

方案4：土圍堰+鋼板樁支護(hù)方案：在土圍堰上施工橋墩樁基礎(chǔ)，后施工鋼板樁，開挖基坑，在基坑內(nèi)施工承臺(tái)及下部墩柱。

3.2 方案比選

方案1：若僅采用鎖口鋼管樁圍堰，河床覆蓋層較薄且樁尖入巖深度難以保證，影響圍堰的整體穩(wěn)定性。若在土石圍堰上施做鎖口鋼管樁，摩阻力太大，樁尖更難以入巖，故整個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性不能保證。

方案2：采用土石圍堰，承臺(tái)基坑采用鋼筋混凝土咬合樁圍護(hù)，其樁尖入巖深度和基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)剛度足以保證施工安全，在河床坡腳滑移側(cè)增設(shè)一排抗滑樁，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，但施工咬合樁和抗滑樁施做時(shí)間較長，圍護(hù)結(jié)構(gòu)投入均為一次性不可回收。

方案3：基坑深度大，土石圍堰填筑時(shí)密實(shí)度難以達(dá)到要求，加上墩位處河床基巖高差較大，在沉井下沉過程中容易發(fā)生管涌，不均勻下沉引起傾斜、偏移、扭轉(zhuǎn)等問題，河床底部泥質(zhì)灰?guī)r需要大量爆破施工使沉井下沉，影響漁業(yè)資源，存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，。

方案4：由于基坑較深，水土側(cè)壓力大，鋼板樁整體穩(wěn)定性差，剛度小，河床覆蓋層土層較薄難以保證鋼板樁入土深度，存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 方案確定

針對(duì)以上4 個(gè)方案，綜合考慮決定2#墩深水基礎(chǔ)采用方案2 即土石圍堰+咬合樁，在河床坡腳滑移側(cè)增設(shè)一排抗滑樁，該方案優(yōu)點(diǎn)如下:

（1）該方案為常規(guī)設(shè)備，便于進(jìn)場(chǎng)及停放就位，安全風(fēng)險(xiǎn)可控。

（2）2#墩下游漁灘電站為溢水壩，施工期水流緩慢，滿足土石圍堰施工條件。

（3）對(duì)河床基底無特殊要求，無需水下爆破，對(duì)漁業(yè)資源和周邊生態(tài)影響較小，施工完成后一次性挖除清理土石圍堰。

（4）土石圍堰緊靠河岸填筑，采用土石圍堰加咬合樁結(jié)構(gòu)施工，類似陸上作業(yè)，質(zhì)量、安全、進(jìn)度可控。

（5）抗滑樁樁底入巖解決了因河床底部斜向發(fā)育、巖層傾角較大，土石圍堰易沿巖層面滑動(dòng)導(dǎo)致穩(wěn)定性差的問題。

（6）咬合樁采用旋挖鉆機(jī)鋼護(hù)筒跟進(jìn)容易成孔，相鄰砼樁間部分圓周相嵌形成整體連續(xù)擋土圍護(hù)結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的防滲、防水作用。

（7）土石圍堰施工所需土石就近取材，充分利用橋墩附近隧道洞渣，不需大型機(jī)械設(shè)備，節(jié)省外運(yùn)填筑材料和大型機(jī)械設(shè)備費(fèi)用。

4 土石圍堰+咬合樁設(shè)計(jì)方案

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工狀態(tài)下圍堰及圍護(hù)樁各種工況計(jì)算，在最大水深17.5m、河床巖層傾角53°的江中填筑圍堰，用midas civil 和flac3D 針對(duì)圍堰向河床中滑移這個(gè)問題進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算，利用理正深基坑7.0 單元計(jì)算對(duì)咬合樁進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，運(yùn)用midas civil 和BIM 技術(shù)對(duì)初步設(shè)計(jì)的支護(hù)方式進(jìn)行數(shù)值模擬分析，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體驗(yàn)算和優(yōu)化，確保圍堰穩(wěn)定和咬合樁結(jié)構(gòu)受力安全可靠，土石圍堰+咬合樁方案設(shè)計(jì)方案如下：

4.1 土石圍堰

自上游開始填筑至下游，選用土:石=3:2 的填筑料。水面以上的填土分層夯實(shí)，根據(jù)阿蓬江歷年水文資料、實(shí)測(cè)水面高程和施工時(shí)間（洪水位之前墩身出水），確定堰頂標(biāo)高控制在432.0m，高出正常實(shí)測(cè)水面1.7m。堰頂34m×34m。迎水面坡度1:2，其余面坡度1:1.75，并在圍堰坡腳投放2-3m 高、1m 寬鉛絲示籠壓腳（圖2）。

圖2 土石圍堰斷面圖

4.2 抗滑樁

考慮到河床較陡，存在滲流，施工中存在動(dòng)載，圍堰存在向河中心滑移的可能，故假定回填碎石土破裂面、回填土與傾斜巖層接觸面和回填土破裂面為假定滑動(dòng)面（水位比現(xiàn)測(cè)水位下降3m 之后抗滑推力計(jì)算）。土體會(huì)沿新填碎石土內(nèi)摩擦角為破裂面滑動(dòng)?？亢觽?cè)施工21 根鋼筋混凝土抗滑樁，樁徑1m，樁長28m，入巖5m，相鄰樁間距1.2m。

4.3 鉆孔咬合樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)

填筑圍堰頂面標(biāo)高432m，承臺(tái)底標(biāo)高421.83m，位于地面下10.17m，承臺(tái)尺寸17.6m×13.6m×4m，基坑尺寸18.2×15m，根據(jù)以上設(shè)計(jì)和優(yōu)化，確定咬合樁共100 根樁，包含鋼筋混凝土樁50 根，素樁50 根（圖3）。

深基坑咬合樁施工設(shè)備采用SR360C8 旋挖機(jī)，在圍堰內(nèi)采用全鋼護(hù)筒跟進(jìn)至巖層面成孔灌注混凝土，基坑開挖后整個(gè)施工過程未出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象。

圖3 咬合樁、抗滑樁平面布置示意圖

5 土石圍堰+咬合樁施工應(yīng)用效益對(duì)比

2#墩深水基礎(chǔ)根據(jù)鋼圍堰以往工程經(jīng)驗(yàn)及工程量清單和土石圍堰+咬合樁實(shí)際完工情況，采用雙壁鋼圍堰施工需要大量的鋼材、貝雷梁、混凝土、水下爆破和大型船舶、機(jī)械設(shè)備等，達(dá)到墩柱施工條件需要8 個(gè)月，土石圍堰+咬合樁施工就近取材，利用常規(guī)設(shè)備即可完成施工，達(dá)到墩柱施工條件需要8.5 個(gè)月，工期上滯后15 天但是不影響施工節(jié)點(diǎn)時(shí)間，相對(duì)于雙壁鋼圍堰節(jié)約成本4992657 元（表1）。

表1 土石圍堰+咬合樁與雙壁鋼圍堰施工效益對(duì)比

6 結(jié)語

結(jié)合阿蓬江左線大橋2#墩深水基礎(chǔ)工程特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選定的土石圍堰+咬合樁施工方案，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)確保了深基坑開挖過程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定，不但解決了現(xiàn)場(chǎng)采用雙壁鋼圍堰難以實(shí)施的問題，而且還降低施工難度和安全風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約了工程費(fèi)用，橋梁類似深水基礎(chǔ)施工具有一定借鑒意義。