涪秀鐵路橋梁深水基礎施工創(chuàng)新技術

李勇海，楊嘉毅，項遠方

(1.中鐵四局集團第二工程有限公司，江蘇 蘇州 215131； 2.寧波市鎮(zhèn)海雄鎮(zhèn)建設投資有限公司，浙江 寧波 315000)

1 工程概況

涪陵烏江右線大橋是渝懷鐵路涪陵—梅江段增建二線規(guī)模最大、結(jié)構(gòu)最復雜的橋梁工程，主橋采用(98+192+94)m連續(xù)剛構(gòu)跨越烏江主航道(見圖1)，常年有千噸級貨輪通航。其中，3號主墩位于烏江航道深水區(qū)，基礎為樁基承臺基礎，鉆孔樁直徑為2.5m，樁長為14m，順橋向3排，每排4根，共計12根；承臺平面尺寸為19.6m×14.4m，高4m，封底混凝土厚度為3m。設計水深達37m，設計最大流速v=3.95m/s，基礎采用圓形雙壁鋼圍堰先堰后樁法施工。鋼圍堰外徑28m，內(nèi)徑25m，高38.4m，豎向分為6節(jié)段，每節(jié)段水平分為16塊，單塊圍堰最大重16t，總重達1 350t(見圖2)。圍堰艙內(nèi)填充混凝土，填充高度為7m，采用C30水下混凝土。

圖1 主橋縱斷面(單位：cm)

圖2 鋼圍堰立面構(gòu)造

因烏江航道長期規(guī)劃需求，3號主墩施工前需進行水下爆破施工，最大爆破深度為12m，爆破方量達1.5萬m3。

2 深水基礎爆破施工技術創(chuàng)新

2.1 “三維數(shù)字化”水下地形精準測量

為滿足水下爆破精度要求，水下地形測量采用國內(nèi)先進的單波速測深儀配備RTK-GPS對爆破區(qū)域河床進行三維坐標測量，測點間距為0.5m，測量精度可達±1cm，測量數(shù)據(jù)經(jīng)軟件處理后，可直觀展現(xiàn)不同位置河床標高及基坑爆破效果(見圖3)，可用于精確指導鉆孔孔深及基坑超欠挖控制，提高了深水傾斜裸巖河床及爆破基坑測量精度和效率。與傳統(tǒng)的施工方法相比，其具有測量精度高、測量速度快、施工成本低等特點[1]。

圖3 水下地形軟件處理效果

2.2 航道區(qū)鉆爆船“六纜定位法”施工

根據(jù)鉆爆設計圖紙確定爆破范圍，在GPS的指引下開動電絞錨機移動船只，鉆爆船初定位完成后，鉆爆船拋設六具錨，首尾兩具中錨，兩側(cè)共兩具邊錨。鉆爆船展布采用六纜定位法，即2根主纜，兩側(cè)各設2根邊纜。在通航兩側(cè)均使用沉鏈，沉鏈因自重沉入水下，不會影響過往船舶通航，解決了繁忙航道正常通行條件下鉆爆船高精度定位難題(見圖4)。

圖4 鉆爆船施工定位

2.3 “潛孔鉆機雙向定位法”施工

水下爆破鉆爆船施工中，鉆爆船定位系統(tǒng)由縱向滑移軌道、橫向滑移軌道、液壓動力系統(tǒng)及RTK-GPS 4部分組成。當船舶粗定位完成后，4臺鉆機根據(jù)孔距沿縱向滑移軌道、橫向滑移軌道進行前后、左右平面精確定位，過程中采用RTK-GPS對平面位置進行復測，可在0.5h內(nèi)完成4臺鉆機的定位工作，提高了潛孔鉆機定位速度及精度，效率較傳統(tǒng)定位方法有了很大提高(見圖5)[2]。

圖5 潛孔鉆機多向定位

2.4 深孔一次爆破到位、分階段清碴施工方法

針對傾斜裸巖特點，創(chuàng)新采用平面分區(qū)、豎向深孔一次爆破剝離到位的施工方法，實現(xiàn)了爆破速度快、易于清碴、坑底平整度良好、封航時間短，相對于傳統(tǒng)的豎向分層爆破具有爆破經(jīng)濟效益高、爆破效果好的特點(見圖6)[3-4]。

圖6 水下爆破方式示意

水下爆破完成后，采用“分階段不同機械清碴法”，清碴初期采用8m3梅花形抓泥船，抓斗最大抓碴直徑為5m，體量大，效率高，每小時可清碴400m3，但基底精度控制能力較差，用于前期大面積清碴。

清碴后期采用“八字形”抓泥船，配備2臺大小不同的抓斗，1臺抓斗最大抓碴量為6m3，1臺抓斗最大抓碴量為2m3，配備河床掃測系統(tǒng)，清碴高度控制精度高，確保了后期水下基坑基底及周邊精確清碴。

3 大型雙壁鋼圍堰施工技術創(chuàng)新

3.1 創(chuàng)新設計一種下水托盤裝置

綜合考慮鋼圍堰首節(jié)自重、拼裝效率及下水托盤強度、剛度、自重、下水場地平整量、托盤回收等限制條件，采用MIDAS Civil軟件對下水托盤裝置進行設計，下水托盤采用“雙支雪橇板桁架式”結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)布置如圖7所示[5]。

圖7 鋼圍堰首節(jié)拼裝下水托盤結(jié)構(gòu)布置

托盤形式根據(jù)日常生活中雪橇板的原理，將下水托盤設計成雙支雪橇板形式，通過托盤底部氣囊滾動的方式下水，有效解決了現(xiàn)有無底鋼圍堰多采用固定式下水滑道或全底面鋪設鋼板和分配梁，自重大、回收困難、對場地要求嚴格的弊端，同時兼具受力均勻、剛度大的特點[6]。

3.2 創(chuàng)新設計一種單拖單綁浮運安裝方法

在首節(jié)鋼圍堰浮運過程中，為減少對烏江主航道的影響，創(chuàng)造性地采用鋼圍堰單拖單綁的浮運安裝方式。通過選取合適船型的拖船、幫船，并在雙壁鋼圍堰外壁板上設置一定數(shù)量的爬耳，通過纜繩多方位連接固定幫船和拖船之間，以使雙壁鋼圍堰、拖船和幫船三者相對穩(wěn)定，形成一個整體結(jié)構(gòu)，通過拖船帶動幫船，幫船帶動雙壁鋼圍堰行駛。在鋼圍堰浮運期間占用航道的寬度為幫船寬度+鋼圍堰直徑(見圖8)。與傳統(tǒng)占用航道寬度為拖船寬度+幫船寬度+鋼圍堰直徑相比，減少了鋼圍堰浮運期間占用航道的寬度，降低了鋼圍堰浮運期間對航道運營和過往船只的影響，有效解決了航運繁忙、區(qū)域狹小的航道在鋼圍堰浮運時禁航的難題[7]。

圖8 鋼圍堰浮運示意

3.3 創(chuàng)新設計一種鋼圍堰精準定位著床控制方法

深水基礎水下爆破、清碴完成后，開始鋼圍堰的定位、著床作業(yè)施工，為了解決傳統(tǒng)鋼圍堰定位采用多艘定位船進行水平定位，采用隔艙均勻注水控制垂直度的著床方式帶來的航道安全風險問題，創(chuàng)新采用了通過錨環(huán)配合岸邊地錨、水中錨碇精確調(diào)整鋼圍堰的平面位置，通過千斤頂精確調(diào)整鋼圍堰的垂直度，采用承載鋼管樁適應爆破基坑不平整基巖的方式定位(見圖9)。該方法具有安全風險低、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便快捷可靠、鋼圍堰著床精度高的特點，有效解決了由水下爆破基底不平整造成平面位置及垂直度偏差大的問題[8]。

圖9 鋼圍堰精準定位示意

4 結(jié)語

涪陵烏江右線大橋3號墩鋼圍堰施工中采用的深水裸巖基礎水下精準爆破技術、大型雙壁鋼圍堰下水托盤設計、大型雙壁鋼圍堰浮運技術及鋼圍堰精準著床等創(chuàng)新技術，具有安全、高效、快捷、精度高等特點，保障了深水基礎鋼圍堰的安全順利施工，為大橋后續(xù)樁基、墩柱及上部結(jié)構(gòu)的施工奠定了堅實基礎，其創(chuàng)造性的施工理念可為同類橋梁施工提供參考。