大橋基礎(chǔ)異型雙壁開口鋼圍堰施工技術(shù)

徐新峰 李秋林 胡 健

(1.瀘州市交通建設(shè)工程服務(wù)中心，四川 瀘州 646000；2.重慶交通大學(xué)，重慶 400074；3.重慶西南水運工程科學(xué)研究所，重慶 400042)

0 引言

隨著生態(tài)環(huán)境保護(hù)要求的提高，水下爆破河床下放鋼圍堰等傳統(tǒng)施工技術(shù)已不再使用。為解決實際工程問題，雙壁鋼圍堰[1]施工技術(shù)在各項工程中得到廣泛應(yīng)用。針對強(qiáng)沖刷地質(zhì)條件，連延金等[2]采用先平臺后圍堰的施工方法，降低了施工的安全風(fēng)險，有效提高了鋼圍堰的施工效果。于藝林等[3]在東洲湘江大橋建造過程中，在考慮深水基礎(chǔ)的施工要求和水文地質(zhì)條件下，采用雙壁鋼圍堰的結(jié)構(gòu)形式為承載施工提供了保障。羅定倫[4]論述了雙壁鋼圍堰施工技術(shù)在通江河特大橋上的應(yīng)用。這些成果為雙壁鋼圍堰施工技術(shù)在工程中廣泛應(yīng)用提供了技術(shù)及經(jīng)驗支撐。本文實踐了異型雙壁開口鋼圍堰施工技術(shù)，故對該技術(shù)的鋼圍堰下放、定位、止水等工藝過程進(jìn)行介紹和總結(jié)，為今后同類深水基礎(chǔ)工程的施工提供參考。

1 工程背景

1.1 工程概況

項目工程為主跨520m的雙塔獨柱墩中央平行索面斜拉橋，是同類型橋梁世界第一跨徑（見圖1）。

圖1 主橋建成效果圖

其中4號主墩基礎(chǔ)是項目施工的關(guān)鍵節(jié)點、難點，該基礎(chǔ)位于長江南岸沖刷側(cè)，距離岸邊40m左右，設(shè)計為19根直徑2.8m的鉆孔灌注樁，梅花形布置，樁間凈距3.0m，樁長41m，承臺高7m，塔座高2m。

1.2 地質(zhì)情況

橋區(qū)內(nèi)主要地層有新生界第四系全新統(tǒng)坡殘積層（Q4dl+el）、近代河流沖積層（Q4-2al）、崩坡積層（Q4c+dl）和中生界侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組（J2s）。4號橋墩附近地質(zhì)情況見圖2。

圖2 4號橋墩附近地質(zhì)圖

1.3 氣候情況

工程位于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，雨量充沛，四季分明，霜雪少見，具有春天天氣變化劇烈，初夏多干早，盛夏多洪澇，秋季多綿雨，冬季日照少等特點。據(jù)氣象站1961~2000年實測資料統(tǒng)計，多年平均降水量1155mm，多年平均蒸發(fā)量956.7mm，多年平均風(fēng)速1.2m/s，實測最大風(fēng)速18m/s（相應(yīng)風(fēng)向NW）。

1.4 水文情況

大橋橋位上游約44.1km處有長江瀘州水位站，工程河段下游約25.5km處有合江水位站，下游61.3km處有朱沱水文站，這三個水位（水文）站均具有較長時間的系列的水文觀測資料，可為工程河段水文分析提供基礎(chǔ)資料（見圖3）。

圖3 瀘州水位站水位過程線

1.5 施工環(huán)境

施工區(qū)位于長江南岸的河流沖刷丘陵地貌，地形陡峭，斜坡高約75m，坡度約16~35°，坡頂處較平坦，斜坡植被較發(fā)育，坡頂多開墾為旱地，兩側(cè)發(fā)育沖溝，溝內(nèi)為旱溝。河床起伏較大，南岸主墩處位于主流沖刷區(qū)域，上下高差約6m，坡度20°。承臺范圍內(nèi)主要為強(qiáng)、中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，根據(jù)地勘報告，最大天然抗壓強(qiáng)度12.86MPa，飽和抗壓強(qiáng)度8.35MPa。

中水期或洪水期水流較急（見圖4），水面比降較大。從圖4的水流流速、流向以及夾角來看，橋軸線水流流向與橋軸線法向夾角一般在8°以內(nèi)，橫向流速在0.3m/s以內(nèi)，4號橋墩附近水流流速一般在3.6m/s以內(nèi)，水流流向與橋軸線法向最大夾角一般<6°。

圖4 洪水期流速圖

2 總體施工方案

2.1 施工方案分析

橋位處于珍稀魚類核心保護(hù)區(qū)，4號主墩緊鄰航道，墩位附近有取水口，經(jīng)申報不能采用傳統(tǒng)的水下爆破[5,6]的方式開挖基巖。該大橋承臺直徑為34m，厚度為7~9m，承臺混凝土用量6355.4m3，為超大體積混凝土。該大橋承臺嵌入巖層較深，鋼圍堰不能直接下放至承臺底部，經(jīng)多方案比選，充分論證后采用“異型雙壁開口鋼圍堰+止水鋼板”工藝。鋼圍堰布置示意圖見圖5，鋼圍堰立面布置圖見圖6。

圖5 鋼圍堰示意圖

圖6 鋼圍堰立面布置圖

2.2 施工步驟分析

施工步驟見圖7。

圖7 施工步驟圖

接高12根外圍及中間3根鋼護(hù)筒后，搭設(shè)平臺，焊接圍堰拼裝牛腿和下放系統(tǒng)，同步施工棧橋平臺和定位樁，待鋼圍堰加工完成并運輸至現(xiàn)場后，利用浮吊及履帶吊進(jìn)行鋼圍堰拼裝，然后割除牛腿拼裝平臺，下放鋼圍堰；圍堰入水著床前，利用長臂挖機(jī)、沖錘及絞刀吸泥泵對河床進(jìn)行清理，對于部分孔洞，在圍堰內(nèi)外側(cè)堆碼噸袋，確保著床后封底混凝土能將鋼圍堰與巖層較好地結(jié)合；利用事先加工好的移動鉆孔平臺進(jìn)行錨固樁施工，同時再次評估巖層裂隙發(fā)育情況，錨固樁施工完成后，進(jìn)行鋼圍堰與巖層間的注漿施工。之后，進(jìn)行抽水、堵漏以及承臺基坑開挖。

3 鋼圍堰施工關(guān)鍵點

3.1 鋼圍堰下放及定位測量

在鋼圍堰下沉著床前，由于水流沖擊，鋼圍堰向下游位移，在平面上產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。為此，充分利用樁基護(hù)筒為支撐，設(shè)置防平面位移及扭轉(zhuǎn)的6套限位設(shè)施。下放鋼圍堰是由環(huán)向均勻布置的6套連續(xù)作用千斤頂同步下放，千斤頂頂端鋼絞線錨固點、千斤頂反力梁支撐面中心及鋼圍堰吊點錨固塊上的錨點，保證此三點同軸，避免下放過程中鋼絞線出現(xiàn)彎折而影響整個吊具系統(tǒng)的安全性。鋼圍堰底面、頂面中心與設(shè)計中心的偏差縱橫方向小于200mm，傾斜度不大于1/1000，平面扭轉(zhuǎn)角小于2°。

3.2 鋼圍堰止水[7,8]

根據(jù)地質(zhì)勘查報告中的4個鉆孔的柱狀圖可知圍堰施工區(qū)域巖層結(jié)構(gòu)裂隙發(fā)育較大，且覆蓋層較薄，對于鋼圍堰下沉就位后的注漿補(bǔ)漏是否有效，是保證后續(xù)圍堰內(nèi)承臺及墩身順利施工的關(guān)鍵。為保證正常施工，應(yīng)對突發(fā)狀況，事先在江岸側(cè)進(jìn)行注漿試驗，得出最佳的漿液配合比以及擴(kuò)展度數(shù)據(jù)。

3.3 鋼圍堰封堵

該工程鋼圍堰結(jié)構(gòu)無底板，澆筑夾壁混凝土?xí)r采用階梯型澆筑，因此在圍堰下放之后，12個隔艙自身的密閉性必須要得到保證，施工時采用插板方式縮小刃腳與覆蓋層（基巖）間隙。鋼圍堰下放后，圍堰外側(cè)水流湍急，流速大，潛水工無法到達(dá)，且處于斜坡上，噸袋無法簡單立足，因此考慮在鋼圍堰外側(cè)事先加工定向拋投軌道設(shè)置插板，當(dāng)發(fā)現(xiàn)鋼圍堰與河床沒有緊密貼合時，在該部位外側(cè)進(jìn)行下放插板，以作為阻擋封底混凝土外流的措施。插板用于空洞>50cm的部位，在對應(yīng)內(nèi)側(cè)，則采用潛水工進(jìn)行噸袋堆碼作為封底混凝土的阻擋措施。然后，檢查河床與圍堰銜接處是否有凸起部位，如存在凸起部位需進(jìn)行清理，不能清理的地方采取水下切割的形式，盡量使鋼圍堰底口與河床面結(jié)合良好。

3.4 鋼圍堰內(nèi)開挖堵漏

（1）圍堰與基巖連接處漏水。對于有厚層的泥沙夾層，則采用注漿固化的方式防止漏水。若發(fā)現(xiàn)大量涌水且注漿無法固化時，則采取向圍堰內(nèi)注水，保證內(nèi)外水頭差，清理松散的沙土后，再往夾層內(nèi)填塞干混凝土袋，注入化學(xué)漿液（或者雙液注漿）達(dá)到止水效果。

（2）基坑開挖及巖層漏水處治?；臃謱娱_挖第一次施工前，利用樁基孔洞作為初始作業(yè)臨空面，基巖開挖沿著承臺邊線開挖，預(yù)留2m作為圍堰底防護(hù)。開挖過程中，嚴(yán)格控制每臺階的厚度與坡度。根據(jù)地勘資料，4號主墩承臺處河床巖層裂隙較多，基坑開挖后出現(xiàn)涌水，在錨固樁施工時，可提前查看巖層裂隙發(fā)育情況，通過鉆孔查看漏水大小，若漏水嚴(yán)重，則采取注漿的方式進(jìn)行裂隙固化。該工程灌漿孔呈梅花形布置，根據(jù)巖層特性，在靠近鋼圍堰的位置，根據(jù)灌注情況增加孔位進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，降低滲透比，以保證灌漿止水的可靠性。布孔充分考慮灌漿中的“圍、堵、擠”原則，灌漿過程中先低壓從外圍灌注，待形成封閉體系后，再在中間進(jìn)行高壓灌漿。這樣可以充分提高灌漿壓力，使?jié){液在有效范圍內(nèi)擴(kuò)散和凝結(jié)，減少漿液的浪費，也可有效地提高灌漿工效。

4 結(jié)束語

四川境內(nèi)河流眾多，地形條件復(fù)雜，地震烈度高，給跨江大橋建設(shè)帶來了巨大挑戰(zhàn)。該項目基礎(chǔ)施工通過“異型雙壁開口鋼圍堰施工技術(shù)”克服了圍堰下放、定位、止水等問題，實現(xiàn)一個枯水期內(nèi)完成雙壁鋼圍堰基礎(chǔ)，發(fā)揮了“異型雙壁開口鋼圍堰”施工技術(shù)優(yōu)點，為類似跨江大橋建設(shè)提供相應(yīng)的參考。