喀斯特地貌深水無覆蓋層樁基承臺施工技術

　　摘要：喀斯特地貌深水無覆蓋層樁基承臺施工是一個技術難題。文章通過北崖龍江大橋深水裸巖樁基礎的施工經驗，證明該橋所采取的沖樁平臺與拼裝套箱相結合的施工工藝是成功的。
　　關鍵詞：樁基礎；深水無覆蓋層；平臺；拼裝套箱；橋梁施工
　　
　　一、工程概況
　　
　　中鐵七局集團武漢公司承建的北崖龍江鐵路大橋，為國家重點工程黔桂擴能改造QG3標段的工程之一，地處典型喀斯特地質區。該橋與河道成15°交角，橋跨：1×24m+4×32m+1×24m，上部為簡支T梁結構，下部為圓端形橋墩。3#、4#兩橋墩位于河道主槽，承臺平面尺寸7.6×7.3m，厚2.5m，承臺底面位于常水位以下3.5m，樁基為10根φ1.5m鉆孔灌注樁，按嵌巖樁設計。龍江是一條貫穿桂西的主河道，所在位置具有典型喀斯特地貌，該河河床風化沖刷嚴重，形成光板河床，基巖裸露極不規則呈狼牙狀。龍江還是一條溝壑式的河流，水流比較深且急，枯水期水深高達10m-13m，最大流速3.2m/s。
　　
　　二、施工方案比選
　　
　　水上樁基施工首先要解決的是水上施工的作業平臺和樁基成孔的護筒，而在裸露巖石上如何保證平臺的穩定、護筒的固定及密封性，是必須解決的兩大技術難題。兩水中墩于2006年1月28日開工，龍江江河水雨季水位變化大，上升快，下部結構必須在3月底前完成，故在2月底前必須完成樁基及承臺施工。北崖龍江大橋無覆蓋層樁基施工時采用的是板凳平臺，即在巖石上搭設鋼管平臺的方法，中鐵七局三公司在類似地質條件下施工時曾采用過雙壁鋼圍堰的施工技術。
　　在方案討論階段，經鐵道部大橋局、黔桂鐵路建設指揮部、中鐵七局指揮部等有關專家研究，提出了采用預制套箱、板凳平臺、雙壁鋼圍堰、射水沉井、筑島圍堰等多種有價值的方案。考慮到快捷和少用機械設備等因素，確定以預制套箱和板凳平臺作為施工應用方案。在此基礎上，項目部會同有關部門又組織了專題討論，最后確定采用沖樁平臺與拼裝套箱相結合的方案施工。
　　
　　三、現場調查
　　
　　為了詳細了解無覆蓋層處墩位下的河床地形情況，項目部組織了幾次潛水摸探后，因河床突石林立，決定對
　　河床進行小范圍的突石爆破，降低河床標高，使后續的沖樁平臺和套箱施工不受影響。
　　
　　四、沖樁平臺設計及施工
　　
　　在平臺的設計時，經過比較后選定了如圖1所示的結構。
　　
　　平臺設計完成后，開始著手施工。施工步驟為：在起重船四個角上各安裝卷揚機，并在河岸上在起重船四個角方向做四個固定點，用鋼絞線連接卷揚機和固定點，使船能在一定范圍能自由定位（須保證平臺范圍包括在內）；根據設計的沖樁平臺與橋墩樁基的關系，計算出第一排各樁和第一列各樁平面坐標（計算的坐標點為圖2中虛線與各小鋼管的交點，也即小鋼管的內側）；就位后，馬上用震動錘將其固定。因每個樁都要靠起重船定位，故根據三點構成一個穩固平面的原理，在小鋼管樁的外側另立兩個小鋼管樁，三者通過鋼花管連接，使第一個小鋼管樁能立于預定的位置，不易走位。而起重船能進行下個樁的施作（如圖3）；和定位第一個小鋼管樁一樣的方法定位第二個小鋼管樁，放下并用震動錘固定后，用四根I20工字鋼上下平行、中間對撐的方法連接兩者，使第二個小鋼管樁穩固（如圖4）；如此施作第三個樁、第四個樁，從而完成第一排樁的施工；再在該排樁的垂直方向上，根據計算的數據，在預定位置放下一個小鋼管樁，施作如前。并如前用I20工字鋼與第一個樁連接，使其與該排樁形成點線關系，構成一個穩固面。然后拆除最初兩個起穩固作用的樁（如圖5）；其余各樁，根據平面幾何位置關系，同樣采用鋼管緊貼船壁定位的方法，逐個完成定位并通過I20工字鋼上下平行、中間對撐連接，使全部16個樁形成一個穩固的整體；復核平臺位置，滿足樁施工要求。沖樁平臺搭建完成（如圖1）；施工時須注意，各鋼管的連接工字鋼可通過在鋼管軸線上鑿槽或加墊槽鋼的方法，使其盡量在同一水平面上，而不影響下步工序的進行。
　　
　　五、樁基施工簡況
　　
　　本工程無覆蓋層的3#、4#號墩均采用沖擊式鉆機進行成孔，平臺上安排2臺沖孔機，用粘性土造漿，利用平臺上相鄰護筒作泥漿池和沉淀池，進行反循環清孔排渣。每樁從開孔到灌注完混凝土平均約需5d。從6個墩24根樁施工來看，除4#樁因地質巖層與設計圖紙不符，清孔時因泥漿比重不足導致風化砂巖局部塌方外，整個施工階段無平臺滑動、泥漿泄漏等現象，證明平臺穩定性、護筒的密封性均相當好。
　　
　　六、拼裝套箱設計及承臺施工
　　
　　套箱分底模與四面側模兩部分，共5塊模板構成。在套箱的設計時，主要是考慮模板抗側水壓力以及抗水浮力進行加固。
　　套箱是為施工承臺而設的。承臺的施工：沖樁完成后，對拆除中間的四個小鋼管樁，把加工好的底模用起重船吊起、定位；每個大護筒對稱掛兩個5t的絞手鏈，共10個絞手鏈，與底模連接，完成后，撤去起重船；通過絞手鏈放下底模，達到預定標高（在水面以上，便于安裝側模即可），使用起重船對四面側模進行安裝，為防止滲水，模板間用海綿填塞；安裝完側模后，再通過絞手鏈放下底模，達到預定標高（比設計承臺底標高底30cm），因前期已經進行過河床處理，底摸就位順利；用30cm×20cm×6mm的鋼板連接大護筒與設在底模的連接柱，使底模能抗水浮力（如圖6），完成后撤去絞手鏈；采用混凝土對套箱進行封底（混凝土面在設計承臺底標高以下），達到一定強度后抽出套箱內河水（如圖6）；再在連接柱的下部與大護筒間再焊接30cm×20cm×6mm的鋼板，然后將上面的連接柱燒割拿掉；對承臺進行澆注，完成承臺施工。
　　封底混凝土施工：為了固定護筒底部及防止樁基礎施工時鋼護筒底腳處發生漏漿現象，也為防止河水進入套箱影響承臺質量，在套箱內澆筑水下封底混凝土。封底混凝土采用C20，通過計算封底的混凝土方量將厚度控制在30cm以內。封底混凝土用導管法多點灌注，使混凝土能均勻、快速的封閉底模，減少不利影響。
　　
　　七、結語
　　
　　綜上所述，采用沖樁平臺與拼裝套箱相結合的施工技術處理喀斯特地貌深水無覆蓋巖層地質，總體工藝流程可歸納為：根據樁基布置設計沖樁平臺及拼裝套箱→探摸河床地形→搭設平臺→樁基成孔混凝土灌注→套箱預制→套箱就位→水下封底混凝土灌注→澆注承臺混凝土。該技術工藝簡單、施工進度快、成本低，材料利用率高是一種值得推廣的施工技術。由于時間緊，該工藝可能還存在許多值得改進的地方，對不同的施工環境條件也有不同的適應性，希望大家在類似的施工中不斷改進提高，為我國的橋梁建設做出新的貢獻。
　　（作者單位：中鐵七局集團武漢公司）