秦嶺山區某大橋主橋深水基礎的施工

吳明玉 寧殿晶 閆亞武

隨著高速公路建設中心往中西部移動,山區高速公路逐漸增多,且對線形等要求越來越高,勢必會出現更多的深水基礎。文中研究的秦嶺山區某大橋結合山區實際在施工過程中所采用的施工技術和方案具有實用性、經濟性和科學性,施工中采用的平臺結構、吊箱結構、樁基施工工藝、河床注漿固結工藝等,在技術上有所創新和突破,對山區深水基礎施工有很強的借鑒和指導價值。

1 大型橋梁深水基礎的受力特點

1)深水基礎的穩定性與安全度,一般常受水文條件控制,所以對于橋梁深水基礎,水文條件與地質條件具有同等重要的地位;2)深水基礎除了需考慮環境水的侵蝕外,還需要考慮潮汐、洪水以及流水所夾砂石與流冰的直接碰撞、磨損等問題;3)深水基礎類型的選擇異常重要,它不僅關系到基礎造價的高低,還直接影響到橋梁工程的成敗、質量和工期;4)深水基礎應具有較高的抵抗自然災害能力,這就要求其勘測設計時做大量、細致的勘測,而深水基礎的地基勘測均需在水下進行原位勘測,工作條件差,要取得真實可靠數據難度大,這就要求其勘測手段更先進、可靠;5)深水基礎屬于水下隱蔽工程,其設計與施工時必須將水流速度、水深深度等因素及由深水所引起的其他約束條件聯系起來綜合考慮,并采取相應措施。

正因為深水基礎有如此特點,所以其不僅工程量大、造價高、工期長,它對周邊環境的影響及受地震地質的影響都較大,若基礎選型不當,帶來的風險和資源浪費將非常巨大。

2 工程概況

位于包茂高速公路段上的秦嶺山區某大橋為95 m+170 m+170 m+95 m跨徑雙薄壁高墩、深水基礎連續剛構橋。水中基礎為整體式群樁深水基礎。承臺為整體式16.2 m寬×24.5 m長×4.5 m高;基礎為嵌巖樁,樁長 49 m,樁徑2.0 m,共24根。承臺頂標高317.4 m,承臺底標高312.9 m,樁底標高263.9 m。水中主墩高72.4 m,結構為雙薄壁高墩,2.5 m寬×6.5 m長。設計最低水位：313.37 m,設計 300年一遇最高洪水位：329.37 m,設計100年一遇最高洪水位：328.37 m。路線所處區域屬長江水系漢江流域,主橋橋跨越漢江,水位受水庫控制。主墩處水深較深,25 m～40 m,水位落差約16 m,水面較寬約 320 m。

3 樁基施工方案

3.1 水中鉆孔平臺

水中平臺分為堆料停吊車區和鉆孔區,以鋼管樁和鋼護筒聯合承重,設置鋼管平聯和型鋼、貝雷分配梁。平臺頂高程為329.5 m,高于300年一遇最高水位329.37 m,鉆孔施工不受水位起降影響,可連續施工。管樁及鋼護筒在加工場分節加工完成后,運輸至碼頭,通過平板船及駁船運送至主墩處,利用20 t和42 t浮吊吊裝、現場焊接接高,90 kW振動錘沉入。通過平聯和剪刀撐連接成整體框架結構。堆料區平臺上部結構,采用20 t浮吊起吊安裝焊接成型。鉆孔平臺區通堆料平臺上布置25 t汽車吊進行材料的吊裝。貝雷片及分配梁通過U形卡固定,面板采用型鋼格構架分塊整體焊接安裝。

3.2 樁基施工

因為施工區水位落差大,覆蓋層薄,護筒入土淺,護筒沒能穿透砂卵層,為避免鉆進過程中塌孔對施工造成風險,鉆孔前對每根護筒周圍先用注漿法進行固結。

鉆孔施工采用單繩沖擊氣舉反循環鉆機進行施工;鋼筋籠在鋼筋加工場分節加工成型,分段運送至平臺,利用25 t吊車現場接高下放;混凝土在岸邊拌合站集中拌和,混凝土運輸車利用平板船運至墩位處,采用泵送灌注,混凝土輸送泵放置在獨立的浮箱上。

實踐證明,深水樁基礎采用反循環鉆進進行施工效率比正循環高得多,而且可大大減少斷樁的可能,保證成樁質量。深水樁基礎施工中由于孔深、水壓大,灌注混凝土前對導管必須做水密性試驗和承壓試驗。下放導管時,要認真檢查每個接頭有無密封圈,防止接頭間橡皮墊被導管內高壓擠爆導致進水。

4 承臺施工

4.1 鋼吊箱施工

4.1.1 鋼吊箱制作、試拼裝

1)鋼吊箱根據設計在加工場分塊制作,單塊最大重量11.4 t。根據鋼吊箱結構設計,每節鋼吊箱按照34片進行加工。2)鋼吊箱分片制作采用流水作業組織生產,每片鋼吊箱均在特制的平臺和模具上組裝焊接成型。焊接順序：外側鋼板→吊箱骨架→內側模板→骨架間加強肋。

4.1.2 鋼吊箱現場拼裝及下沉

樁基施工完成后,拆除鉆孔平臺,割除鉆孔平臺上的上平聯鋼管,在鉆孔平臺與鋼護筒間及鋼護筒間搭設牛腿作為鋼吊箱拼裝平臺,采用型鋼做分配梁。鋼吊箱加工完成后,分塊通過平板船運輸至拼裝平臺處,利用20 t浮吊和25 t汽車吊配合現場焊接拼裝,然后分兩層整體下沉。在下沉前,針對個別護筒傾斜度較大,而且吊箱下沉深度較深,達20 m,為保證吊箱一次順利下沉到位,除了要求潛水工對護筒周圍進行摸索清理外,采用水下視頻監視器對護筒逐根進行檢查監控,確保吊箱一次下沉到位。

4.1.3 鋼吊箱封底

1)鋼吊箱下沉到位并進行底板封堵板安裝后,封底前再用棉絮封堵鋼護筒同封堵板的間隙。采用剛性導管法灌注水下封底混凝土,汽車吊配合、不分倉一次性進行封底混凝土澆筑,推進過程由兩側向中間,基本對稱進行。2)封底高度3 m,混凝土方量約為870 m3,為保證施工連續,一次性澆筑完成混凝土,采用兩種方法同時進行混凝土輸送,一種為攪拌站集中攪拌供料,配備6輛攪拌運輸車,通過兩艘駁船運至現場,用混凝土輸送泵泵送,進行封底混凝土灌注。另一種是將混凝土輸送泵,泵管架設在浮橋上,混凝土直接從碼頭泵送至吊箱平臺上。3)混凝土配合比采用摻加緩凝劑,混凝土初凝時間為20 h左右,保證所有封底混凝土在混凝土初凝前澆筑完成。4)封底混凝土標高控制。澆筑過程中隨時用測繩進行測量,控制導管埋深及頂面標高。

4.2 承臺施工

承臺分兩次澆筑,第一次澆筑 2.0 m,第二次澆筑 2.5 m,大體積混凝土澆筑內布設冷卻管。承臺施工示意圖見圖1。

5 結語

本橋基礎施工的難點是：1)水文地質條件差,最大水深40 m,水位落差大,最大單日落差達14 m,覆蓋層薄,鉆孔平臺基礎搭建難度大,鋼護筒精確插打、定位難度大;2)施工區域大型設備無法到場,水上設備均通過汽運到場后現場組拼;施工場地狹小,屬山區高速,現場沒有大塊加工場地,護筒及鋼吊箱等大型鋼構件只能先加工成小件然后通過船運到現場組裝;合理組織施工生產尤為重要;3)水庫水位落差大,需合理考慮鉆孔平臺與鋼吊箱的標高;4)水中墩搭建棧橋不經濟,混凝土等施工材料供應難度大;5)深水鋼吊箱設計及下放施工難度大;6)工程位于水庫中,環保要求高。

本橋基礎施工是典型的山區水庫深水基礎施工。施工設備及大型鋼構件,先化整為零,現場再組拼成整體,有效克服了地形及運輸等困難。本橋平臺設計時平臺定標高設計在最高水位線以上,有效防止了鉆井過程中汛期水位上漲對基樁施工的影響,保證了施工的正常和連續性。根據地區特點,在正式鉆孔前先對護筒周圍采用注漿固結,有效防止了塌孔事故的發生,而且大大加快了鉆進速度,降低了施工風險。這一成功的施工措施,在類似工程條件下,可以參考使用。

[1]孫興華.沿?？蛯４笤铺卮髽蛏钏A施工技術[J].山西建筑,2008,34(16)：315-316.