某工程基礎(chǔ)及鋼圍堰設(shè)計(jì)與施工

付祥能

（重慶城建控股（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，重慶 400021）

1 背景工程簡介

高家花園嘉陵江大橋復(fù)線橋是嘉陵江上在建橋梁，緊臨原高家花園嘉陵江大橋，主橋跨度與原高家花園大橋一致，均為140+240+140m，橋型為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋，主橋P9#墩位于嘉陵江中心部位，枯水期P9#墩附近河床裸露，車輛可從沙濱路到達(dá)基礎(chǔ)部位。P9#墩下部承臺與原高家花園大橋承臺相距僅5m。復(fù)線橋基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為樁承臺結(jié)構(gòu)，樁為12根φ2.8m鉆孔灌注樁，樁長均為16m，承臺尺寸為25×18×5m矩形承臺。承臺底標(biāo)高為+159.951m，承臺處河床面標(biāo)高約為+165m，承臺處地質(zhì)條件為上部2m砂卵石覆蓋層，下部為泥質(zhì)砂巖和砂巖。承臺處水位情況為每年2-5月為枯水期，最枯水位可低至+163m左右，6-8月為天然洪水期，水位可漲至標(biāo)高+183m以上，漲水時(shí)間不長，洪水期過后水位一般維持在+170m左右，進(jìn)入10月為三峽庫區(qū)蓄水期，直至次年2月，蓄水期水位約+175m。

2 方案擬定

根據(jù)工程情況，一般在枯水期制作安裝鋼圍堰，在鋼圍堰上搭設(shè)沖孔平臺，進(jìn)行樁基沖孔施工，如采取這樣的施工安排，樁基沖孔施工時(shí)間較長，需在洪水期施工樁基礎(chǔ)，增大了樁基礎(chǔ)施工的安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)對施工進(jìn)度不利。結(jié)合類似工程施工經(jīng)驗(yàn)及該工程實(shí)際情況，決定采取在枯水期（2-5月）基坑開挖后先采用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行樁基旋挖鉆孔施工，在一個(gè)月內(nèi)施工完樁基礎(chǔ)，樁基施工完成后進(jìn)行鋼圍堰安裝，并同時(shí)進(jìn)行承臺鋼筋綁扎，在5月份同時(shí)完成承臺施工和鋼圍堰安裝。洪水期間在鋼圍堰保護(hù)下進(jìn)行墩柱施工，同時(shí)在墩身施工時(shí)密切注意水位情況，在洪水期可暫停墩身施工，向鋼圍堰內(nèi)灌水，以保證洪水期鋼圍堰安全，在水位下降時(shí)再將鋼圍堰水抽出恢復(fù)墩身施工，根據(jù)以往洪水情況，洪水期水位一般維持2～3d，洪水期后即下降至+170m以下。

3 基坑開挖及旋挖鉆孔施工

高家花園復(fù)線橋主橋P9#墩基坑上部為2m覆蓋層，下部為巖層，由于靠近老橋，采取鑿巖機(jī)進(jìn)行巖石鑿除，然后采用自卸汽車運(yùn)出場外。

樁基在基坑開挖完成后采用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行旋挖鉆孔施工，巖石基礎(chǔ)不存在塌孔情況，直接在基礎(chǔ)上定位進(jìn)行鉆進(jìn)[1]。該工程樁基直徑較大，采取小鉆頭鉆孔、大鉆頭擴(kuò)孔的方式分次鉆進(jìn)，最后形成樁孔。經(jīng)實(shí)際施工證明，采用旋挖鉆孔進(jìn)行樁孔施工，速度非常快，平均24h即可完成一根樁，大大節(jié)約了施工工期。

樁孔完成后即可進(jìn)行樁基鋼筋的安裝和樁基混凝土的灌注，該工程地處河床，樁基成孔后巖石裂縫的影響會有水進(jìn)入樁孔，因此工程采用水下混凝土進(jìn)行灌注。

4 鋼圍堰設(shè)計(jì)及施工

4.1 鋼圍堰設(shè)計(jì)

考慮到鋼圍堰需度過洪水期及三峽庫區(qū)蓄水期，結(jié)合水位情況，鋼圍堰頂標(biāo)高定為+176m，高于三峽庫區(qū)蓄水期水位1m，在洪水期如果水位漲至+175m以上，暫停墩柱施工，向鋼圍堰內(nèi)灌水以保證鋼圍堰安全。鋼圍堰底標(biāo)高為157.951m，低于承臺底標(biāo)高2m，用作2m封底混凝土，鋼圍堰總高度為176-157.951=18.049m。采用雙壁鋼圍堰形式，圍堰長33.05m，寬21.6m，高18.049m，壁厚1.5m，靠近原老橋一側(cè)設(shè)計(jì)為矩形，遠(yuǎn)離老橋的上游側(cè)設(shè)計(jì)為圓端型，作為迎水面，鋼圍堰內(nèi)空設(shè)計(jì)比承臺寬5cm。

鋼圍堰主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)組成如下：

內(nèi)外面板厚6mm，除在封底混凝土范圍內(nèi)可不設(shè)置外，其余均設(shè)置；

水平環(huán)板厚12mm，寬度200mm，豎向最大間距1.5m，最小間距0.5m；

水平桿件用75x75x8mm角鋼，水平最大間距1.0m，為每一平環(huán)板上布置；

豎向桿件用10號槽鋼，水平間距0.5m，為全高度布置；

隔倉板用10mm鋼板，用于雙壁圍堰內(nèi)外面板的連接，位置與內(nèi)支撐對應(yīng)；

豎向支撐梁用2肢45號工鋼組合梁，與水平內(nèi)支撐桿對應(yīng)；

圖1 鋼圍堰平面布置圖

圖2 鋼圍堰立面布置圖

水平支撐桿用Φ630x10mm鋼管，分三層形成井字架支撐在豎向組合梁上。

封底墊層混凝土采用C35混凝土，厚度為2m，基坑面積內(nèi)全部進(jìn)行澆筑。

鋼圍堰壁間填充混凝土采用C30混凝土，填筑高度4.5m。

見圖1、圖2。

4.2 鋼圍堰計(jì)算

4.2.1 計(jì)算模型

采用有限元軟件進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)建模，以便對結(jié)果進(jìn)行整體分析、優(yōu)化，隔艙混凝土采用實(shí)體單元，面板及水平環(huán)板采用面單元，其余采用梁單元[2]，有限元模型如圖3。

圖3 鋼圍堰模型圖

4.2.2 計(jì)算工況

承臺施工完成，鋼圍堰安裝完成，鋼圍堰外水位+175m，鋼圍堰內(nèi)無水，鋼圍堰內(nèi)外水位差10m。

4.2.3 計(jì)算荷載

水壓力荷載：圍堰外水位+175m，圍堰內(nèi)承臺頂面標(biāo)高為+164.951m，則圍堰內(nèi)外水位差約10m，在模型上采取壓力荷載加載在圍堰外面板上。

自重荷載：在模型中，按1.05的自重系數(shù)加載自重荷載。

水流荷載：水流速度取ν=5m/s，圍堰外水位標(biāo)高+175m，沖刷線水位標(biāo)高+165m，按照《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》公式進(jìn)行計(jì)算[3]，則流水壓力為：

流水壓力作用于水面至河床底面高度1/3處，流向與圍堰長邊平行。計(jì)算結(jié)果見表1

表1 鋼圍堰各結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果表

4.3 鋼圍堰安裝

鋼圍堰為異性結(jié)構(gòu)，總重量約400t，為方便安裝及圍堰的整體性，圍堰高度上分四節(jié)段進(jìn)行，第一節(jié)、第二節(jié)高為3.6m，第三節(jié)高為5.4m，第四節(jié)高為5.487m，總高18.087m，考慮到吊裝和加工的實(shí)際情況，每節(jié)段分17塊，節(jié)塊最大重量約9.576t。

由于鋼圍堰安裝時(shí)間位于枯水期，大型起重設(shè)備可到達(dá)P9#墩基礎(chǔ)部位，采用大噸位汽車吊或履帶吊進(jìn)行吊運(yùn)安裝，安裝順序從下游至上游方向分兩個(gè)作業(yè)面進(jìn)行。豎向上按第一至四節(jié)段依次進(jìn)行。每節(jié)段逐塊安裝并作適當(dāng)?shù)暮附右孕纬蓢攮h(huán)狀，然后全面焊接形成整體穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，每節(jié)段圍堰環(huán)狀符合要求后再進(jìn)行上節(jié)段的安裝完成。

鋼圍堰焊接十分重要，需對各個(gè)環(huán)節(jié)加強(qiáng)控制，在制作和安裝過程嚴(yán)格把關(guān)，保證鋼圍堰焊接質(zhì)量和使用安全。

對于第一節(jié)鋼圍堰的安裝，應(yīng)嚴(yán)格控制好鋼圍堰的平整度和垂直度，否則將影響下一節(jié)段的安裝。需采取臨時(shí)支撐、支墊和作業(yè)平臺等措施，確保鋼圍堰結(jié)構(gòu)、尺寸、平整度和垂直度等安裝質(zhì)量符合要求。

安裝完成第一、二節(jié)段后，圍堰高度將大于承臺頂面高度，經(jīng)檢查符合要求后，即可進(jìn)行承臺施工，同時(shí)對鋼圍堰第三、四節(jié)段進(jìn)行安裝，采用同時(shí)作業(yè)的方式以節(jié)約工期。

5 現(xiàn)場進(jìn)度情況

高家花園復(fù)線橋主橋P9#主墩基礎(chǔ)施工實(shí)際進(jìn)度如下：

2014年2月5日進(jìn)場；

2014年2月5-2014年2月8日便道施工；

2014年2月8日-2014年2月18日基坑開挖；

2014年2月18日-2014年3月18日樁基旋挖鉆孔施工；

2014年3月18日-2014年3月28日鋼圍堰第一、二節(jié)安裝；

2014年3月28日-2014年4月2日封底混凝土澆筑；

2014年4月2日-2014年5月5日承臺施工，同時(shí)進(jìn)行鋼圍堰安裝；

2014年5月5日高家花園P9#主墩下部基礎(chǔ)及鋼圍堰施工完成。

6 結(jié)語

根據(jù)實(shí)際施工進(jìn)度可看出，項(xiàng)目部采取上述施工方法，于2014年5月5日完成了鋼圍堰及樁基承臺施工，避免了在洪水期搭設(shè)樁孔平臺施工樁基礎(chǔ)的問題，保證了工程進(jìn)度和施工安全。

本文通過對高家花園嘉陵江大橋復(fù)線橋P9#墩基礎(chǔ)及鋼圍堰設(shè)計(jì)施工方面的闡述，為以后類似工程提供一定的參考價(jià)值。

[1]交通部第一公路工程總公司.公路施工手冊·橋涵（下冊）[M].北京：人民交通出版社，2007.

[2]周水興.路橋施工計(jì)算手冊[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3]中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院.公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2004.