武漢鸚鵡洲長江大橋1#墩塔施工技術

莊心善，吳鏡泊，彭偉珂(湖北工業大學土木工程與建筑學院，湖北武漢　430068)

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武漢鸚鵡洲長江大橋1#墩塔施工技術

莊心善，吳鏡泊，彭偉珂
(湖北工業大學土木工程與建筑學院，湖北武漢430068)

摘要:鸚鵡洲長江大橋主橋長2 100 m，采用(200 + 2×850 + 200)m三塔四跨鋼板結合梁懸索橋。1#塔墩位于漢陽江灘護坡上，地表標高12.0～21.0 m，高差起伏較大，基礎施工對岸坡影響大，采用了“前排樁+錨桿”的結構形式以保證大堤穩定。1#墩基礎采用44根直徑2.0 m鉆孔灌注樁，鉆孔深度超過80 m，采用筑島、雙排防護樁施工方案。1#塔塔柱高達126.2 m，截面尺寸大、混凝土方量大，施工采用爬模分節段施工。1#墩鉆孔樁施工、圍堰施工與岸坡防護的相互配合、承臺大體積混凝土澆筑控溫等均是本工程的施工重點與難點。

關鍵詞:大堤穩定鉆孔灌注樁爬模分節段施工

1　工程概述

1#塔墩基礎采用44根φ2.0 m鉆孔灌注樁，樁基呈行列式布置:樁底標高為－68.50 m，樁長為75.0 m;樁底持力層為泥巖、破碎泥巖。承臺為啞鈴形，平面尺寸為67.0 m×28.0 m。承臺頂標高為+ 12.0 m，承臺厚5.5 m。為改善承臺、塔底受力，在承臺頂設3 m高塔座。承臺采用C35混凝土，鉆孔樁采用C30水下混凝土。1#塔采用鋼筋混凝土框架結構，全高126.2 m，由塔座，上、下塔柱及上、下橫梁組成。橫橋向為門式框架結構，兩塔柱間的橫向中心間距:塔頂為36.0 m，塔底為39.0 m，橫向呈1∶84.13的坡度。塔柱為箱形截面，橫橋向尺寸為5.0 m。縱橋向尺寸從頂面7.0 m變化到塔底9.0 m。下塔柱與中塔柱保持一致，其中塔柱為鋼筋混凝土結構，上下橫梁為預應力混凝土結構。

2　 1#墩基礎施工

2.1 1#墩基礎施工方案

1#墩采用先平臺后圍堰［1］的總體施工方案。1#墩位于漢陽江灘坡腳處，覆蓋層較厚，河床面自江中心向岸邊逐漸提升，墩位處河床面的順橋向標高變化較大。因此在施工過程中采取以下措施:在1#墩施工開始前，對大堤邊坡進行防護，以保證其穩定性;及時清理河床，以保證施工船舶在枯水期所需的吃水深度;采用筑島+鋼平臺［2］的施工方案，進行鉆孔施工。墩位處覆蓋層以砂層為主，采用旋挖鉆機鉆孔成樁;由于中砂層較厚，給鉆孔樁施工帶來一定的困難，故采取鋼護筒定位固壁，優質泥漿護壁施工［3］。承臺采用鋼板樁圍堰施工［4］，鋼結構平臺作為鋼板樁插打平臺，插打鋼板樁，清基封底，抽水施工承臺［5］。1#墩基礎平面布置如圖1所示。

圖1　1#墩基礎平面布置(單位:cm)

2.2 1#墩大堤防護

1#墩位于灘坡腳邊緣處，距離長江大堤較近，且江灘邊坡標高變化高達9 m，因此基礎施工開始前先需對長江大堤進行防護，以確保長江大堤和基礎施工的安全。

大堤防護是為了防止基礎施工過程中大堤的坍塌，防護結構采用“前排樁+錨樁”［6］相結合的結構形式。前排樁中心與1#墩承臺中心的水平距離為20 m，前排樁設置在江灘公園的二級平臺上，樁頂標高+ 20.8 m，樁頂設置1 m厚胸墻。錨樁中心距前排樁中心25 m，錨樁樁頂標高+ 26.0 m，樁頂設置1 m高胸墻，前排樁胸墻與錨樁胸墻間采用鋼絞線對拉。大堤防護布置見圖2。

圖2　大堤防護布置(單位:mm)

2.3 1#墩鉆孔樁施工

1#墩墩位處覆蓋土層厚為70.8～78.4 m，主要土層有粉砂、中砂、粉土、圓礫土和黏土。基巖為泥巖，巖石總體較完整，巖質較軟;局部受斷裂構造影響，巖石破碎，裂隙發育，巖石多呈碎塊狀，質軟，手可掰斷。考慮以上因素，選用2臺XRS-1050旋挖鉆機進行1#墩鉆孔樁基礎施工。

2.3.1平臺施工

由于工程施工正處在長江枯水季，具備筑島施工條件。先對圍堰范圍及邊坡表面片石進行清理，沿江灘坡面修筑“之”字形施工便道，在墩位處填土筑島，島面標高+ 17 m。筑島施工需嚴格分層填筑并碾壓，分層厚度≤30 cm。使用履帶吊配合旋挖鉆機的方法進行鉆孔作業。為防止長江漲水將島淹沒，可將島面標高加至+ 18 m。同時，在部分樁基內插入支撐鋼管，利用鋼管接高搭設施工平臺，此平臺作為鉆孔作業應急備用平臺和吸泥封底施工的鋼平臺。

2.3.2鋼護筒插打

鋼護筒在工廠制造，運輸至工地插打。鋼護筒共44根，直徑2.3 m，頂面標高+ 17 m，底標高－8 m，單根長25 m，護筒兩端及中部焊裝加強套環。在圍堰周邊插打鋼管樁作為圍堰吊掛支撐樁和安全防護樁。

2.3.3鉆孔、成樁

采用2臺XRS-1050旋挖鉆機鉆孔，分22個循環鉆孔。旋挖鉆機安裝必須穩定，島體必須排水暢通，且島面必須鋪設鋼板。鉆孔采用泥漿護壁成孔，泥漿采用膨潤土、火堿以及纖維素混合而制。在泥漿池中用攪漿機將泥漿攪拌好后，泵入孔內，旋挖鉆均勻緩慢鉆進。

2.4承臺施工

2.4.1鋼板樁圍堰施工

運用鋼板樁圍堰施工1#墩承臺，承臺底標高為+ 6.5 m，最大抽水水位為+ 22.0 m，最大抽水水頭為15.5 m。采用抗彎模量為2 700 cm3的SX27型鋼板樁，鋼板樁長為27 m，設置2道內支撐和圈梁。底層圈梁采用1.0 m×1.2 m焊接箱梁;頂層圈梁采用2HW 588×300型鋼。由于圈梁尺寸較大，而承臺邊與樁基的凈距較小，因此鋼板樁圍堰距承臺邊間距設定為1.25 m。

鋼板樁組拼前，選擇、整修鋼板樁，將長度相同的每3塊鋼板樁套連成組，同時將瀝青、黃油混合物嵌入鎖口內。檢查鋼板樁兩邊鎖口，用弧形夾箍將鋼板樁夾成與內導環相符的弧度;最后用竹竿塞棉絮后，外面再涂1道桐油灰或防水油膏處理鋼板樁組鎖口［7］。

將牛腿焊接在鋼護筒上，以安裝頂層圈梁和內支撐作為鋼板樁插打導向，并作為鋼板樁圍堰直接承受鋼板樁傳來的水、土壓力的支撐。

鋼板樁合龍后，采用高壓水槍配合泥漿機，利用2 臺80 t履帶吊機和1臺塔吊，清理圍堰內基底面至設計標高，再進行圍堰內混凝土封底。采用水下混凝土對圍堰封底，待封底混凝土強度達到設計要求后，開始抽水，抽水完成后，拆除鉆孔平臺。

2.4.2承臺施工

1#墩承臺混凝土為C35，混凝土量7 274.2 m3，按照大體積混凝土施工工藝施工［8］，須按規范或設計要求采取保溫和降溫措施。澆筑承臺，由承臺實際尺寸與圍堰平面定位誤差確定立模位置。按設計要求分2次澆筑承臺混凝土，第1層3.0 m，第2層2.5 m。承臺布置如圖3所示。

圖3　承臺布置(尺寸單位:cm;高程:m)

由于承臺一次性澆筑約4 000 m3混凝土，水化熱較高。為控制承臺混凝土內部因水化熱引起的絕熱溫升，防止因混凝土內外溫差過大而產生裂紋，施工中必須采取如下措施保證承臺混凝土澆筑質量。

1)合理選擇原材料，優化混凝土配合比

選用水化熱較低的水泥。采用級配良好的5～25 mm碎石，減小針狀、片狀、石粉含量。選用優質中砂，含泥量＜1%。在混凝土中摻入Ⅰ級粉煤灰，從而減少水泥用量;在承臺混凝土中摻用高效減水劑，延長初凝時間，滿足混凝土設計強度，延緩水泥水化熱峰值出現的時間。混凝土坍落度應控制在18～20 cm，和易性好，不泌水，利于泵送。

2)埋置冷卻水管

通過冷卻水管的循環冷卻水，經熱交換作用，由循環水帶出混凝土體內水化熱產生的熱量，降低混凝土內部的溫度，以減小內外溫差。冷卻水管進口設有調節流量的閥門，冷卻水管安裝后，進行通水壓力檢驗，以免滲漏。每層循環冷卻水管被澆筑的混凝土掩蓋并振搗完畢后，即可在該層循環冷卻水管內通水。一般情況，冷卻水的流量越小，則進出水的溫差越大，出口水溫度越高，這將會影響冷卻水和混凝土的熱交換，使帶出的熱量減少。因此，要通過水閥，調整循環水流量，并作好進出口水溫記錄。

3)分層澆筑

混凝土應水平分層、斜向分段澆筑，從而增大散熱面積，延長澆筑時間，使混凝土部分熱量充分散發到空氣中。

4)降低混凝土入模溫度

水泥水化熱的絕熱溫升、澆筑溫度、結構物的散熱溫降等溫度的疊加會影響混凝土的內部溫度。因此，可在混凝土中加冰塊或選在低溫時段拌制混凝土，從而降低入模溫度，達到控制混凝土內部溫度的效果。

5)保濕蓄熱養護

蓄熱養護可以減少混凝土表面的熱量擴散，避免表面產生裂縫。保濕養護可以防止混凝土表面因脫水而產生干縮裂縫，并可使水泥水化作用順利進行，從而提高混凝土的極限抗拉和抗壓強度。

3　 1#墩塔柱施工

3.1塔柱施工方案

1#塔混凝土塔柱采用翻模+爬模的施工方案［9］，上下橫梁均采用現澆支架施工。下塔柱內外模采用翻模施工，中塔柱、上塔柱內外模采用液壓爬模施工。下橫梁與塔柱之間采取異步法施工，即先施工塔柱，再單獨施工下橫梁;上橫梁與塔柱同步澆筑施工。1#塔柱施工平面布置如圖4所示。

圖4　1#塔柱施工平面布置

3.2塔吊布置方案

1#墩塔柱在上、下游各布置1臺300 t·m塔吊，同時輔以履帶吊和200 t浮吊配合，滿足塔柱施工的需要。

3.3液壓爬模施工方法

液壓自爬模主要分為模板系統、預埋系統、液壓系統和支架系統4部分。液壓自爬模的動力來源是本身自帶的液壓頂升系統，通過液壓系統可使模板架體與導軌間形成互爬，從而使液壓自爬模穩步向上爬升，液壓自爬模在施工過程中無需其它起重設備，操作方便，爬升速度快，安全系數高［10］。

塔柱爬模施工工序:混凝土澆筑完畢→拆模后移→安裝附屬裝置→提升導軌→爬升架體→綁扎鋼筋→模板清理刷脫模劑→埋件固定在模板上→合模→澆筑混凝土。

3.4塔柱施工

1#塔塔柱共分21個節段施工，每個節段高6 m(第1和第21節高6.1 m)，爬模標準高6.15 m，采取上留10 cm下包5 cm澆筑接高。下橫梁采用現澆支架施工，在承臺上搭設鋼管立柱+鋼箱梁作為施工現澆支架。下橫梁分2次澆筑成型，首次澆筑高4 m，第二次澆筑高3 m。上塔柱采用爬模法施工，每6 m一個節段。為保證塔柱線形，上塔柱需設置塔柱橫撐，邊塔上塔柱共設置4道鋼管橫撐，約20 m一道。上橫梁采用現澆支架施工，在塔柱上設置預埋件，采用低合金鋼軍用梁作為現澆支架施工。

4　結論

鸚鵡洲長江大橋1#墩塔施工規模大，混凝土用量3.4萬m3，鋼材用量3 461.8 t。其結構復雜，工程質量要求高，且要考慮到洪水、航運、地質、周邊施工環境等客觀因素對施工的影響。施工過程中通過嚴密施工組織，合理配置施工設備，規范施工技術及施工工序，工程原材料嚴格實施先檢驗后使用原則，有效保證了1#墩塔施工的安全、質量和工期目標。

參考文獻

［1］時一波，何少華，劉榮，等.武漢鸚鵡洲長江大橋1#墩塔鋼板樁圍堰施工關鍵技術［J］.中外公路，2014(1):225-227.

［2］何樹凱.跨江大橋水中基礎施工方案設計［J］.世界橋梁，2014，42(2):52-56.

［3］林禮進.優質泥漿在旋挖鉆孔灌注樁護壁中的應用［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2013，40(11):57-60.

［4］李迎九.鋼板樁圍堰施工技術［J］.橋梁建設，2011，41(2):76-79.

［5］孟凡超，王仁貴，徐國平，等.公路橋涵設計手冊——懸索橋［M］.北京:人民交通出版社，2011.

［6］周洪波，黃勝生.錨樁法單樁靜載試驗中群樁相互作用及誤差分析［J］.巖土力學，2004，25(10):1613-1616.

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［8］夏其良.泥漿護壁混凝土灌注樁的施工及檢測［J］.鐵道工程學報，1995(1):112-118.

［9］蔡凡杰，胡厚蘭.滑模與爬模施工工藝在橋梁高墩施工中的運用［J］.公路，2013(6):68-71.

［10］尹振君.黃岡公鐵兩用長江大橋橋塔液壓爬模施工技術［J］.世界橋梁，2015，43(1):18-22.

(責任審編趙其文)

Construction Technology of No.1 Pier Tower of Wuhan Yingwuzhou Yangtze River Bridge

ZHUANG Xinshan，WU Jingbo，PENG Weike

(School of Civil Engineering＆Architecture，Hubei University of Technology，Wuhan Hubei 430068，China)

Abstract:Yingwuzhou Yangtze River Bridge，with 2 100 m main bridge span using(200 + 2×850 + 200)m，is a suspension bridge using three towers and four-span steel composite girder.T he 1#tower pier section is located on Hanyang marshland slope，with surface elevation 12.0 m through 21 m.T he great elevation difference has side effect，the construction of foundation affecting the slope.T hus，“front row pile + anchor rod”structure was used to ensure the embankment stability.1#pier foundation uses 44 2.0-m-diameter bored piles and the drilling depth is more than 80 m.Island was built and double-line protect piles were used.T he 1#tower is 126.2 m high，resulting large sectional dimension and concrete volume;thus，segmental climbing formwork was used.T he cooperation of the 1#pier bored piles construction，cofferdam construction and slope protection，and temperature control in mass concrete pouring of the bearing platform are the keys and difficulties of the project.

Key words:Embankment stability;Bored pile;Segmental climbing formwork construction

作者簡介:莊心善(1964—)，男，教授，博士。

基金項目:湖北省教育廳自然科學基金(D20081408)

收稿日期:2015-10-19;修回日期:2015-12-22

文章編號:1003-1995(2016)03-0050-04

中圖分類號:U443.38

文獻標識碼:A

DOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2016.03.12