懷邵衡鐵路沅江特大橋水中墩基礎施工方案優化

張明剛（中國鐵建大橋工程局集團第三工程有限公司，遼寧沈陽　110043）

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懷邵衡鐵路沅江特大橋水中墩基礎施工方案優化

張明剛
（中國鐵建大橋工程局集團第三工程有限公司，遼寧沈陽110043）

摘要沅江特大橋采用（60 + 100 + 60）m連續梁、（90 + 180 + 90）m矮塔加勁斜拉連續梁孔跨結構，其中有6座連續梁橋墩基礎位于水中。結合工程實際情況、工期、水文、地質等因素，參照類似工程的施工經驗對大橋深水基礎圍堰設計施工方案進行優化，并闡述了優化方案技術難點的解決方法。優化方案利用淺灘上的卵石筑島，從而將水中施工改為陸上施工，加快了施工進度。

關鍵詞橋墩基礎；深水基礎；圍堰；優化比選

1　工程概況

沅江特大橋位于湖南省洪江市安江鎮，跨越沅江。橋址下游33. 8 km為銅灣水電站，水庫正常蓄水位152. 5 m，回水長度40. 21 km，橋址上游約13 km處為安江水電站。沅江特大橋全長1 479. 61 m，里程DK38 + 568. 65—DK40 + 048. 26，孔跨樣式為7×32 m簡支梁+（60 + 100 + 60）m連續梁+（90 + 180 + 90）m矮塔斜拉橋+ 20×32 m簡支梁。7#～13#墩上部結構為連續梁和矮塔斜拉橋，其中7#～12#墩為深水基礎，施工受汛期影響大。

1. 1水中墩基礎設計參數

沅江特大橋7#～12#墩位于沅江銅灣水庫的尾水段內，采用鉆孔灌注樁基礎，設計參數見表1。橋址常水位為151. 5 m。

表1　7#～12#水中墩基礎設計參數

1. 2地質特征

橋址區河床上主要為第四系上更新統沖洪積卵石層，下伏基巖為元古界板巖、白堊系泥質砂巖、泥質砂礫巖和砂礫巖。

1. 3水文特征

橋軸法線方向與沅江河道水流方向斜交角度為18°，橋址處上游匯水面積為10 350 km2，設計流量為26 400 m3/s，設計水位158. 15 m，設計流速2. 08 m/s。橋址區地表水主要為沅江河水。河面寬494 m，水深0～12 m。其水位、流量受大氣降水影響較大，每年洪水期為5—8月，9月—次年4月為枯水期。地下水有孔隙潛水和基巖裂隙水。孔隙潛水主要分布于卵石層，透水性好，以接受河水補給為主，水位隨季節變化，其流向受地形條件控制，一般向地形低洼的水溝排泄。基巖裂隙水主要分布在元古界板巖、含礫泥質砂巖、砂礫巖裂隙中，富水性與節理、裂隙的發育程度及性狀有關，富水性一般，主要受大氣降水及河流水補給，水量不大。

2　原設計施工方案

首先，由兩側岸邊向江中墩位處搭設棧橋，小里程棧橋設置在6#～11#墩間、大里程棧橋設置在13#～12#墩間，11#～12#墩間預留150 m作為通航河道。其次，分別在7#～12#各墩搭設鉆孔平臺，進行鉆孔樁施工。最后，7#墩插打鋼板樁施作承臺，8#～12#在鉆孔平臺上拼裝鋼圍堰，整體下放到位后封底并施作承臺。

原設計方案的優點：采用雙臂鋼圍堰施作承臺，可提高圍堰的設防水位標高，受汛期影響較少。缺點：施工周期較長，無法滿足指導施組的節點工期要求；雙臂鋼圍堰投入的材料較多，不經濟；部分承臺入巖在樁基施工之前，需進行水下爆破，否則雙壁鋼圍堰無法下放。

3　施工方案優化

為滿足節點工期并從節省投入出發對原方案進行優化。根據現場地形和水深條件，充分利用7#～11#墩淺灘豐富的卵石資源，采用卵石筑島將水中墩變為陸地墩施作樁基，降低施工難度。

考慮現場的工裝、基礎地質、基坑開挖深度、江水水位標高、基礎施工周期，并結合樁基預計完成的時間（10#墩→8#墩、9#墩→7#墩、11#墩→12#墩）。承臺施工擬采用如下方案：

①完成10#墩卵石帷幕注漿圍堰及承臺施工，以總結卵石帷幕注漿圍堰的施工參數。

②8#，9#樁基完成時間基本一致。9#墩承臺底為卵石且距泥質砂巖面有5 m厚，采用鋼板樁施工可滿足其插打深度和封底厚度。9#，8#墩承臺同時施工，若采用同一措施將增加設備成本。因此，9#墩采用鋼板樁方案、8#墩采用卵石帷幕注漿方案。

③7#墩為連續梁邊墩，不制約總工期，安排在枯水期施工。在9#墩承臺完成后將鋼板樁拔除移至7#墩，采用鋼板樁圍堰施工7#墩承臺。

④11#墩因在河道中央，筑島圍堰受江水沖刷嚴重。若采用卵石帷幕注漿方案則汛期時筑島體可能被沖走，極不安全。此外，因承臺底50 cm為泥質砂巖，在前期試驗時鋼板樁在泥質砂巖中只能打入15 cm左右，無法滿足鋼板樁埋入深度及封底厚度的要求。因此，采用鋼筋混凝土沉井方案，在汛期到來前完成沉井下沉，汛期結束后施作承臺。

⑤12#墩位于沅江大里程岸邊附近，水深13. 5 m，承臺嵌巖3. 9 m，需進行水下爆破以滿足下沉鋼圍堰的施工條件，采用先樁后堰的施工方案。在12#墩大里程岸邊搭設一座大平臺，從岸邊整體推進至12#墩處。平臺兩側設置龍門吊軌道走行棧橋，樁基完成后利用2臺80 t的龍門吊將拼裝完成的鋼圍堰吊裝下沉，然后封底及施工承臺。

3. 1鋼板樁圍堰

9#墩承臺基礎施工采用鋼板樁圍堰。采用拉森Ⅳ型鋼板樁，鋼板樁插打錨固深度及內支撐參數通過結構計算確定。鋼板樁施工完畢后使用長臂鉤機開挖承臺，同時跟進施作鋼板樁的內支撐，達到標高后封底，及時施作承臺。9#墩鋼板樁圍堰設計見圖1。

3. 2卵石帷幕注漿圍堰

8#墩、10#墩樁基施工完畢后，在筑島圍堰頂面使用特種水泥膏漿將圍堰四周卵石與特種漿液固結成整體，從而形成不透水的堰體。之后使用長臂鉤機放坡開挖到標高后施作承臺。為確保承臺施工不受洪水影響，在筑島頂面施作一圈鋼筋混凝土擋水圍堰。

3. 3鋼筋混凝土沉井結合帷幕注漿圍堰

11#墩樁基施工完畢后，利用已填筑的筑島面制作鋼筋混凝土沉井，采用長臂鉤機將沉井內的卵石挖除使沉井下沉。沉井下沉至河床面后，在沉井外部進行注漿隔水處理，在沉井內部澆筑封底混凝土。沉井設計見圖2。

圖1　鋼板樁圍堰設計（單位：mm）

圖2　11#墩鋼筋混凝土沉井設計（單位：mm）

3. 4雙臂鋼圍堰

12#墩位于沅江大里程岸邊附近，水深為13. 5 m，承臺嵌巖3. 9 m，需進行水下爆破以滿足下沉鋼圍堰的施工條件，采用先樁后堰的施工方案。在12#墩大里程岸邊搭設一座大平臺，從岸邊整體推進至12#墩處，平臺兩側設置龍門吊軌道走行棧橋，樁基完成后利用2臺80 t的龍門吊將拼裝完成的鋼圍堰吊裝下沉，并封底及施工承臺。鋼圍堰設計見圖3。

圖3　12#墩雙臂鋼圍堰設計（單位：mm）

3. 5優化方案分析

優化方案的優點：筑島完成后即能開始樁基施工，節點工期得到保證；在承臺處筑島將水上作業變為陸地作業，可選用的施工設備增多，經濟性好。缺點：因筑島頂面設防水位標高不能過高，故在洪水期施工將受影響。

3. 6優化方案中技術難題的解決方法

3. 6. 1卵石及泥質砂巖地層鋼板樁施工

因填筑材料均為卵石且7#墩承臺嵌入泥質砂巖內，為保證鋼板樁插打及埋入深度，選用功率較大的振動錘；在插打時遇大塊卵石無法打入時采用復打的施工工藝，將石塊打碎后繼續施打；對7#墩承臺嵌巖部分采用旋挖鉆引孔，以確保鋼板樁打入深度及埋設長度。

3. 6. 2卵石地層鋼筋混凝土沉井下沉施工

因大粒徑卵石較多且其摩阻力較大，為保證沉井順利下沉，應注意以下3點：①選擇長臂挖掘機在沉井內刃角下部跳槽均勻開挖，下沉困難時同步清理沉井外部卵石，并配備吸泥機對開挖不到的地方采用吸泥石的方式將卵石排除；②沉井施作時外部預留泥漿槽，充當沉井外壁與卵石接觸面的潤滑劑；③因河道基巖面不平整沉井下到位后部分刃角無法與巖面密貼，故采用注漿堵漏的方式保證外部河水不會從沉井刃角與巖面的夾層中涌入。

4原方案與優化方案工期比較

原方案與優化后方案工期對比見表2。根據對現場實際施工工期的統計，優化后方案比原方案樁基施工開始時間提前40 d，圍堰注漿施工時間縮短30 d，沉井施工時間縮短15 d。水中墩基礎施工整體工期縮短45 d，為保證大橋上部施工工期提供了有利條件。

表2　原方案與優化后方案工期對比

5　結語

通過對沅江特大橋深水基礎施工方案加以優化，解決了原方案中雙臂鋼圍堰下放清基的難題，減少了大量雙臂鋼圍堰的材料。優化方案充分利用現場淺灘的卵石筑島從而將水中墩變為陸地墩，繼而采用常規的鋼板樁圍堰、鋼筋混凝土沉井圍堰并結合卵石圍堰帷幕注漿堵水的工藝，解決了常規圍堰施工漏水的難題，節省了水中墩基礎施工費用。優化方案取得了良好效果，可供類似工程借鑒。

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（責任審編李付軍）

Optimum of Construction Scheme of Pier Foundation in Water for Yuanjiang River Super-Long Bridge on Huaihua -Shaoyang -Henyang Railway

ZHANG Minggang
（Third Engineering Co.，Ltd.，Chinese Railway Construction Bridge Engineering Bureau Group，Shenyang Liaoning 110043，China）

AbstractRuanjiang river super-long bridge across Yuanjiang river takes（60 + 100 + 60）m continuous beams，（90 + 180 + 90）m low-tower cable-stayed bridge with stiffened continuous beams. Six piers supporting continuous beams are located in the water. T he deep foundation construction using cofferdam was optimized according to the project situation，time，hydrological and geological conditions，and the previous construction experience. T he solution to the construction difficulties was demonstrated in this paper. T he pebble island facilitated the foundation construction. T he transfer from deep-water construction to onshore construction contributed to shorter time.

Key wordsBridge pier foundation；Deep water foundation；Cofferdam；Optimization

中圖分類號U445. 55

文獻標識碼A

DOI:10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 06. 13

文章編號：1003-1995（2016）06-0048-04

收稿日期：2016-01-10；修回日期：2016-04-10

作者簡介：張明剛（1974—），男，高級工程師。