濟南黃河特大橋主橋水中基礎施工技術

孫宇

摘要： 介紹了濟南黃河特大橋主橋水中基礎施工采用的水上棧橋、水中平臺、氣舉反循環鉆機鉆孔、鋼板樁圍堰、大體積混凝土施工等關鍵技術。施工方案選擇合理，針對性強，簡便實用，易于操作，結構受力明確，降低了施工成本，很好的解決了該橋水中基礎施工難題，對同類工程有很好的借鑒作用，可以推廣應用。

Abstract： This paper introduces the key technologies of water bridge， water platform， air lift reverse drilling rig drilling， steel sheet pile cofferdam and mass concrete construction in the construction of water main foundation of Jinan Yellow River Long Span Bridge. The construction scheme is reasonable， targeted， simple and practical and easy to operate， and it has clear force structure， reduces the construction cost， and provides a good solution to the bridge water foundation construction and gives similar projects a good reference， so its application can be promoted.

關鍵詞： 特大橋；水中基礎；施工技術

Key words： long span bridge；foundation in water；construction technology

中圖分類號：U445.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）15-0123-03

1 工程概況

京滬高速鐵路濟南黃河特大橋起訖里程DK406+918.874～DK412+062.274，總長5143.4m。主橋采用（112+3×168+112）m下承式等高度連續性梁柔性拱鋼桁梁橋，主橋墩為0-5號，0#承臺位于北岸淤背區，1#、2#承臺位于主河槽（常年有水），其它承臺主要分布在南岸灘地。1號墩與2號墩均采用28根？準2.5鉆孔灌注樁，鉆孔樁長分別為90m、102m；承臺厚度6.0m，平面尺寸為42.5×23.3m。

橋梁位于山東省濟南市槐蔭區，地層結構主要是第四系河相粉質土結構，其間多夾粉、細、中沙及粉土、薄層粘土或透鏡體，其中覆蓋層40m以下分布著姜石層。橋梁設計水位34.960m，最高通航水位34.460m，河流每秒平均流速為2.07m，在枯水期，黃河只有主河槽有水，設計施工洪水位30.500m，現場探測墩位水深約5m。其中1、2號承臺位于黃河主河槽，承臺底面標高21.0m，一般水位為25.0～30.5m。

2 方案確定

2.1 施工通道方案

由于黃河水流流速較高，冬季還存在流冰現象，加之黃河調水調沙40天左右以及夏季洪水期等影響因素，建造浮橋式施工通道既不安全，又要考慮諸多不確定性的因素。經過討論之后決定施作以貝雷梁鋼棧橋為主的施工棧橋作為施工通道。棧橋橋面底部標高按施工期間設計洪水位30.5m考慮，設計為32.3m。設計總長為總長321m的棧橋，采用2×18+5×18+5×18+5×18+1×15）m的結構設計，橋面寬8m。橋梁下游與橋梁中心平行布置棧橋通道（間距為28.5m），并將其連接鉆孔平臺。在施工過程中，在橋體鉆孔樁、承臺基礎施工期間所需物料的運輸，以及南北岸施工運輸，均要通過該棧橋通道。棧橋橋面應該與鉆孔樁平臺持平，以便于物料運輸更加便捷。該棧橋通道上部采用4榀單層雙排8片貝雷縱梁。按2.45m的距離控制榀間距，按0.45m控制各榀雙排貝雷梁間距，再通過10號槽鋼加工支撐架按3m間距橫向連成整體；分配橫梁采用25a型工字鋼按0.375m的間距的間距設計而成；橋面系鋪8mm壓花鋼板[1]；鋼管樁基礎一律按？準630×10mm的結構設計進行控制。

另外，為了確保基礎結構滿足整體性設計要求，每排橋墩的鋼管均用18號槽鋼設置剪刀支撐連接成整體，每排墩采用4根鋼管樁；墩頂橫梁采用40b型工字鋼。棧橋按固定間距布置一條5cm寬的溫度縫，一方面提高棧橋對溫度變化的適應能力，另一方面使鋼構件及貝雷梁的陰陽頭斷開，不使用連接銷軸即可將陽頭套在陰頭內[2]。（圖1）

2.2 樁基施工方案

水中墩鉆孔樁采用固定平臺施工，鉆孔樁相鄰樁之間距離比較窄，鉆機作業時容易出現平臺管樁沉陷、孔壁坍塌等問題，因此主梁必須采用大跨貝雷梁結構設計，并在承臺尺寸外3.6m的位置設置鋼管樁（鋼管樁長27m，入土深度控制在18m左右），中間部分采用護筒保護。[3]固定平臺采用47m×33m的平面結構，平臺基礎采用63根？準630×10mm鋼管樁施作而成，按30根樁×2排布置在承臺兩側（用剪刀撐連接各鋼管樁，以確保平臺基礎更加穩定），另外3根樁布置在平臺和棧橋連接的部位進行基礎加強。施作樁基礎平臺時，在順橋軸線方向兩根樁頂布置2I40b工字鋼作小墊梁，再在15組小墊梁上（與橋軸線垂直的方向）設置通長的2I40b工字鋼作為上墊梁，并焊接牢固。將長33m的貝雷梁按兩片一組，用“U”型螺栓在上墊梁上安裝15組，用標準花架連接各梁。

另外，為了對縱梁橫向穩定性進行加強，用[10槽鋼進行剪刀撐固定相鄰的兩組縱梁。12組2I40b工字鋼用“U”型螺栓安裝在與橋軸線垂直的貝雷梁上作為次梁。平臺平面系采用I32a工字鋼按0.4m的梁間距布置成分配梁，然后將δ8壓花鋼板鋪設在分配梁上作為面板，最后將？準48鋼管按1.2m的高度和1.5m的間距制作成欄桿。按照平臺面標高控制棧橋面標高，在平臺上選用ZSD250、DW300和GPS250氣舉反循環回轉鉆機，用刮刀鉆頭進行鉆孔施工。同時備用2臺沖擊鉆機，在鉆孔樁施工中遇到孤石或片石時，采用沖擊鉆進行鉆孔。[4]（圖2）

2.3 承臺施工方案

1#、2#水中承臺施工采用鋼板樁圍堰。使用平臺龍門吊、浮吊配合液壓震動錘施作鋼板樁圍堰。所用的鋼板樁為德國拉森Ⅳ型鋼板樁，由單層鋼板樁和兩層由鋼管和型鋼組成的內撐梁組成，為了防止支撐桿件過長導致失穩，兩層圍囹之間采用型鋼焊接為桁架體系，地層圍囹可支撐在預先打設的鋼管樁上，圍堰平面為矩形，其內口尺寸為46.5×28.3m，鋼板樁單根長22m，被打入后，其底端標高為8.5m，頂面標高為30.5m（承臺頂面標高27m）。鋼板樁內支撐圈梁為2I40，支撐為兩端帶調節的鋼管或工字鋼組合件。圍堰封底混凝土為C25，厚度為2.0m。承臺按照大體積混凝土施工要求，在施工完成的圍堰內進行施工。（圖3）

3 施工工藝

3.1 棧橋施工

棧橋通道施工所需的梁、管等材料均通過北岸河堤碼頭運到現場，棧橋從北岸延伸到南岸，再以浮吊的方式逐孔打樁時同步架梁。首先是鋼管樁插打，墩柱施工。先把？準630×10毫米鋼管下部割成鋸齒狀，根據每根的設計長度把聯接鋼板焊接成型，然后在浮吊使用DZ-90型振動錘夾持鋼管逐根插打。在插打過程中，對樁身垂直度的控制是保證鋼管樁具有合理承載力的關鍵節點。樁管補打到位后，使用定位船按每墩4根進行單根固定，然后使用型鋼以縱橫交叉的形式焊接成排架墩，最后安裝縱橫向分配梁。其次是縱梁架設，橋面系安裝。首跨墩柱完成后，開始用汽車吊逐片架設貝雷梁，并兩片交叉聯結成組，然后成跨上下安裝橫向聯結，以防面外失穩。最后安裝橋面系橫梁、縱梁和花紋鋼板以及人行道、欄桿等，繼而重復上述工作。最后進行棧橋在施工完成后，做設計荷載試驗并經過安全鑒定，確認安全后方可投入使用。施工結束后，及時拆除鋼棧橋，拔除河道內的鋼管樁，恢復河道。

3.2 樁基施工

樁基鉆孔在水上平臺上設置泥漿箱，使用泵作為泥漿循環工具，配備一臺小挖機配合汽車及時進行鉆渣的清理，同時在鋼護筒頂面以下1.5m的位置將鋼護筒相互之間連通，相鄰孔位作為先期施工鉆孔樁的泥漿池。施工采用優質膨潤土加水解聚丙烯酰胺泥漿，以防止鉆孔穿越不同地層時發生擴孔、塌孔，保持孔壁穩定，泥漿配合比PAM：NaOH：水=10：1.15：70。

首先采用十字交叉法進行鉆孔定位，平面偏差應小于2cm，機架平臺四角高差控制在5mm以內。開孔鉆進時采用正循環輕壓慢轉，逐步加大鉆壓轉速至正常值；孔深達到9m以后，改用氣舉反循環作業。

其次在鉆進過程中應隨時測定改善泥漿性能。由于土層中有粉砂和粉質粘土，在通過粉砂層時，需增加泥漿比重，減小鉆進速度；通過粉質粘土時，則需要增加鉆頭上的配重，改用接觸面更小的鉆頭，加快鉆進速度。孔內出現較嚴重的漏漿、斷鉆桿等異常情況時，立即停鉆，并及時分析情況處理。

最后終孔時采用電子探孔儀及時對孔徑、孔深、垂直度探測。鉆孔樁鋼筋籠主筋采用滾軋直螺紋套筒連接，分節制作，短線匹配法，預先連接再拆解，以保證連接的準確性。鋼筋籠采用水上平臺的龍門安裝，下沉就位。二次清孔先向孔內供優質泥漿，然后送風清孔。停止清孔時，應先關氣后斷水，以防水頭損失而造成塌孔。平臺上龍門配合進行水下混凝土導管灌注等各項工作。

3.3 承臺施工

3.3.1 鋼圍堰施工

0#～5#承臺采用鋼板樁圍堰施工。圍堰平面為矩形，采用德國拉森Ⅳ型鋼板樁，單層設置，利用型鋼作為內撐梁，鋼板樁采用套型鎖口，鎖口聯結轉角10°～15°，四個轉角位置采用焊接的T形鋼板樁。鋼板樁采用汽車吊吊運就位，DZ-90型振動錘夾持鋼板樁插打，垂直度偏差不大于0.5%，且要緊靠內導框，其間隙不得大于20mm。插打過程中，可采用千斤頂或滑車組糾偏等方式調整，在插樁過程中，做到“插樁正直、分散偏差、有偏即糾、調整合龍”，必要時，可制作異形鋼板樁進行合龍。圍囹的安裝隨著抽水逐層實施，安裝過程中要密切注意河床水位的變化和工字鋼與鋼板樁的連接及工字鋼與鋼板樁之間的間隙。為防止圍堰的變形，要求將工字鋼與鋼板樁之間的間隙全部用型鋼焊接支撐連接，圍堰的四個角進行加強。鋼板樁圍堰內清基工作采用吸泥機輔以潛水員人工射水法，吸泥后的局部高低允許偏差為±40cm。圍堰內采用導管法水下混凝土封底。承臺施工完畢以后，先拆型鋼內支撐，然后拔除鋼板樁。

3.3.2 承臺大體積混凝土施工

施工中綜合采用多種措施進行控制。首先優化砼配比設計，選用水化熱較低的礦渣硅酸鹽水泥，摻入Ⅰ級粉煤灰和高效緩凝減水劑，對粉煤灰各類指標進行嚴格控制。其次采用分次、分層澆筑，分層厚度控制在30～40cm，第三采用冷卻水管“內散”，第四采用覆蓋帆布土工布灑水等材料“外蓄”，防止混凝土開裂?；炷羶炔繙囟缺O控采用分辨率0.1℃的JMT-36C溫度探頭，[5]在承臺豎向分三層設置，通過測定混凝土溫升峰值及其達到所需的時間，定期記錄冷卻水管進、出水的溫度，繪制混凝土內部溫度變化曲線。根據觀測結果確定冷卻水管通水量、通水時間和蓄熱養護時間等。

4 結語

本方案對高鐵水中基礎施工的平臺棧橋搭設、超深鉆孔樁施工機械設備選型、鉆孔泥漿控制、進尺控制、大方量水下混凝土連續灌注、承臺鋼板樁圍堰施工、大體積混凝土質量控制等關鍵技術進行了詳細的闡述和分析，具有很強的代表性和指導意義，可以作為同類工程的借鑒。

參考文獻：

[1]王國周，瞿履謙，鋼結構原理與設計[M].北京：清華大學出版社，2003：71-89，200-266.

[2]中華人民共和國建設部.JGJ94-2008，建筑樁基技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2008：16-41.

[3]梅瑞泰.深水樁基鋼管樁鉆孔樁平臺設計與施工.ISSN1671-7570交通科技[M].武漢：武漢理工大學，2013-2：42-44.

[4]中華人民共和國鐵道部.TZ213-2005客運專線鐵路橋涵工程施工技術指南[S].北京：中國鐵道出版社，2005：15-37.

[5]中華人民共和國鐵道部.TZ 210-2005鐵路混凝土工程施工技術指南[S].北京：中國鐵道出版社，2005：57-61.