蒙西華中鐵路公安長江大橋4#主塔墩基礎施工

趙成貴

（中鐵大橋局集團四公司 南京 210031）

蒙西華中鐵路公安長江大橋4#主塔墩基礎施工

趙成貴

（中鐵大橋局集團四公司 南京 210031）

蒙西至華中鐵路在湖北公安縣跨越長江，公安長江大橋4#墩是主跨南主塔墩，該墩基礎采用先圍堰后平臺法施工，鋼套箱在大坡度場地上拼裝制造，采用氣囊頂升滑移下水、浮運就位，圍堰、鋼護筒和內支架共同受力作為鉆孔施工平臺，鉆孔樁完成后，接高圍堰，在吊掛系統配合下下放圍堰至設計標高，清基后水下分區封底，抽水進行承臺施工等施工方案。

長江 圍堰 施工

1 前言

公安長江公鐵兩用特大橋是蒙西至華中運煤通道控制性工程，主橋全長1152m，主通航孔橋為（98+182+518+182+98）m五跨斜拉橋連續鋼桁梁，如圖1所示。

圖1 公安長江大橋主通航孔橋跨布置圖

1.1 4#主塔墩基礎概況

南主塔4#墩基礎采用36根Φ2.8/3.1m變截面鉆孔樁群樁基礎，鉆孔樁成縱向7排、橫向5排行列式布置。樁底標高為-74.55m，樁長90m，在+0.5m處樁徑由Φ2.8m變為Φ3.1m。圓端形承臺平面尺寸為33.6×58.2m，底面標高+15.45m，頂面標高為+21.45m，厚6.0m，分2次澆筑。

1.2 地質條件

4#主塔墩位于長江主河槽南側，原河床高程為+20.4m～+20.4m，施工期間河床沖刷至+5.4m，經拋填防護后最低保持在+20.4m，覆蓋層從上至下主要為粉細砂、圓礫土，覆蓋層圓礫土層卵石含量高，填充物少，漏漿嚴重。

1.3 水文特征

橋址處河段位于長江中上游，水流受上游來水（主要葛洲壩下泄流量）影響明顯，水位變化較大，冬季枯水最低水位+26.9m，洪水位時最高水位達+39.7m，水位高差12.8m，汛期墩位處流速達2.0m/s。鉆孔樁施工期間設防水位按+38.5m設防。

2 主墩基礎施工方案

公安長江大橋于2012年12月4日開工建設，根據工程開工日期及總工期安排，4#墩鋼圍堰于2012年12月初開始制造，3月份下水浮運至墩位處，為保證圍堰及鉆孔平臺度汛安全，必須在2013年汛期前完成8根鉆孔樁施工，將圍堰掛樁體系從鋼護筒上轉換至已成鉆孔樁護筒上，以形成穩定鉆孔平臺，確保圍堰安全渡汛，并能保證汛期鉆孔樁連續施工。

根據汛期鉆孔樁繼續施工水位設防需要，護筒頂標高+39.5m，單根護筒全長40.0m，單根總重76.5t，由165t浮吊配合并聯的2臺DZJ300電動振動錘插打至設計標高，考慮到上游沖刷影響，后期由2臺APE400B型振動打樁錘插打至進入圓礫土層不少于2 m，護筒插打完成后，將圍堰掛樁于其中12根鋼護筒上形成鉆孔平臺。鉆孔樁施工完成后，接高鋼圍堰，注水下沉，清基、封底后，抽水進行承臺施工，在圍堰內進行主塔下塔柱施工，且必須在2014年汛期前完成下塔柱施工，以保證在汛期時主塔柱的連續施工。

3 主塔墩基礎施工

3.1 鋼套箱制造

4號墩鋼套箱圍堰采用雙壁自浮式結構，為圓端形，平面尺寸68.2m×40m，壁厚2.0m，為了下水氣囊布置需要和下水及浮運時吃水深度控制，圍堰內縱、橫向各設2道底隔倉，為滿足底隔倉在下水及浮運時與壁倉共同提供浮力，底隔倉高6.0m，底隔倉刃角較側板刃角高0.5m。鋼套箱總高30.5m，底節高16.0m，下河總重約3200t。

4號墩圍堰底節在荊州市沙市區漢沙船廠內閑置的船塢上拼焊成整體下水，受船廠內原船塢近1：8大坡度斜面場地限制。考慮焊接條件、質量及工效等因素，圍堰側板水平面共分成44個單元塊，單元塊高均為16.0m，水平寬最大為4.5m，底隔倉、內支架也相應分塊，單元塊下料及組拼均在車間內完成，單塊最大重量約為40t左右，平板汽車從鋼結構車間運到組拼現場，在現場對接成一榀桁架，由兩臺履帶吊抬吊并拼裝焊接。如圖2所示。

圖2 側板鋼凳抄墊示意圖

鋼圍堰拼裝場地原船廠地面為1：8的混凝土地坪斜坡面，場地坡陡狹小，組拼及測量定位難度巨大，通過鋼凳調整為1：10拼裝胎架，縱向底隔倉下鋼凳高度滿足氣囊安裝及下水作業，在鋼凳胎架上鋪設下水托板及托架，側板下鋼凳高度根據底隔倉下鋼凳對應設置，然后在托架上按順序組拼鋼圍堰，如圖3所示。

圖3 圍堰場內制造

頂節在工廠加工成主體單元塊，頂節水平面共分18個單元塊，水平寬最大為10.5m，待鉆孔樁完成后，由浮吊在墩位處分塊接高。

3.2 鋼套箱下水

底節鋼套箱圍堰采用底隔倉下設托板+氣囊法下水，鋼圍堰底節平面尺寸大，重量重，在水口近1：8的坡度下，圍堰入水時下沖時入水口需要較深水深，入水口處需要大量清淤挖深。由于鋼套箱底部為刃腳結構，在刃腳底下加墊托板避免氣囊直接與刃腳接觸，防止局部受力過大導致氣囊破壞。

圍堰在尾部拉纜脫鉤斷纜在重力作用下滑移下水后自浮，斷開托板懸吊鋼絲繩，托板與圍堰分離，拖輪編隊將圍堰浮運至臨時躉船并與之固定穩固，再根據航道、海事等部門批準的日期浮運至墩位。如圖4所示。

圖4 圍堰浮運線路圖

3.3 鋼套箱浮運及定位

鋼套箱底節下水后，選擇風速小于4級、水流穩定、無雨的白天進行浮運。由于荊州段長江彎道多，枯水期江面狹窄，能保證浮運的有效水深航道更加狹窄，因此浮運時由海事部門提前封閉航道維護，確保安全。

浮運到橋位偏下游附近后，拖輪編隊選擇預定較為寬闊的江面調頭，將圍堰頂拖至前(上游)定位船附近，過纜將前定位船上纜繩與圍堰連接，然后在拖輪控制下向下游淌行至設計位置，頂推拖輪解開駛離，再進行后定位船的纜繩過纜連接，后拉纜纜繩過纜完成后，兩側拖輪解纜駛離，最后進行邊錨纜繩過纜，通過前后定位船及兩側拋設于江中的邊錨調整精確定位。

3.4 鉆孔樁施工

工程所處荊江河段地質條件為管涌易發河段，卵礫層填充物少，透水性強漏漿嚴重，結合鉆孔樁孔深、直徑和地質條件，選用KPG3000型鉆機氣舉反循環成孔，結合工期要求和施工平臺設計條件，主墩平臺上共布置6臺鉆機同時施工，平均分6個循環完成全部36根鉆孔樁。

由于荊江地段是典型的管涌地質易地段，卵礫石層極易漏漿，在出護筒口和進入卵礫層時，向孔內拋填粘土、膨潤土和鋸末等，適當提高泥漿的含沙率，減少漏漿和避免坍孔。

根據不同地層分別選用不同的鉆壓和鉆速。供風設備采用每機1臺21.5 m3/min的壓風機（風壓0.8～1.2 MPa），鉆機鉆具中間設置1道接力風包，設置在鉆機以下60 m 位置，以保證風量供應，滿足排渣的要求。

3.5 鋼套箱下放、著床、下沉

鉆孔樁施工完成后清理鉆孔平臺并拆除附屬結構，由浮吊輔助分塊拼裝頂節圍堰單元塊，同時將2#、5#、32#、35#護筒接高安裝提升吊掛系統。頂節圍堰分18塊單元塊在工廠內制造，汽車運輸至碼頭后，裝平板駁船上，由平板駁船轉運至圍堰旁浮吊邊。2臺浮吊從上游開始逐塊對稱拼裝，在下游圓弧端合龍，如圖5所示。

圖5 圍堰現場接高施工

圍堰接高完成檢查合格后，在升降系統及箱壁內注水作用下控制圍堰逐步下沉，鋼套箱刃腳進入河床后，仍采取隔倉注水方式，在重力和升降系統作用下緩慢下沉。

鉆孔施工期間河床上游沖刷嚴重，由原+20.6m沖刷至+8.5m，經大量拋填卵石等得以穩定，下游沖刷相對較輕，沖刷至+15.0m時經拋填后得以穩定。沖刷后雖經拋填防護，但上下游河床高差較大，在下沉過程中為避免圍堰偏斜，除要求上游及時拋填卵石、下游適當吸泥外，要求升降系統始終負重下沉，控制升降系統受力在6 000～8 000 kN之間，圍堰刃角下至標高+10.5m時停止下沉。

3.6 鋼套箱封底施工

封底混凝土厚5.0 m，采用C25水下混凝土，約10830 m3。箱壁內填充11.7m高C25水下混凝土，約3770 m3。封底混凝土由縱、橫向4道底隔倉把整個圍堰分成9個澆注區域。底隔倉雙壁高6.0 m，縱、橫向底隔倉井壁寬分別為3.2m、2.8m。圍堰側壁由隔倉板分成28個澆注區域。

封底施工先澆注底隔倉內混凝土，再澆注壁倉混凝土，連續觀察確定圍堰穩定后，最后澆注封底倉混凝土，底隔倉、井壁及封底混凝土均采用導管法水下澆注。鋼套箱圓弧端部4#、6#倉每塊面積為286.6m2，中部5#倉面積為481.3m2。各底隔倉封底按上下游及兩側對稱的原則進行，封底倉按先小后大，由四角向中央對稱的澆注順序，即1#、3#、7#、9#—→2#、8#—→4#、6#—→5#，共分4批澆注完成。封底倉編號及面積見圖6所示。

圖6 圍堰封底倉編號及面積平面圖

3.7 承臺施工

承臺兩端為劣圓弧形，其外輪廓尺寸為58.6 m×33.2 m×6 m，混凝土總量為10 600m3，分2次澆注，結合承臺及塔座預埋鋼筋設計，第1次澆注高度為3.2m，第2次澆注高度為2.8m。

圍堰內抽水后，鑿除樁頂多余的混凝土至設計標高+15.45 m，并將樁頂清理干凈。對封底混凝土表面進行清理，由于內支撐桁架只能部分割除，底板鋼筋綁扎好后，先將承臺模板吊裝到圍堰內并臨時固定，待承臺鋼筋綁扎完成后，再正式安裝并調整模板。

承臺混凝土澆注按照水平分層原則，采用從中間開始向上、下游兩端折返式順序布料，薄層均勻上升的方法，以便散發早期水化熱，減少混凝土內、外溫差。4#墩承臺混凝土采用超緩凝、低水化熱配合比，施工及養護期間采取通水冷卻，各層冷卻水管被混凝土完全覆蓋時，即開始通水循環冷卻，進行溫度監控，防止混凝土內外溫差過大而產生裂紋，以保證大體積混凝土施工質量。

4 施工總結

公安長江大橋橋位處于江漢平原，歷史上河道搖擺幅度大，管涌多發易發河段，水文地質條件復雜，創新在1：8大斜面坡地上拼裝鋼圍堰、整體氣囊頂升滑移下水，圍堰下放、著床、下沉控制等一系列先進技術，針對特殊地質條件優化、調整鉆孔樁施工工藝，從首樁開鉆到最后鉆孔樁完工僅用了3個月時間，至2014年3月2日僅1年左右時間完成全部主墩基礎施工，創造了有“險在荊江”的長江中上游深水基礎快速施工的新記錄，取得了顯著的經濟效益與社會效益，為湖北境內中上游段長江河道及復雜建橋條件下大型深水基礎的建造積累了寶貴的經驗，進一步推動了橋梁大型深水基礎快速建設技術的發展。

[1]TB 10752-2010.高速鐵路橋涵工程施工質量驗收標準[S]

[2] TB 10203-2002.鐵路橋涵施工規范[S]

[3]高培成,佘巧寧.武漢二七長江大橋中主塔墩基礎圍堰施工技術 橋梁建設[J]2010年第2期

[4]宋偉俊.南京大勝關長江大橋主墩深水基礎施工技術 橋梁建設[J]2008年第4期

[5]趙順濤.南京大勝關長江大橋6 號主墩超大型鋼套箱圍堰下沉控制技術 世界橋梁[J]2008年第3期

Construction of the No. 4 Pier’s Foundation of the Yangtze River Bridge in Gong’an Section of the Railway from Western Inner Mongolia to Central China

ZHAO Cheng-gui

(No. 4 Company of China Railway Major Bridge Engineering Group Co., Ltd)

The railway from Western Inner Mongolia to Central China crosses the Yangtze River in Gong’An country of Hubei province，and the No. 4 Pier of its bridge is a main pier of the southern side. For the construction of the pier’s foundation, a cofferdam is built at first and then the platform. The steel box is assembled in a site on a large slope. The method of Gasbags lifting and sliding into water is applied with the method of floating into position. The cofferdam, the steel support and the inner support are combined together to form the drilling platform. After the bored pile is completed, the cofferdam is built higher to meet the design by lowering the cofferdam into position in coordination with the suspension system. After the foundation is cleaned, the bottom is sealed section by section underwater. The cushion cap is constructed after water pumping.

Yangtze River cofferdam construction

A

1673-1816(2017)02-0025-06

2016-06-29

趙成貴（1975-），男，工程師，本科，研究方向橋梁工程。