柳州市文惠橋改造工程7#墩基礎(chǔ)施工方案分析及建議

胡巍耀

一、項目概述

擬建的文惠橋位于柳州中心城區(qū)，是跨越柳江的一座大橋，是聯(lián)系柳州中心城區(qū)南北方向的一個過江通道。

文惠橋位于柳州公路大橋下游770 米處東門城樓旁，北端接文惠路，南端接榮軍北路，大橋于1994 年12 月30 日建成通車，是柳州市第五座公路大橋，也是廣西第一座中承式鋼管混凝土拱橋?，F(xiàn)在原橋東側(cè)再建一座相同橋型結(jié)構(gòu)的姊妹橋，建成后為雙向六車道40米寬城市主干道路。

二、設(shè)計依據(jù)

（一）廣西公路橋梁工程總公司第三工程處《柳州市文惠橋下部結(jié)構(gòu)竣工圖》1992～1993。

（二）廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院《柳州市文惠橋改造工程施工圖設(shè)計》 2009.06。

（三）柳州市勘察測繪研究院《柳州市文惠橋改造工程地質(zhì)詳細勘察報告》2008.12。

（四）柳州市勘察測繪研究院《柳州市文惠橋改造工程3#、6#橋墩補充勘察報告》2009.1。

（五）山東中宏路橋柳州文惠橋改造工程項目部《鉆孔灌注樁施工方案》。

（六）廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院《柳州市文惠橋鉆孔柱狀剖面圖》1992。

（七）廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院《柳州市文惠橋補充鉆孔》1993。

三、舊橋概況

舊橋主橋上部構(gòu)造為三孔L0=108 m中承式啞鈴形鋼管混凝土拱和兩邊拱L0=62 m上承式鋼筋混凝土箱肋拱。中承式鋼管混凝土拱拱軸線為：m=1.347，凈跨徑為108m，凈矢高為27m ，f0/L0=1/4；啞鈴高2.2 m。

橋面寬度：主橋為凈12+2x2m人行道，橋長483.45m。

主橋墩、臺：主3號墩用高樁承臺基礎(chǔ)，2、4號墩用裝配式沉井，其余均采用圍水明挖擴大基礎(chǔ)。

四、新橋概況

（一）新橋結(jié)構(gòu)形式及設(shè)計要點

橋梁跨徑組合為：

7.795m+24.48m+32.5m+65.452m+3.61m+113.28m+3.041m+113.28m+2.72m+113.28m+3.549m+65.452m+30m+6.0m，橋梁全長584.44 米。

主橋上部構(gòu)造為3孔L0=108 m中承式啞鈴形鋼管混凝土拱和兩邊拱L0=62 m上承式鋼筋混凝土箱肋拱。

（二）橋墩基礎(chǔ)

主橋基礎(chǔ)分別采用群樁基礎(chǔ)、沉井基礎(chǔ)和沉井樁基組合基礎(chǔ)三種型式。

其中7號墩基礎(chǔ)所在位置特殊，擬采用鋼筋混凝土重力式沉井與鋼筋混凝土樁基組合基礎(chǔ)，鋼筋混凝土重力式沉井基礎(chǔ)中心距路線中線8.975米，沉井長14米、寬14.65米、高6.589米，沉井壁厚1.5米為單井室結(jié)構(gòu)，底面標高72.00米，持力層為弱風(fēng)化泥白云巖，沉井靠南岸側(cè)嵌巖深度不小于1.0米。沉井制作采用在機械開挖的平臺上立模、分兩節(jié)澆筑，由于覆蓋層為粘土透水性較差，沉井下沉采用排水下沉，沉井就位后，于沉井中鉆孔，澆注樁基，待樁基達到設(shè)計強度后進行沉井封底，采用2.5m厚C20砼封底，混凝土填芯。封底混凝土為C20；填芯混凝土為C15；沉井框架為C25鋼筋混凝土?，F(xiàn)澆鋼筋混凝土蓋板長14.00米、寬16.3米、厚3米，為C30鋼筋混凝土。

（三）基礎(chǔ)施工注意事項

1、沉井基礎(chǔ)：沉井下沉采用不排水下沉。施工時應(yīng)做好澆注封底混凝土的準備工作，沉井刃腳下沉到設(shè)計標高時，井筒內(nèi)應(yīng)保留高出設(shè)計標高約0.3 米的巖土供基底檢驗，檢驗合格后再選擇無雨天氣將井筒內(nèi)巖土開挖至設(shè)計標高，清理干凈后立即澆注封底混凝土。

2、群樁基礎(chǔ)：樁基按鉆孔灌注樁施工進行設(shè)計。樁底標高是根據(jù)現(xiàn)有地質(zhì)報告確定的，由于橋位處地質(zhì)情況比較復(fù)雜，如果樁位的地層或巖質(zhì)有變化，樁底標高可適當(dāng)調(diào)整，必要時可作施工補鉆。如樁基底有溶洞，位置較淺的，樁基應(yīng)穿過溶洞再嵌巖；位置較深的，應(yīng)保證樁基底到溶洞頂之間的基巖厚度不小于6米。

鉆孔樁成孔后，必須測量孔徑、孔位和沉淀層厚度，只有確認滿足設(shè)計要求值后才能灌注混凝土，各項規(guī)定值如下：

（1） 軸線偏差小于50mm。

（2） 傾斜度小于1/100。

（3） 樁長、樁徑不小于設(shè)計值。

（4） 沉淀厚度小于50mm。

由于地質(zhì)條件的限制，樁基難以采用回旋鉆施工，為保護舊橋，在施工中采取以下措施：

1、首先施工緊靠舊橋的樁基，單孔施工，一次只施工一個樁基，減少沖擊鉆對舊橋的影響；

2、與橋梁監(jiān)控小組共同制定監(jiān)控方案，并在各墩臺立柱上設(shè)點，用經(jīng)緯儀進行觀測，建立舊橋平常位移、沉降檔案，以備施工時對照。

3、樁基施工開始，對舊橋靠下游一側(cè)實行封閉，禁止車輛、行人接近，以減少下游一側(cè)的負荷及施工風(fēng)險。

五、需要論證的問題

（一）新建橋梁樁基采用沖擊鉆施工對原橋基礎(chǔ)的影響程度如何、采取哪些措施可以盡可能減小沖擊能量。

（二）新建橋梁樁基采用沖擊鉆施工對原橋上部結(jié)構(gòu)的影響程度如何。采取哪些措施可以盡可能減小對上部結(jié)構(gòu)的影響。

（三）新舊橋基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)尺寸對比

新橋7#基礎(chǔ)采用沉井與樁基組合基礎(chǔ)，原橋5號基礎(chǔ)采用明挖基礎(chǔ)，查閱本橋竣工圖，可知原橋明挖基礎(chǔ)置于白云巖層次堅石上，因此該沉井施工對原橋基礎(chǔ)影響很小，沉井施工過程中應(yīng)確保刃腳外側(cè)的粘土及卵石不翻到沉井內(nèi)而影響原橋0號基礎(chǔ)安全；由于原橋基礎(chǔ)置于巖石上，樁基沖孔對其影響不大。

六、新建樁基沖孔施工對原橋基礎(chǔ)影響的評價

根據(jù)新舊橋梁基礎(chǔ)的位置關(guān)系及相關(guān)巖土層工程地質(zhì)特征，現(xiàn)分析如下：

（一）對原明挖基礎(chǔ)的影響（原1號墩、原5號臺）

竣工圖中表明明挖基底置于巖層上，沖擊能量主要是垂直向下，在堅硬巖石上沖孔時保持適當(dāng)?shù)臎_擊力（鉆頭重量適度）以單位時間微小進尺但保持連續(xù)作業(yè)來沖孔，其沖擊能量不是很大，且在沉井刃腳標高附近，又加之明挖基礎(chǔ)體積較大，約11m直徑，故沖擊成孔對原橋穩(wěn)定是安全的。

（二）對原沉井基礎(chǔ)的影響（原2號墩、原4號墩）

1、沖孔通過覆蓋層的影響：新舊橋梁基礎(chǔ)之間的凈距在3.5～4.0m。設(shè)計規(guī)范和施工規(guī)范中對樁基凈距的要求是既要保證樁、土受力效應(yīng)的要求，同時也包含了施工安全距離的要求。現(xiàn)最小凈距為1.4倍的樁徑，接近1.5倍的樁徑；同時覆蓋層吸收沖擊能量較強，故對沉井應(yīng)無影響。

2、沖孔進入巖石后的影響：原橋沉井基底，竣工圖中表明沉井基底部分在巖層上，部分在水下砼封底上，且周圍作了一層水下砼防護。沖擊能量主要是垂直向下，在堅硬巖石上沖孔時保持適當(dāng)?shù)臎_擊力（鉆頭重量適度），以單位時間微小進尺且保持連續(xù)作業(yè)來沖孔，其沖擊能量不是很大，且在沉井刃腳以下，又加之沉井體積較大，約11m直徑，故沖擊成孔對原橋穩(wěn)定是安全的。

3、以上是基于實際情況與竣工圖完全相符的前提下得到的結(jié)論。但結(jié)合原橋的勘察報告及新橋的勘察報告，原2號墩、原4號墩基礎(chǔ)下的溶溝溶槽比較發(fā)育，雖然竣工圖上顯示沉井基礎(chǔ)與基巖之間結(jié)合很好，但實際狀況究竟如何，很難確定，在沉井與基巖之間是否夾雜著礫卵石層，具有不確定性，根據(jù)經(jīng)驗，從柳州其他舊橋基礎(chǔ)下探測的基底實際持力層來看，沉井下有存在部分礫卵石層的可能性。如果基礎(chǔ)之下部分持力層為礫卵石，沖孔震動會使礫卵石垮孔流失，從而使得部分橋墩基礎(chǔ)懸空。

如存在上述情況，則建議采取如下處理方法：1.沿舊橋基礎(chǔ)四周作高壓旋噴處理，使得其四周形成一個封閉的素水泥土墻，制止礫卵石流失；2.此外在沖孔鉆進時，在礫卵石段必須鋼護筒跟進，盡可能避免礫卵石垮孔流失現(xiàn)象發(fā)生；3.沖孔進入巖石后，成孔鉆進過程遇到較大溶溝溶槽，垮孔較為嚴重的，應(yīng)在此段進行灌漿固結(jié)處理。

七、新建樁基沖孔施工對原橋上部結(jié)構(gòu)影響的評價

新橋樁基沖孔施工過程中，對原橋上部結(jié)構(gòu)的影響主要表現(xiàn)在樁基成孔時鉆頭沖擊造成的水平波和豎向波的影響。從目前已經(jīng)建成的類似橋梁和地震部門關(guān)于樁基成孔對附近房屋影響的監(jiān)控來看，樁基成孔對附近的構(gòu)造物影響是有限的，若采取一定的施工措施后，樁基成孔附近的構(gòu)造物是安全的。文惠橋原橋上部結(jié)構(gòu)為鋼管混凝土，下部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土。在“2008.5.12”汶川大地震中，成都附近的數(shù)十座鋼管混凝土拱橋無一破壞，這也從一個側(cè)面說明了沖孔樁施工時不會危及該橋上部結(jié)構(gòu)的安全。

八、在原橋基礎(chǔ)邊沖孔方法的建議

（一）為保證新建樁基施工過程中成孔自身的穩(wěn)定和安全，盡量避免垮孔對原橋的不利影響，建議施工單位在樁基施工過程中：首先要埋好鋼護筒，為減少沖孔對原橋的干擾，護筒埋深宜不小于河床以下1.5m，護筒外側(cè)用混凝土封固，以免發(fā)生施工過程中漏漿。

（二）通過覆蓋層段的沖孔：應(yīng)視鉆頭重量，控制落錘距離，在成孔0～5m范圍內(nèi)落錘距離以1m為宜，在成孔5m以上至基巖范圍內(nèi)落錘距離以1m～2m為宜，以達到擠密固孔的目的。

（三）通過巖層段的沖孔：在保證泥漿、水頭的條件下，應(yīng)選擇第一根樁做試驗，確定合理的鉆頭型式和重量。在孔底巖渣處于懸浮狀態(tài)條件下，以較輕的重量和適當(dāng)?shù)穆溴N高度保證有不斷的進尺，這樣既能減少沖擊能量，又能保證原橋基礎(chǔ)的安全。

（四）離原橋基礎(chǔ)最近的一排新建樁基，條件允許的情況下可以考慮采用如下方法消能：沖孔到巖石時，用地質(zhì)鉆機在臨近原基礎(chǔ)方向的樁孔內(nèi)鉆小孔（到設(shè)計標高），形成臨空面，消除沖孔能量對原橋基礎(chǔ)的影響。小孔間距約取0.2m。布置示意圖如圖8～10所示。