蒙華鐵路華容河特大橋連續梁主墩深基坑施工工藝優化

史建偉 郭富

中交三航局南京分公司

蒙華鐵路華容河特大橋連續梁主墩深基坑施工工藝優化

史建偉 郭富

中交三航局南京分公司

本文以蒙華鐵路華容河特大橋連續梁主墩深基坑施工工藝為背景，根據現場實際施工情況將原設計雙壁鋼圍堰輔助施工優化為鋼板樁圍堰施工，此舉大大縮短了施工進度，節省了施工成本，同時增加了施工的安全可靠性。

施工設計優化；實施效果

1 工程概況

1.1 工程概況

新建蒙西至華中地區鐵路煤運通道工程MHTJ-25標段華容河特大橋中心里程為DK1354+233.56，起訖里程為DK1352+848.85～DK1355+618.28，全橋長2769.43m。

華容河特大橋于DK1354+260～DK1354+480處跨越華容河及兩岸大堤，設計采用1-（64+96+64）m連續梁跨越，連續梁起訖里程為DK1354+266.62（43#墩）～DK1354+481.32（46#墩），96m主跨跨越華容河河道，64m邊跨跨越兩側堤壩，線路位于直線上。線路與河道正交，河面寬度約116m，此處河道較規整，44#、45#主墩分別位于河道兩側近岸處。橋址位于華容縣萬庾鎮，橋位處華容河目前為Ⅵ級航道。

44、45號墩為1-（64+96+64）m連續梁主墩，每個主墩設有18根φ1.5m灌注樁；主墩承臺尺寸為13.5m（寬）×18.5m（長）×3.5m（高）、承臺加臺尺寸為8.5m（寬）×14.5m（長）×2.7m（高）；橋墩采用圓端形實體橋墩，墩身平面尺寸為10m（長）×4.0m（寬）。

44號墩處河床標高約為25.73m（承臺范圍內最低處），44號墩承臺侵入大堤坡腳約為8.2m；45號墩處河床標高約為23.82m（承臺范圍內最低處），距大堤坡腳約11m。主墩承臺均位于河床以下。

圖1 橋位布置圖

圖2 主墩承臺結構圖

44、45號墩承臺參數見下表。

表1 承臺參數表

1.2 河道與水文

華容河屬長江水系，是長江至洞庭湖河道，橋位處水下泥面高程23～28m，流量、流速隨季節變化明顯，區內水深3-8m，受季節性影響較大，豐水期和枯水期水位高差較大。華容河設計洪水位為34.27m（1954年當地最高水位），設計流速1.27m/s；設計最高通航水位33.74m，最低通航水位25.06m。

根據從當地水務部門、水文觀測站及現場調查的資料，華容河每年4～9月為汛期，10月～翌年3月為枯水期；根據2012～2014年華容河水文觀測資料整理，連續近三年來的汛期水位26.5～32.74m，枯水期水位24.5～26.5m。

枯水期華容河上游將關閉水閘（調弦口），疏理華容河河道。華容河水文觀測站（六門閘）提供的信息是枯水期的最大水位變幅約為1.0m，實測當前水位為24.7～25.1m。

1.3 氣象

線路通過地區屬于北亞熱帶季風氣候，光能充足、熱量豐富、無霜期長。多年平均氣溫在16.1℃～17.2℃，1月最冷，月平均氣溫在3.1℃～4.6℃之間，極端最低氣溫為-11.4℃，極端最高氣溫為40.0℃。歷年平均相對濕度70%～78%，歷年平均最小濕度13%～29.9%。本區年平均降雨量949.4～1454mm，最大年降水量2033mm；最小年降水量750.9mm；雨量集中在4-8月，雨量達800mm以上。年平均蒸發量達803.2mm～1370.3mm，本區主導風為WNW（西北西）風向，最大風速為20.7m/s；本區無凍土。

1.4 地質條件

橋位地質從上至下分層為：（1）第四系人工堆積層，①素填土，為人工壓實填土，分布于華容河兩側河堤，厚度為0～11.5m；（2）第四系沖積層，①2粉質粘土，硬塑，σ0=150kpa，層厚1.0～4.5m，位于華容河河堤下層；①3淤泥質粉質粘土，軟塑，σ0=60kpa，層厚8～13m，位于華容河河床下；（3）第四系中更新統，②粉質粘土，硬塑，σ0=180kpa，層厚7～15m，位于華容河河床下。

根據設計院提供的工程地質詳勘資料，主墩位置附件地質如下：

BDZ-HRH-44-2孔（44號墩處）：（孔口高程+25.63m）

表2 44#地質分層表

D12Z-HRH45孔（45墩處）：（孔口高程+28.97m）

表3 45#地質分層表

2 承臺鋼板樁圍堰施工設計優化

2.1 原圖紙設計方案

44#、45#墩承臺施工原設計采用雙壁鋼圍堰輔助施工。雙壁鋼圍堰是承臺施工的擋水結構，也是作為水下封底砼和承臺鋼筋砼施工的側模板。施工前，將根據施工現場地質情況、水流、水深等進行詳細的設計。

雙壁鋼圍堰設計根據承臺施工時的水文特征，制作、運輸、吊裝方式，結合承臺結構尺寸等因素綜合考慮。雙壁鋼圍堰主要由側板、內支撐、吊裝吊耳等部分組成。雙壁鋼圍堰結構立面、平面布置見圖2-1、2-2（圖中圍堰、樁基及承臺僅為示意）。

承臺封底施工7～8天后，封底混凝土強度達到要求后，抽干套箱內的水，并同時將套箱內部適當加強，割除多余的鋼護筒，鑿除樁頭，對樁基進行無損檢測。樁基檢測合格后，綁扎鋼筋，支立模板，灌筑混凝土。模板采用大塊鋼模板，混凝土用攪拌車運輸，泵送入模。

圖3 雙壁鋼圍堰立面結構示意圖

圖4 雙壁鋼圍堰平面示意圖

2.2 方案優化

2.2.1 總體方案

根據從當地水務部門、水文觀測站及現場調查的水文資料，結合現場施工實際情況，選擇在2016年1-3月份華容河枯水期的有利時間進行承臺施工。

主要工藝為采用鋼板樁圍堰進行施工。利用枯水期承臺范圍的河床均位于水位以上，填筑施工平臺，進行陸域鋼板樁圍堰施工。采用人工配合挖掘機進行基坑開挖，基坑開挖到位后立即澆筑封底混凝土，承臺模板采用定型鋼模板，鋼筋在鋼筋加工場地集中加工成半成品后運輸至現場綁扎，砼由自由拌和站集中供應，砼運輸車運輸至現場后泵送入模，插入式振搗器密實砼。

2.2.2 鋼板樁圍堰設計

主墩承臺平面尺寸為18.5m×13.5m，位于河道近岸側，利用枯水期填筑平臺后進行陸域施工。綜合考慮圍堰打設方便、承臺模板安裝的作業空間，以及施工期間圍堰內土方開挖、降水、集水井設置等因素，確定圍堰的平面幾何尺寸為20.8m×15.6m。

華容河當前實測水位約為+25.1m，綜合調查后確定枯水期（1-3月份）最高水位約為+26.1m。綜合考慮現場實際情況，確定44、45號承臺鋼板樁圍堰頂標高分別為+26.7m和+27.2m，鋼板樁采用拉森Ⅳ型15m長鋼板樁，鋼板樁底標高分別為+11.7m和+12.2m。

鋼板樁圍堰設計采用的工藝：鋼板樁插打合攏后進行基坑開挖，開挖過程中采用邊挖邊撐的方法，為了在開挖過程及承臺施工過程中控制基坑的變形及位移，基坑設置2道圍檁和內支撐，圍檁采用雙拼400×400×13×21H型鋼，內支撐采用8道雙拼400×400×13×21H型鋼四角斜撐和1道φ609mmδ16mm鋼管直撐，鋼板樁圍堰的詳細布置見鋼板樁圍堰設計圖。開挖至支撐位置必須盡快完成支撐安裝，然后方可繼續開挖，開挖至設計標高后，澆筑封底砼，然后進行承臺施工。承臺施工完成后，在承臺與鋼板樁之間填注砂土混合物并密實，及時拔出鋼板樁。

圖5 鋼板樁圍堰設計布置圖

3 實施效果

在分公司技術部門及設計單位的幫助下，目前兩個承臺已澆筑完成，現場實際施工結果證明，采取上述技術方案及現場安全管理措施后，鋼板樁圍堰處于受控狀態，保證了施工人員在圍堰內的施工安全，封底砼采取長臂挖機直接挖土、水下封底等工藝，封底效果較好，沒有基坑管涌及隆起的跡象，鋼板樁施工取得了令人滿意的效果。

圖6 承臺鋼板樁圍堰挖土施工及樁頭鑿除作業

圖7 主墩承臺混凝土澆筑

4 結語

針對本工程特點、投標情況對圖紙設計方案進行優化，以提高經濟效益，降低工程成本，縮短施工工期，輔助措施費為現階段項目的主要盈利點。根據設計圖紙華容河特大橋主墩采用雙壁鋼圍堰施工方案，我部從科研、設計等上游端入手進行方案優化，利用冬季華容河水位較低，春節期間進行華容河主墩開挖施工，使用筑土平臺工藝和鋼板樁圍堰工藝，保證了施工進度、安全，取得了不錯的經濟效益，該優化方案在類似的工程中具有一定的推薦意義。