淺談河段上游水中墩施工技術

鐘祥威

1　工程概況

光澤桔子洲大橋是一座80m+60m全省首座不對稱異形獨塔單索面斜拉橋，橋址位于閩江上游支流西溪與北溪交匯處，建成后是光澤縣地標性建筑物。橋址地形屬重丘陵地區河谷地貌類型，河谷呈寬“U”字型，西溪寬約80m，北溪寬約200m。水位隨季節性降雨影響較大，降雨時經常會有山洪現象，水位暴漲和暴落比較快，枯水期時水深4.0m，流速為1.0m/s，50年一遇降雨時水深達6.3m，河床內沒有淤泥層及其它雜土，多為砂卵石，覆蓋層厚度約2.0m，為主要滲漏層，往下是強風化花崗巖，巖面為河床沖刷線。主塔1#墩承臺位于西溪主河槽中，承臺尺寸為15.3m×12m×3.5m，承臺位于河床沖刷線下，嵌入巖層中，施工時需爆破巖層。為與迎賓大道相接同步開通，根據施工安排，該處橋墩施工必須在汛期時施工，無法回避。圍堰平面位置如圖1，單位尺寸為m。

圖1　圍堰平面位置圖

2　方案比較

方案一：利用鋼棧橋作為施工通道，鋼圍堰或鋼板樁施工承臺。優點：市場上鋼圍堰或鋼板樁物資設備多，調取快。缺點：由于地質層為強風化花崗巖，局部還有較大孤石。鋼棧橋、鋼圍堰或鋼板樁等無法有效嵌入河床，且上游漂來的樹枝等雜物容易堵塞在此處，形成巨大水平推力，造成鋼棧橋失穩傾覆；在采用鋼圍堰或鋼板樁時，同樣鋼圍堰或鋼板樁無法有效嵌入高底不平的巖層，會造成鋼圍堰或鋼板樁密封度不夠，滲水大，穩定性差。同時投入的鋼材量大，需使用的設備多，風險高，成本大。

方案二：填土筑島圍堰。優點：由于水流速度平緩，水不深，附近又有合適的土源，筑島容易。還可通過清理對岸河道，改移流水方向，增大流水截面。施工期間可通過加強與地方氣象、水利部門溝通，掌握汛情趨勢及間隙，合理安排組織施工。缺點：遇河水暴漲時容易被沖刷，危及人身及設備安全，但必要時可撤離作業人員及設備啟動應急預案。最后經過論證及方案專家評審后認為筑島圍堰為最佳施工方案。

3　筑島圍堰技術

3.1　施工工藝流程

施工準備→施工放樣→筑島圍堰→樁基施工→基坑開挖→承臺及墩柱施工→挖除圍堰。

3.2　筑島圍堰技術要求

由于1#墩位于西溪河槽中間，筑島時應考慮圍堰后河道被壓縮，水流速度增大從而加大了對圍堰沖刷的防護。還需滿足承臺基坑開挖放坡要求，滿足承臺基礎施工平面尺寸需要，圍堰要求防水嚴密，滲漏小，同時需要滿足基坑開挖后堰體強度和穩定性的要求。本次筑島圍堰頂平面尺寸37m×34m，平均填土厚度7.5m，土石方基坑開挖總深度11.1m。

3.3　具體施工技術

（1）筑島圍堰前，采用型號PC200-8長臂挖掘機（大小臂總長15.4m）在岸邊將筑島邊坡位置范圍內夠得到的河床底砂卵石層清除到筑島范圍外堆好，直至挖到強風化巖層。土石方填筑采用推填的形式，運土車把土倒在岸邊，用裝載機向水中推進，推進范圍為長臂挖掘機清除過河底砂卵石位置。再用長臂挖掘機將筑島邊坡范圍內夠得到的河床底砂卵石清除至筑島外，然后再填土，以此循環，直至筑島圍堰形成。

（2）經實地勘察填料選擇運距約2.0km山體開挖出的黃粘性土。經現場篩分水面以下采用純粘土，其礫石含量不得超過10%，水面以上礫石含量不超過40%，填料的滲透系數不得大于1×10-5cm/s。填筑出水面后開始用20T壓路機分層碾壓，壓實系數不得低于0.9，堰體頂面鋪設50cm厚的碎石土并碾壓平整，其頂面高出常水位1.5m，并設2%人字排水坡。

（3）為了更好的保證圍堰的穩定性，減輕河水對堰體的壓力，圍堰的外坡面筑成向外拱的弧形。為減小河水的對坡面的沖刷，還可通過開挖對岸河道，改變流水方向，增大流水截面。同時針對本地盛產毛竹這一特點，迎水面邊坡使用竹片檔板全覆蓋，竹片檔板之間用鐵絲綁牢，并用U型φ12鋼筋固釘在坡面。最后用裝載機把堰內挖除的直徑大于10cm以上的砂卵石均勻的覆蓋在邊坡上，其厚度不小于0.5m。

（4）筑島完成后立即合理安排樁機設備，以最短的時間內完成樁基施工。同時在堰體四周3m范圍內設兩排噴漿孔，兩排孔間距為70cm，每排孔間距為120cm，呈梅花型布置，深入至強風化巖層面，利用水泥漿封堵主要滲水層。同時利用高壓注漿形成的連續防滲墻止水，使堰體更加穩定，水泥漿液比為：1：1（水：水泥），提管速度控制在8cm/min內，噴漿壓為28～32MPa，自下而上開始噴射、旋轉、提升。當提升至地面以下1.0m時停止噴漿。

4　基坑開挖

樁基施工完成后，根據氣象部門提供的天氣預報，選擇有利天氣組織開挖。開挖前用坐標在堰體上測出開挖邊線平面尺寸。開挖時注意“分層開挖，嚴禁超挖”及“大基坑，小開挖”的原則。土方邊坡控制為1：0.8，石方邊坡為1：0.3，土石交界面設30cm寬平臺，平臺上堆碼50cm高沙袋。開挖過程中測量人員隨時架設儀器控制開挖高度和寬度，指導施工隊及時進行修坡。現場配備兩臺挖掘機聯合作業，主要以長臂挖掘機開挖為主，另一臺挖掘機輔助，用以翻土上車，把基坑土方運到堰體外。

當開挖至巖體面層需爆破作業時，用鑿巖機鉆爆破孔。為確保圍堰堰體穩定，按照小間距、小藥量控制的原則，采用淺孔松動爆破技術，分兩層爆破施工，每層深度1.8m，炮孔直徑為40mm，間距1.0m呈梅花形布置，每次爆破20孔。超爆器材采用國產ms系列非電導爆管雷管，并采用簇聯接方式捆孔，專用起爆器起爆。爆破完成后，用挖掘機清理石渣。基坑形成后，堰體除便道側外，其余三側禁止大型機械駛入，同時基坑內邊坡上滿鋪彩條布，防止雨水沖刷坡面，減弱邊坡的穩固，污染承臺底面。基坑開挖平面及橫斷面圖如圖2～3，單位尺寸為m。

圖2　圍堰平面圖

圖3　基坑開挖橫斷面圖

5　圍堰穩定性計算

筑島圍堰頂標高：228.2m，以水位平齊堰頂計算則水位高差為7.5m。

筑島圍堰橫斷面：堰體頂面寬為3m，邊坡為1：1.5和1：0.8。

筑島圍堰穩定性驗算：筑島圍堰受到的水平力為外側水壓力P水、受到的豎向力為自重G、基底水的滲透壓力U，見圖4。

圖4　堰體受力示意圖

筑島圍堰填土高度H=7.5m，基底到水面高度H水=7.5m，土圍堰的容重取γ素土=19.5kN/m3，水的容重γ水=10kN/m3，土體基底與地基的摩擦系數取f=0.4。

外側水壓力：P 水=1/2H 水×2γ 水=3.75×2×10=75kN/m

堰體重量：G=1/2（3+20.5）×7.5×γ 素土=82.25×19.5=1603.9kN/m

滲透壓力：U=1/2×H 水×3×γ 水=3.75×3×10=112.5kN/m

穩定系數：K=f（G-U）/P水=7.9＞1.3滿足要求。

6　施工監測

圍堰變形監測的基準點采用現有的四等控制網中靠近觀測區的三個點，采用徠卡TS02全站儀監測平面坐標，用NA720自動安平水準儀監測標高。水位監測遵循“牢固適用，便于觀察”的原則，監測點選擇圍堰的西側（西溪上游）及圍堰北側（西溪下游）合適位置安裝水標尺的方式。測量人員用水準儀測出實時監測點水位標高，再對照刻度安裝水標尺，村尺刻度清晰，并牢固耐用。

變形監測采取全站儀和目測監測相結合的方式進行，目測主要檢查圍堰是否有明顯裂痕、塌方、涌沙滲水等情況。監測點觀測樁橫向應按斷面布設，每個斷面設4個觀測樁，本次圍堰除便道側未設觀測樁，其余三側均設了觀測樁。觀測樁采用1.0m長10cm直徑圓木，圓木頂釘入測量專用釘。埋入土層深度0.9m，面上用30cm長×30cm寬×30cm厚混凝土包裹，混凝土面與土面平齊，觀測樁外露0.1m，并刻上編號（詳見堰體受力示意圖）。

平面位移監測采用測邊交會法進行觀測，棱鏡安裝時強制對中，以提高觀測精度。觀測點相對于基準點的點位誤差控制在≤±2.0mm，各觀測點的平面位移量以首次測量的數據與累計值差計算并得出，位移量計算至毫米級，并將測量數據記錄好。

沉降觀測采用徠卡NA720型自動安平水準儀，觀測點的垂直中誤差控制在≤±0.5mm。確保測量精度，觀測時各觀測水準點組成一個閉合水準路線環，沉降量以首次測得各觀測樁的高程差與累計高差所得，沉降量計算至毫米級，并將測量數據做好記錄。

每天測量各觀測樁的次數不應少于5次，特別是在基坑形成初期及爆破作業期間，更要24h監測。同時設定監測報警值，當平面位移累計量大于40mm，變形速率連續3d大于4mm/d，填筑面沉降為60mm，變形速率連續3d大于5mm/d或土體變化較大時，及時上報現場施工主管及項目部并加密觀測次數，必要時撤離作業人員及設備啟動應急預案。測量嚴格遵守全過程使用同一臺儀器、同一個測量人員，同一種觀測方法和路線。監測結果要有相對應的數據和圖表說明，并標明變化速率和累計變化值，施工監測過程應持續整個基坑內施工作業完成后結束。

7　承臺施工

樁基檢測合格后，清掃干凈墊層面，放出承臺邊線，在墊層上刻好鋼筋布置間距，安裝鋼筋，用25T吊機安裝定型鋼模并加固。注意控制好墩身鋼筋、塔墩固結鋼鉸線、綜合接地等預埋件的位置。施工完畢后及時報驗并按大體積混凝土施工要求澆注混凝土，每層澆注厚度控制為50cm，并采用二次搗固方法，即混凝土在即將初凝前再振搗一次，確保混凝土的密實度，減少內部微裂縫、提高抗裂性。混凝土采用商品混凝土并以汽車泵輸送方式澆注，在澆注過程中注意避免碰撞預埋件及模板，隨時觀測各種預埋件的位置有無變化并及時糾正。澆筑完畢后做好混凝土養護及施工縫的鑿毛處理，待混凝土強度達到50%時即可開始墩身施工。

8　結束語

對于為跨越河流、山谷而設計的水中墩橋梁工程，由于地形地貌不盡相同，當常用的鋼圍堰、鋼板樁、沉井等方案無可行性時，只能因地制宜相適應的施工方案。如本文介紹的采用筑島圍堰的施工方案，將水中施工轉化為陸地施工，不但技術成熟、施工工藝簡單而且效果顯著。為今后碰到類似水中墩施工時有一定的借鑒作用。

[1]《城市橋梁工程施工與質量驗收規范》（CJJ2-2008）.北京：中國建筑工業出版社.