某橋梁深水基坑施工技術

王滿瓊 （太湖縣農村公路管理局，安徽 安慶 246000）

1 工程概況

太湖縣花亭湖候六橋橋采用山嶺重丘區四級道路標準，設計時速20km/h，路線最大縱坡7.709%，橋上縱坡采用-2.5%；上部結構采用3跨35m預應力鋼筋混凝土預制小箱梁，下部結構采用重力式U型橋臺，重力式實體橋墩，擴大基礎；全寬5.5m；橋梁中心樁號K0+183，里程樁號為K0+125.500～K0+237.532，全長112.033m。

原設計方案制定時，花亭湖水位未至75.01m，采用的是土圍堰，機械配合人工清理基礎，但由于花亭湖大壩升級改造結束后，整個湖區的蓄水能力提升，自2014年起，水庫最低水位均超過78.5m，水位至少比設計水位高出3.5m以上，所以施工水位離河床底的總高差是大于8.5m。另候六橋所跨支流為花亭湖主要匯水支流之一，上游5條支流和3個水庫，每逢降雨，各支流水迅速匯集，造成水位形成巨大落差。原設計土圍堰輔助基礎施工不符合地質情況，且存在重大安全隱患。

2 地質條件與基礎施工方案確定

本項目工程位于太湖縣湯泉鄉，山區、河床地貌類型，根據國家建設部、國家地震局頒布的《中國地震動參數區劃圖》(GB18306-2001)，本場地的設計基本地震加速度值為0.05g。候六橋本次勘探深度范圍內按沉積年代、成因及其物理力學性質的差異，自上而下可劃分為5個主要層次:耕土→淤泥→全風化片麻巖→強風化片麻巖→微風化片麻巖。

1#沉井圖

由于2#墩沉井在下沉過程中西南角首先接觸到巖石，無法繼續下沉，為了探明河床的地質、地形情況，業主委托安慶工程勘察院對1#墩、2#墩進行補勘。在勘察范圍內，1#沉井下基巖面較平整，最大相差0.54m；發現2#沉井下基巖面凸凹不平，最大高差2.4m。

沉井A點，刃角與基巖面相差1.3m；沉井B點，刃角與基巖面相差0.95m；沉井C點，刃角與基巖面相差0m；沉井D點，刃角與基巖面相差0.3m；沉井中心點，至巖面1.90m。

從2#沉井的補勘結果來看，2#沉井再繼續下沉已經不可能，但沉井底約1.5m的砂礫層開挖過程中由于水壓力和土壓力的作用，會不斷涌入沉井內，無法徹底清除，在沉井底部形成一層松散的砂礫層，不能作為擴大基礎承載層。

1#沉井已下沉2.2m，由于花亭湖水位不斷上升，水位已達到78.5m，沉井底與花亭湖水位高差已達（78.5-76.8+4.5）=6.2m，圍堰承受的壓力越來越大；隨著圍堰下沉，圍堰內側砂石回流嚴重，已出現坍方現象。圍堰已經處于坍塌的臨界狀態。

1#沉井目前已進行西南、西北角的地質補勘工作，從補勘的數據來看，1#沉井的河床巖面約在70.2m左右，與目前胡亭湖水位高差78.5-70.2=8.3m，隨著沉井刃角下沉，沉井外側砂石因向沉井內流失而下降，最終將圍堰內側坡腳降至70.2m左右。從1#沉井平面圖中可以看出，圍堰內側至沉井外側距離為9m，理想化圍堰內側的坡比約為1:1。候六橋填筑圍堰填土為強風化巖，通過近一年的主便道和圍堰的坡比觀察，該類土的穩定坡比應在1:1.8左右。

沉井下沉遇阻后，參建方多次研究，初步拿出方案由施工單位負責編制，經安徽省權威專家評審，同意采用鋼板樁輔助鋼筋混凝土套箱沉井施工方案。

3 沉井工藝

在沉井外側用[22a型槽鋼連續打入，作為封閉砂石向沉井內回流，同時起到保護圍堰和主便道的作用。

3.1 槽鋼布置

打樁順序按照1、3、2、5、4……間隔打入，相鄰兩根樁之間槽口對扣，形成相互咬合，提高封閉泥沙的效果，增加樁與樁之間的聯系。

鋼板樁布置俯視圖

鋼板樁布置斷面圖

3.2 打樁

槽鋼采用挖機氣錘打入，打樁前在槽鋼頂部安裝帽鐵（如下圖所示），作為氣錘的接觸點。

由于主便道和圍堰的回填土來自于橋位西側山頭的強風化石，中間參雜這石塊，另河床頂的淤沙層中也含有大量礫石和雜石，可能在打樁過程中對樁的下沉存在干擾，停止打樁操作，從沉井內側開挖，待障礙物清楚后在進行打樁操作，直至將槽鋼頂端與基巖接觸位置。

施工工序：

3.3 槽鋼剛度驗算

目前2#沉井的補勘工作已完成，基巖情況已有大致了解，現以2#沉井打樁最不利情況為代表（沉井A拐點位置呈1.3m懸臂狀態，鋼板處于滲水狀態，水壓力可以忽略不計）進行驗證計算：

從上圖可以看出，最不利情況下槽鋼以沉井刃角外側底為錨固段的懸臂結構（其實很多根槽鋼形成以沉井刃角外側底和巖面為支點的簡支結構），懸臂長度為1.3m。

土容重γ=1.8kN/m3；墻高H=5.8m

即：Pmax=ρgH=1.8×1000×9.8×5.8=102.3kN/m2

朗肯土壓力考慮了土顆粒間、土與鋼板間、土與基地間的摩擦力，為簡化驗算，按照最不利條件計算，不考慮土顆粒間、土與鋼板間、土與基地間的摩擦力，取土壓最大時取值驗算，可得：

需要槽鋼達到的抗彎強度為：

經驗算，采用[22a槽鋼可以滿足強度要求。

4 沉井固定

由于河床基巖頂高差較大，造成沉井四邊不能同時著床，為此必須在高程較低的邊進行分段開挖并進行支撐，防止沉井較大的不均勻沉降，造成沉井破壞。以2#沉井為例：沉井C點首先著床；沉井D點刃角與基巖面相差0.3m，距和床底的巖面距離最小；依次沉井B點刃角與基巖面相差0.95m，沉井A點刃角與基巖面相差1.3m。首先在CD邊D點1.5m處開挖，利用槽鋼的擋泥沙的作用，開挖至河床巖石頂，利用沉井刃角內側預留鋼筋，采用工字鋼打孔焊接的方式進行沉井固定。然后依次按照順時針方向依次架設支撐，固定沉井，防止出現因沉井不均勻下沉造成沉井損壞。

5 基巖處理

從2#沉井的補勘結果來看，河床基巖頂呈“W”型，有利主墩基礎穩定。巖面清理必須將淤泥清理干凈，防止影響混凝土強度，如巖面存在強分化巖，采用錘擊或其它方式清理干凈，確保地基承載力達到設計要求。

6 封水處理

基巖處理處理完畢后，以沉井外側為外模，沿沉井內側約50cm處立模板，高度超過沉井刃角50cm，澆筑水下小粒徑碎石法混凝土，待混泥土達到一定強度后再檢查封水效果，如存在部分漏水現象，從漏水部位進行壓漿封水，盡量采用干處基底找平工藝。但考慮到沉井內外水壓差較大，若水封不住，可采用澆筑水下混凝土進行基底找平，水下混泥土的澆筑厚度應超過2m以上。

7 結 語

①施工難度大。侯六橋設計橋墩采用深水擴大重力式橋墩，需要進行先基坑開挖，后進行基礎施工，施工過程中的涉水深度決定施工的難易程度。花亭湖為蓄水型胡，水位受天氣、人為蓄洪量等不定因素影響，具有很多的不定因素。本工程的設計調查施工水位與實際施工水位相差較大，最小差距也接近4m左右，施工過程中兩水位差達到6m以上，施工難度大大增加，致使橋墩基礎的施工方案一變再變（土圍堰→土圍堰+重力式最大水壓水壓鋼筋混泥土沉井→土圍堰+重力式鋼筋混泥土沉井+鋼板樁），施工過程中最大水壓達到近12m。

侯六橋下部結構施工期間受厄爾尼諾氣候影響，出現多次特大暴雨暴雨襲擊，造成先后5次水毀，給工程也造成了巨大損失。

②地理環境復雜。侯六橋施工期間，花亭湖水位明顯高于常年，造成施工水位遠遠高于原設計水位，另外設計前地勘采用以點代面的方式進行取芯勘探，所得到的結果與實際相差較大。因此按照設計圖紙所做得施工方案在施工過程中進行了兩次大的調整，同時基礎處理方案和墩身設計方案也進行了重新調整。