武穴長江大橋南索塔基礎施工方案研究

徐恩科

（中國鐵建大橋工程局集團有限公司 天津 300300）

1 工程概況

武穴長江公路大橋主橋采用雙塔雙索面混合梁斜拉橋，橋跨布置為（80+290+808+75+75+75）m，全長1 403 m。南索塔樁基礎為36根直徑3.0 m、長59 m的嵌巖樁，啞鈴型布置；承臺為矩形（61.8 m×22.8 m×7 m），承臺底標高+31.0 m。主墩平面見圖1。

2 工程難點

（1）16#主塔基礎所處位置地質不穩定。地質層自上而下為當地碎石加工場棄料堆積層，層厚5～16 m；強風化砂巖夾頁巖厚30～40 m；中風化砂巖夾頁巖。碎石堆積層松散、不穩定，與強風化層間有一條滑動面，滑動趨勢為向下（長江方向）。樁基施工時的機械振動、設備荷載，承臺澆筑時的砼荷載都會對滑動面產生擾動，存在沉降、滑塌隱患，安全風險高（見圖2）。

圖2 地質構造斷面

（2）橋基礎所處位置地形復雜。16#主塔基礎60%位于岸邊陡坡上，陡坡坡度＞45°，現場高差較大。樁基施工需要填高修筑施工場地或下挖修筑施工場地，且工程量大；原地面標高比承臺底設計標高高11.3 m，承臺施工需要開挖深基坑，安全風險高。

（3）橋基礎所處位置場地狹小。16#主塔承臺小里程側瀕臨長江，大里程南邊跨側29 m處為設計富池二級路（標高+46.5），主塔施工場地狹小，施工受限。尤其在樁基施工時，考慮將大里程側作為施工進出場道路和機械設備臨時停放、材料臨時堆放場地，泥漿池只能布置在線路左右兩側，泥漿循環距離長、清渣效果差。

3 邊坡穩定性計算

基礎施工主要難點是大斜坡的邊坡穩定，原邊坡角度為36°。根據《建筑邊坡工程技術規范》碎石層邊坡穩定計算，取碎石層沿強風化層滑動面［1］。

邊坡穩定系數:

其中邊坡角度θ＝36°，碎石為稍密～中密，根據參考值取內摩擦角φ＝36°，碎石黏聚力為0。邊坡穩定系數KS＝1，邊坡處于基本穩定狀態。

根據《建筑邊坡工程技術規范》［1］，邊坡采用平面滑動法計算時，最低穩定系數按三級邊坡取值為KS＝1.25，原邊坡不滿足穩定要求，且在樁基及承臺施工時，因承臺第一層混凝土荷載，邊坡下滑力KS，邊坡穩定系數遠不能滿足要求［2］。

因此，在基礎施工時，為滿足邊坡穩定要求，需增設邊坡處理措施。

4 場地處理方案

針對主塔施工場地狹小受限、地形地質復雜等工程特點，從加固與清除兩個角度考慮，基礎施工提出了三個施工方案:鋼管抗滑+注漿加固方案、清除+鋼平臺方案、清除+擋墻回填方案。綜合考慮樁基鋼筋籠深入承臺錨固長度，三個方案的樁基施工平臺標高均定為+34.0 m。

4.1 鋼管抗滑+注漿加固方案

首先開挖施工平臺，插打φ108×6 mm鋼花管，入強風化基巖5 m；然后利用鋼花管進行注漿，將碎石層與強風化基巖、鋼管固結成整體，起到抗滑加固作用，防止碎石層滑塌［3-5］。

從現有地面標高+42.5 m開挖至樁基施工平臺+34.0 m，對承臺范圍內強風化基巖部分采取先開挖至+31.0 m，然后再利用碎石回填至+34.0 m，減少成樁后承臺基坑開裂對樁身混凝土質量影響。

承臺范圍采用潛孔鉆鉆孔，深入強風化層5 m，打入鋼花管；同時采用人工挖孔法施工樁基，鋼護筒跟進，入巖＞5 m，利用鋼花管注漿。注漿前應先進行現場注漿試驗，注漿參數應通過現場試驗按實際情況確定。注漿后將碎石堆積層固結，鋼管將碎石層與強風化基巖穿插成整體，鋼管參與抗剪，抵抗碎石堆積體整體滑塌趨勢。施工方案流程見表 1［6-7］。

表1 鋼管抗滑+注漿加固方案流程

續表1

4.2 清除+搭設鋼平臺方案

對承臺坐落在碎石層部分，利用搭設平臺進行鉆孔樁和承臺施工，施工時施工荷載直接傳遞至鋼護筒上，不對碎石層產生受力影響。鋼護筒采用人工挖孔壓進的方法，鋼護筒跟進至強風化層5 m后，在鋼護筒上焊接牛腿，搭設鉆孔平臺，鉆孔平臺標高+34.0。鉆孔施工完成后，切除牛腿下放鋼平臺至標高 +31.0，進行承臺施工［8-9］。

先將碎石層開挖至+29.3 m，然后進行人工挖孔，跟進鋼護筒，搭設鉆孔樁平臺；插打門吊走道鋼管樁，進行鋼管錨固樁施工；拼裝門吊，沖擊鉆成孔；下放平臺，搭設承臺施工平臺，最后施工承臺。施工流程見表2。

表2 清除+平臺方案施工流程

續表2

4.3 清除+擋墻回填方案

施工場地按照1∶1坡率放坡開挖防護，由現有地面+42.5 m標高向下開挖，臨江側承臺范圍內在開挖至+34.0 m標高后，繼續開挖清除碎石堆積體至強風化基巖面，根據設置擋土墻的需要開挖至標高+17.6 m。強風化基巖做反向臺階開挖處理，臺階寬4.5 m、高2.5 m，向內有4%坡度，利于后期回填碎石土整體穩定［10-12］。

在開挖完成后，分層施工13.4 m（按詳勘地質資料估算）高衡重式C20砼擋土墻，在擋墻施工過程中分層回填碎石土碾壓夯實處理，并逐節埋設鋼護筒，根據回填情況逐節接高。鋼護筒為一次性永久結構。

承臺范圍繼續填筑3 m至標高+34.0形成施工平臺進行鉆孔樁施工。樁基施工完成后，開挖基坑進行承臺施工。施工流程見表3。

表3 清除+擋墻回填方案施工流程

續表3

5 方案比較

5.1 施工難易程度及安全性比選

表4為各處理方案的施工難易性及施工安全性對比。對比可以看到各處理方案都具有可操作性，各有優缺點。相對而言，方案二安全風險較大。

表4 各處理方案施工難易程度及安全性對比

5.2 工期比選

表5為各處理方案工期的對比，從表中分析得到清除+搭設鋼平臺方案工期最短，但三個方案工期相差不大，方案二工期優勢不明顯。

表5 各處理方案工期比選分析

續表5

5.3 經濟比選

各邊坡處理方案經濟性對比見表6，從表中可以看出清除+擋墻回填方案最經濟，最節省成本。

表6 各處理方案經濟性對比

6 結束語

通過對三個方案的施工難易性、安全性、工期、經濟性對比可得出結論:三個方案技術上都可行，工期相差不大，但方案三，即清除+擋墻回填方案所用成本最少，最為節省。因此，綜合施工從安全、經濟合理、岸坡防護、永臨結合等角度考慮，武穴長江大橋南索塔基礎邊坡處理采取清除+擋墻回填方案最為經濟、可靠。