高地震烈度地區超寬超大跨斜拉橋主塔基礎施工技術應用

唐子其

（中國港灣工程有限責任公司，北京100027）

1 引言

巴拿馬運河第四大橋，跨巴拿馬運河兩岸，主橋長1 088m，跨徑289m+510m+289m，雙塔倒豎琴形、中間雙索面混合梁斜拉橋，東塔高212.628m，西塔高215.058m。主梁寬51m、高5m，中跨為鋼箱梁、邊跨為混凝土箱梁。東主塔為圓形擴大基礎結構，直徑42m、高度9m，西主塔為樁基承臺結構，墩承臺平面尺寸為44.5m×44.5m，承臺高為5+3m。所在區域地震烈度為0.37g，為高地震烈度下超寬超大跨公軌合建斜拉橋，技術難度大【1】。

2 東主塔擴大基礎施工

東主塔基礎為擴大基礎，表層8.2m為填土、淤泥和粗砂，其下為抗壓強度40～55.8MPa的微風化玄武巖，基巖面起伏小。因覆蓋層相對較厚，采用咬合樁支護結構擴大基礎施工。

2.1 咬合樁支護結構擴大基礎施工

東主塔基礎為圓形咬合樁支護結構擴大基礎，主要施工工藝包括：導墻施工→咬合樁施工→冠梁施工→基坑開挖→基底平整→分層澆筑擴大基礎混凝土→施工索塔下部節段→基坑回填。

2.2 擴大基礎施工技術方案

擴大基礎主要施工內容包括：基坑開挖、基底整平、墊層施工、分層綁扎鋼筋、分層澆筑混凝土、基坑回填。

2.2.1 基坑開挖

基坑采用機械開挖，基坑內布置挖機，基坑周邊布置履帶式抓斗?；娱_挖前，根據地質水文、氣候等條件，制定可行性防水措施，備足抽水設備，及時排除積水。坑底四周距咬合樁50cm挖排水明溝，設置集水井，每個井內至少1臺抽水泵，抽水能力為滲水量的1.5～2倍，積水排至指定位置，以免造成積水回流。

2.2.2降水管井施工

降水管井共6口，鉆孔孔徑為600mm，內置直徑325mm濾水鋼管，沿圓周均布，鉆孔進入中風化層2m，管長26.8m，其中實管長20m，過濾管長6.8m，過濾管用軟式排水管包裹，全部填充過濾料。

2.2.3 混凝土澆筑施工

根據大體積混凝土計算分析結果，對擴基混凝土采取分層分塊澆筑施工；設置后澆帶，采用收口網（免拆模板網）模板保證后澆帶施工質量。按照大體積混凝土溫控要求，布設相應冷卻水管等溫控措施進行溫度控制。

3 西主塔樁基基礎施工

西主塔基礎為樁基基礎，承臺為矩形截面，橫橋向尺寸為44.5m，順橋向尺寸為44.5m，承臺厚5.0m，塔座厚3m。基礎位于巴拿馬運河太平洋出口淺談區，最高高潮位3.66m，平均高潮位2.14m，平均海平面0.31m，平均低潮位-1.70m。

3.1 棧橋及平臺

3.1.1 棧橋設計與施工

為主墩施工提供作業平臺，需搭建臨時棧橋和平臺。巴拿馬四橋西岸臨時主棧橋全長600.80m，距離主橋軸線中心距為30m，棧橋共設置5聯，每聯長度分別為147m、144m、132m、84m、93m不等，棧橋每孔跨度均為12m。主棧橋頂面標高為+5.00m，全橋不設置縱坡。棧橋寬度為9.0m，面層體系采用裝配式橋面板，橫向分配梁I22a間距為0.75m。主縱梁采用321型單層貝雷片，橋臺處承重梁為4I22a。主棧橋下部結構采用樁基排架，排架縱向標準間距12m。

主棧橋鋼管樁基礎由130t履帶吊配合DZJ90型振動錘進行打設，上部結構采用“釣魚法”由130t履帶吊完成安裝。

3.1.2 施工平臺設計與施工

施工平臺包括鉆孔平臺及支棧橋2部分結構。其中，支棧橋寬度均為9m，采用鋼管樁+貝雷梁結構，長度因承臺的橫橋向寬度不同而不同，設置在鉆孔平臺兩側。鉆孔平臺采用鋼管樁+貝雷梁結構，基礎φ813mm×12.7mm鋼管樁，自下而上結構依次為：承重梁700mm×700mm×20mm×20mm方鋼、“321”型貝雷主梁、分配梁I22a、面板φ10mm。

水上施工平臺由主棧橋向支棧橋施工，再由支棧橋向鉆孔平臺推進施工；平臺鋼管樁基礎由130t履帶吊配合DZJ90型振動錘進行打設，上部結構采用“釣魚法”由130t履帶吊完成安裝。

3.2 樁基基礎施工技術方案

根據所得地質勘探資料，西主橋基礎位于硬質巖與軟質巖分界線上，硬質巖為安山巖、玄武巖、輝綠巖等，抗壓強度約為30MPa；軟質巖為頁巖、粉砂巖等，抗壓強度小于10MPa。RQD變化比較大，隨區段及深度不同，RQD=0%～100%，基巖面起伏較小。巖層侵入承臺范圍較大，最高巖面標高為-5.15m，承臺封底底標高為-12.5m，開挖深度及外界水土壓力較大，因此，選用受力較好、剛度較大的鎖扣鋼管樁圍堰作為主墩承臺施工圍堰的受力結構。

3.2.1 鎖扣鋼管樁圍堰施工

因考慮到樁基護筒會對圍堰基坑開挖帶來不便，因此，在主墩內棧橋打設完成后便開始打設鎖扣鋼管樁圍堰。單根圍堰鎖扣樁采用φ820mm×10mm螺旋管作為主管，管樁鎖扣采用“CO”型結構。其中，C型鎖扣采用φ152mm×8mm鋼管，開槽寬度80mm，縱向沿管長方向間隔1m設置加強連接板若干，增加鎖扣管與主管的連接強度；O型號鎖扣采用φ133mm×4.5mm鋼管，與主管焊接為一體，鋼管材料均為Q235B。

施工采用“履帶吊+振動錘”的方法按序插打。其中，地質情況較好的位置，采用常規插打方法將鋼管樁1次打設到位。承臺西南側地質巖面較高，基巖侵入承臺施工空間，鋼管樁無法直接打入，需要先利用旋挖鉆施工水下導槽，待達到設計深度后，在導梁引導下插打鎖扣鋼管樁，并進行封底混凝土澆筑，完成圍堰鋼管樁施工。

鋼管樁打設依次將1根鋼管樁的“O”型鎖扣插入另一根鋼管樁的“C”型鎖口直至合龍。沉放過程中每隔一定數量的鋼管樁須從2個方向校核鋼管樁的垂直度，超出允許范圍需進行微調【2】。

鋼管樁圍堰采用CO鎖口，鎖口之間的空隙平均只有1.5mm，在海水漲落潮的環境下，海水中夾雜的細泥砂等將鎖口之間的空隙塞得嚴嚴實實，形成穩定的自鎖阻水帷幕，效果好，對小范圍未能形成自鎖阻水帷幕的部位，可采用人工的方式通過鎖口頂口向鎖口間隙中灌入細砂，并輔以在最低潮位時，均能有效阻水【3】。

3.2.2 圍堰內土體及巖體開挖

待圍堰封閉后對內部巖石、淤泥及土體進行開挖外運，采用“先開挖，后樁基”思路，即在打設鉆孔平臺之前，利用小型水上設備，先對圍堰內土體進行開挖施工，將樁基施工前將圍堰范圍內土體及巖體清理至設計標高，然后再進行平臺、樁基施工。

圍堰內巖石采用“浮箱平臺+破碎錘”的清除方法，利用破碎錘配合適應的動力設備，將水下巖體破碎至碎塊狀，然后利用水上挖機、抓斗吊清理至岸邊。

3.2.3 樁基及承臺施工

樁基采用旋挖鉆機進行大功率旋挖鉆成孔，樁基施工完成后進行圍堰封底施工，封底厚度2.5m，采用C25水下混凝土。主墩承臺在高度方向上分為3層，第一層澆筑2.5m，第二層澆筑2.5m，最后澆筑塔座3m。澆筑過程中嚴格采取溫控措施，在承臺內部事先預埋冷卻管，通過控制水管內水的流量來控制混凝土的內部溫升，從而減少內外溫差。

4 結語

巴拿馬運河第四大橋工程項目為中巴建交后中國在巴拿馬的第一個超大型政府基礎設施現匯項目，也是目前中國在海外承接的金額最大的單體橋梁項目。四橋項目的中標與承建對鞏固中國在美洲市場經營及打響“中國橋”海外品牌具有里程碑意義。針對橋塔基礎受力大、建設條件復雜、技術難度大，設計與施工方案相融合【4】，因地制宜進行施工。東西橋塔基礎分別采用擴大基礎和樁基基礎，本文詳細介紹了咬合樁支護、擴大基礎施工、棧橋平臺設計及施工、鎖扣鋼管樁圍堰施工、樁基及承臺施工，確保設計施工達到國際先進水平。本文的研究成果有助于類似工程的借鑒應用。