武漢青山長江公路大橋19號主墩基礎施工關鍵技術研究*

李 勇

（中鐵大橋局集團第一工程有限公司，河南 鄭州 450053）

1 工程概況

武漢青山長江公路大橋是武漢市四環線跨越長江的控制性工程，大橋按雙向8車道高速公路標準設計，設計時速100km/h。大橋主橋為（350+938+350）m鋼箱及鋼箱結合梁斜拉橋，橋塔為A型鋼筋混凝土主塔。

主橋19#南主墩基礎采用60根Φ2.5m變徑鉆孔樁基礎，梅花形行列式布置，樁長92m（上部25m為Φ3.0m，下部67m為Φ2.5m）；承臺為啞鈴型結構，總平面尺寸為98.9m×39.5m，厚9m，兩端為Φ39.5m的圓形結構，中間采用系梁連接。

墩位地質自上而下地層為粉細砂層（+15m～-10m）、粉質黏土（-10m～-17m）、圓礫土層（-17m～-22m）、泥質粉砂巖、微弱膠結砂巖、弱膠結砂巖（-22m～-89m抗壓強度約2MPa）。

2 總體施工方案

19號主墩基礎施工前，先采用雙排鉆孔樁加固岸坡，其后在長江枯水期進行墩位清淤以及吹填筑島形成鉆孔平臺，采用1臺500t履帶吊機輔以1臺EP800型免共振電動錘整根插打鋼護筒，再利用4臺TR460D型大型旋挖鉆機施工鉆孔樁，最后逐根插打圍堰鎖口鋼管樁，采用干挖+水下吸泥組合方式進行堰內取土，封底完成后逐層施工承臺。

3 基礎施工關鍵技術

3.1 岸坡防護

由于19號主墩基礎位于長江南岸自然斜岸坡上，坡體高約13m，坡度25°～60°，植被稀疏，崩塌跡象明顯。基礎施工時，勢必對岸坡產生較大影響，為保證邊坡安全以及抵抗圍堰取土后的不平衡土壓力，基礎施工前采用雙排鉆孔灌注樁對岸坡進行加固防護。

3.2 吹填筑島

（1）方案設計。考慮到基礎施工正處于2015年長江枯水期，為給大型旋挖鉆機施工鉆孔樁創造更有利條件，19#墩鉆孔施工平臺采用吹填筑島方案，變水上施工為陸上施工。墩位筑島平面尺寸為118.8m（橫橋向）×70.7m（縱橋向），吹填最大深度為15m。平臺臨江側及上下游均插打鎖口鋼管樁作為支護及防沖刷結構，鋼管樁外側拋填片石反壓護坡。

（2）施工控制關鍵措施。①由于墩位處原有砂石料碼頭，鉆探發現錨鏈、片石等阻礙，后續鋼護筒插打、鉆機鉆孔的障礙物較多，墩位區域吹填之前，先進行清淤、清障。②吹填區域先插打平臺外側支護鎖口鋼管樁（φ820mm×16mm），樁間鎖定形成閉合水域，同時在下游側留一出水孔，以便平臺內部吹填時平臺內多余水體流出。③支護樁內側管袋吹填鋪設與外側片石反壓同步，防止支護樁因內外不平衡壓力過大失穩。④吹填過程中，每日測量分析吹填水域及支護樁外圍河床標高，準確掌握水下沖刷情況，確保結構安全。

3.3 大直徑鉆孔樁成孔

（1）鉆機選型。通過分析19#墩地質條件，并結合國內類似地質成孔經驗，大型旋挖鉆機具備成樁的可行性。為驗證大型旋挖鉆機成孔的可行性，2015年7月29日至8月2日在19#墩墩位附近采用1臺TR460D型旋挖鉆機開展了試樁工作，歷時4d，實際成孔深度達110.2m，成孔后采用超聲波檢孔儀進行檢測。結果表明，成孔深度達到19號主墩的設計孔底高程，孔徑均大于2.5m，垂直度為0.32%，各項檢測指標均滿足設計及規范要求。試樁結果說明大型旋挖鉆機具備成孔條件，且工效顯著。

（2）大直徑鋼護筒整根制作、插打。鋼護筒直徑φ3m、壁厚25mm，單根總長41m，采用螺旋焊接工藝在工廠內整根卷制成型。現場利用定位架進行鋼護筒定位，通過1臺500t履帶吊機和1臺EP800型無極可調免共振電動振動錘配合整根插打，插打作業過程最大吊重130t。首根鋼護筒采用開挖埋設定位法施工，后續鋼護筒施工時，以首根鋼護筒為錨固點焊接型鋼形成定位架后插打。在鋼護筒插打下沉過程中，利用2臺全站儀對鋼護筒的垂直度進行持續觀測，并通過吊機擺動調整鋼護筒下沉姿態，確保鋼護筒插打垂直度滿足設計及規范要求。通過后期成孔檢測，60根鋼護筒垂直度均小于5‰，最大偏位＜10cm。

（3）鉆孔。①優質泥漿配置及循環系統。在19號主墩岸邊上下游各設置1座泥漿二級循環存放池，單池容量1200m3，滿足4臺旋挖鉆機鉆孔需求。泥漿采用鈉基膨潤土制漿，并摻合工業用氫氧化鈉、纖維素，以改善泥漿性能，獲得更佳使用效果，其配合比為水∶膨潤土∶堿∶纖維素=650∶1000∶6∶3。②成孔。19號主墩鉆孔樁施工采用4臺TR400D型旋挖鉆機，在上、下游啞鈴區域分別布置2臺旋挖鉆機鉆孔時按照2根樁距間隔施工（兩孔凈間距為9.8m）。根據鉆孔樁的變直徑設計以及鉆進進度需要，在鉆進中分別采用φ2.9m、φ2.5m、φ1.8m共3種鉆頭分級鉆進，同時特制導正鉆頭確保樁孔變徑處同心。

3.4 大型鎖口鋼管樁圍堰施工

（1）結構設計。19號墩鎖口鋼管樁圍堰布置呈啞鈴型，圍堰平面尺寸101.6m×44.1m，圍堰內尺寸較承臺外邊大1.0m，滿足立模及施工空間需要。圍堰由274根（Φ820mm×18mm單根長33m、材質Q345Dd）鎖口鋼管樁、3層箱型內支撐、2層內支撐聯結系和5.5m厚封底混凝土等結構組成。

（2）施工方案。鎖口鋼管樁圍堰采用先插打鋼管樁，后拼裝圈梁及內支撐，接高鋼護筒，逐層吸泥下放圈梁到位的總體施工方案。圍堰內取土根據長江水位、圍堰內水位、施工效率情況不斷調整，先后采用普通挖機和長臂挖機干挖取土、吸泥泵和空氣吸泥機水下吸泥的組合式取土方案。吸泥到位后，下放底隔艙板將圍堰分成2個艙，逐艙封底。

（3）關鍵技術創新。①圍堰鎖口鋼管樁受土體與長江水雙重側壓力，為解決鋼管樁局部受力偏大的難題，通過在管樁母管內部開槽插板、外表面貼焊圓弧板等方式有效改善了鎖口鋼管樁整體受力。②結合圍堰管樁現場插打垂直度、偏位等實測數據，在CAD中進行三維模擬管樁空間姿態，在加工廠內特制“上寬下窄”的加寬型和箱型鎖口樁，滿足圍堰合龍需要，取得了很好的止水效果。③圍堰圈梁平面結構尺寸大，底中層圈梁總重達1100t，采用可實現位移、油壓雙控的國內先進PLC同步控制系統整體下放，實現了下放過程精準控制，確保了大節段、大噸位圈梁同步下放的安全。④圈梁創新性地采用“鋼筋支撐+土工布”灌縫抄墊工藝，將箱型圈梁與圓形管樁的線接觸變為面接觸，增加了傳力面積，改善了結構整體受力，且該項灌縫工藝施工籌備快、可操作性強、資源投入少，能夠在干作業環境下快速施工。⑤圍堰吸泥根據不同施工階段，采用了挖掘機干挖取土、人工高壓射水吸泥、淺水船載浮式吸泥、深水空氣吸泥機水下吸泥等組合方式，提高了施工工效，確保了吸泥清基質量，為粉質黏土、粉細砂、圓礫土等不同地層吸泥積累了寶貴經驗。

3.5 承臺大體積混凝土溫控

（1）澆筑批次。承臺及塔座高9m，設計標號為C45，方量22127m3，上下游啞鈴區域各分三層澆筑成型，單次澆筑方量最大為4000m3。

（2）夏季大體積混凝土主要溫控措施。①混凝土配合比設計中使用42.5中熱硅酸鹽水泥。為了驗證42.5中熱硅酸鹽水泥的使用效果，項目委托科研單位做了多組對比試驗。結果表明，中熱硅酸鹽水泥3d水化熱為206kJ/kg，7d水化熱為247kJ/kg，較普通硅酸鹽水泥明顯降低。實際生產過程中，同時使用了性能穩定、減水率高的聚羧酸高效減水劑，有效降低每方混凝土水泥用量，進一步降低混凝土的水化熱溫升。②承臺及塔座表面增設防裂網。在承臺側面及塔座頂面增設防裂鋼筋網（φ7mm、網格間距100mm），以提高結構表面混凝土抗裂性能。③使用模板布。承臺側面及塔座頂面模板內側加貼模板布，利用模板布的吸水排氣作用，進一步提高砼表面密實性、增強抗裂性能。④混合料降溫。混凝土拌制前，對料倉存放的粗骨料進行灑水降溫，對運輸粉煤灰、外加劑及減水劑運輸車外表面進行沖水降溫。在拌合水池中加入冰塊降溫，同時向混凝土運輸車外部灑水，降低混凝土在運輸過程中的溫升速率，確保混凝土入模溫度不超過25℃。⑤加設冷卻水管。大體積混凝土的溫度控制按照“內降外保”的原則進行。承臺塔座內部布設φ50mm（層間距及同排間距1m）鋼質冷卻水管循環通水冷卻，承臺、塔座與圍堰之間蓄水覆蓋保溫。混凝土澆筑過程中，冷卻水管覆蓋一層通水一層，并根據溫度監控結果動態調節各進水口流量，確保混凝土內外溫差及升降溫速率滿足監控要求。⑥信息化監控。為準確測量、監控承臺砼的內部溫度，指導砼的通水養護，確保承臺塔座大體積砼的施工質量，混凝土內預先布置了大量測溫元件，并通過一臺數據處理終端實時監控。

通過上述一系列溫控措施的有效運用，承臺內部實際溫峰最大63℃，結構表面未發現肉眼可見裂紋。

4 結束語

武漢青山長江公路大橋在19號主墩基礎施工過程中，首創“鎖口鋼管樁+土工管袋”吹砂筑島施工工藝，變主墩基礎水上施工為陸地施工，提高了施工效率，降低了基礎施工安全風險；首創大直徑變截面旋挖鉆深水基礎施工工藝，為長江流域首次采用大型旋挖鉆機施工，創造了83d施工完成60根大直徑超長樁深水基礎施工記錄；在世界最大、入土最深鎖口鋼管樁圍堰施工中，創新了異形合龍樁、圈梁整體下放、土工布填縫等技術；在大體積承臺施工中，使用了中熱水泥、模板布、無線溫控監測系統等一系列新材料、新工藝，解決了大體積混凝土易開裂的難題。武漢青山長江公路大橋在19號主墩基礎施工中采用的先進工藝和管理措施，為后續同類型橋梁基礎施工提供了寶貴借鑒。