阿蓬江左線大橋深水基礎(chǔ)施工方案比選應(yīng)用

楊 恩 賀 勇 林 華

（成都大西南鐵路監(jiān)理有限公司， 四川 成都 610031）

1 工程概況

渝懷鐵路增建二線阿蓬江左線大橋中心樁號(hào)ZDK302+802，全長(zhǎng)265.9m，采用（66+120+66）m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁跨越阿蓬江，其2#主墩基礎(chǔ)位于水中，設(shè)計(jì)采用雙壁鋼圍堰施工，橋位區(qū)域規(guī)劃為Ⅶ級(jí)航道，設(shè)計(jì)施工水位H=436.98m，Q1/100=7010m3/s，H1/100=439.21m，V1/1002.9m/s，承臺(tái)底標(biāo)高為421.83m，承臺(tái)頂標(biāo)高為425.83m。

橋區(qū)地形呈V 型構(gòu)造，屬于低山侵蝕、剝蝕地貌，相對(duì)高差50～100m，自然橫坡5～40°，2#墩靠岸側(cè)方向地勢(shì)陡峭、植被發(fā)育，河床覆蓋層為〈2-1〉Q4al+pl淤泥質(zhì)軟土，下伏〈15-2〉W2 泥質(zhì)灰?guī)r，巖層產(chǎn)狀N26°E/53°NW（48°）（圖1）。

施工前經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)查和測(cè)量，橋址區(qū)兩岸無(wú)任何通道，該河段船舶只通行小型客渡船、小型漁船，水面寬90m，實(shí)測(cè)水位為430.3m，最大水深17.5m，水流緩慢，在2 墩位處河床斷面高差大，覆蓋層為0～1.5m 厚淤泥質(zhì)軟土，泥質(zhì)灰?guī)r河床底部呈斜向發(fā)育。

圖1 2#墩位處立面及地質(zhì)資料圖

2 原設(shè)計(jì)方案施工存在的困難

根據(jù)橋址區(qū)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件和調(diào)查測(cè)量結(jié)果，發(fā)現(xiàn)如果按照原設(shè)計(jì)采用雙壁鋼圍堰施工將存在如下困難：

（1）阿蓬江屬烏江支流，水域面積狹窄，水深較淺，河段內(nèi)沒(méi)有通行大型船只，鋼圍堰浮運(yùn)缺少底節(jié)拼裝場(chǎng)地也缺乏浮運(yùn)條件，同時(shí)無(wú)大噸位牽引拖船和浮吊。

（2）采用鋼棧橋及水上施工作業(yè)平臺(tái)組裝鋼圍堰，原位拼裝、吊裝就位，由于河床覆蓋層厚度約0～1.5m 的淤泥質(zhì)軟土無(wú)法維持鋼管樁承載力和穩(wěn)定，下伏泥質(zhì)灰?guī)r巖層傾角53°且河床面自然坡度較陡，鋼管樁施工入巖難度大，鋼管樁、鋼平臺(tái)及自制起吊系統(tǒng)的穩(wěn)定性存在一定安全隱患和風(fēng)險(xiǎn)。

（3）2 號(hào)墩位岸邊地勢(shì)陡峭,修建施工便道只有沿江邊開(kāi)挖邊坡而建，施工場(chǎng)地狹窄與進(jìn)場(chǎng)鄉(xiāng)村道路高差達(dá)100m 左右，大噸位吊車(chē)進(jìn)場(chǎng)通行條件受限，無(wú)法到達(dá)，故難以實(shí)現(xiàn)陸上拼裝和吊裝。

（4）墩位處河床坡度較大，地形較陡，巖層傾角53°，河床基巖面大小里程方向高差達(dá)10.12m，如果采用水下爆破使基底面處于同一高程，爆破方量2000m3，爆破后鋼圍堰基底標(biāo)高控制在411.6m，鋼圍堰高度至少20.2m(施工期水位+1.5m)，工程量大，費(fèi)用高。如果采用在鋼圍堰側(cè)臂上加焊鋼管樁找平支腿支撐或高低刃腳的方法解決河床高差的問(wèn)題，因高差太大施工過(guò)程中如何保證圍堰的穩(wěn)定性是個(gè)難題，施工安全風(fēng)險(xiǎn)大，而且還需大量砼填填于封底砼之下。

（5）橋位河段區(qū)域?qū)儆跐竦乇Ｗo(hù)區(qū)，河道內(nèi)魚(yú)繁殖基地較多，水下爆破對(duì)漁業(yè)資源和生態(tài)影響較大。

綜合分析，按照原設(shè)計(jì)采用鋼棧橋、水上作業(yè)平臺(tái)、雙壁鋼圍堰方案施工難度較大，現(xiàn)場(chǎng)基本上不具備施工條件。因此，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況擬定其他施工方案

3 擬定方案比選研究

3.1 擬訂方案

方案1：土圍堰+鎖口鋼管樁圍堰方案：在土圍堰上施工承臺(tái)基坑鎖口鋼管樁，之后施工橋樁，開(kāi)挖基坑，在基坑內(nèi)施工承臺(tái)及下部墩柱。

方案2：土石圍堰+鋼筋混凝土咬合樁方案：在土石圍堰上施工承臺(tái)基坑混凝土咬合樁，之后施工橋墩樁基礎(chǔ)，開(kāi)挖基坑，在基坑內(nèi)施工承臺(tái)及下部墩身。

方案3：土圍堰+鋼筋混凝土沉井方案：在土圍堰上施工橋墩樁基礎(chǔ)，后施工鋼筋混凝土沉井并使之下沉，沉井就位后，開(kāi)挖基坑，在基坑內(nèi)施工承臺(tái)及下部墩柱。

方案4：土圍堰+鋼板樁支護(hù)方案：在土圍堰上施工橋墩樁基礎(chǔ)，后施工鋼板樁，開(kāi)挖基坑，在基坑內(nèi)施工承臺(tái)及下部墩柱。

3.2 方案比選

方案1：若僅采用鎖口鋼管樁圍堰，河床覆蓋層較薄且樁尖入巖深度難以保證，影響圍堰的整體穩(wěn)定性。若在土石圍堰上施做鎖口鋼管樁，摩阻力太大，樁尖更難以入巖，故整個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性不能保證。

方案2：采用土石圍堰，承臺(tái)基坑采用鋼筋混凝土咬合樁圍護(hù)，其樁尖入巖深度和基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)剛度足以保證施工安全，在河床坡腳滑移側(cè)增設(shè)一排抗滑樁，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，但施工咬合樁和抗滑樁施做時(shí)間較長(zhǎng)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)投入均為一次性不可回收。

方案3：基坑深度大，土石圍堰填筑時(shí)密實(shí)度難以達(dá)到要求，加上墩位處河床基巖高差較大，在沉井下沉過(guò)程中容易發(fā)生管涌，不均勻下沉引起傾斜、偏移、扭轉(zhuǎn)等問(wèn)題，河床底部泥質(zhì)灰?guī)r需要大量爆破施工使沉井下沉，影響漁業(yè)資源，存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，。

方案4：由于基坑較深，水土側(cè)壓力大，鋼板樁整體穩(wěn)定性差，剛度小，河床覆蓋層土層較薄難以保證鋼板樁入土深度，存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 方案確定

針對(duì)以上4 個(gè)方案，綜合考慮決定2#墩深水基礎(chǔ)采用方案2 即土石圍堰+咬合樁，在河床坡腳滑移側(cè)增設(shè)一排抗滑樁，該方案優(yōu)點(diǎn)如下:

（1）該方案為常規(guī)設(shè)備，便于進(jìn)場(chǎng)及停放就位，安全風(fēng)險(xiǎn)可控。

（2）2#墩下游漁灘電站為溢水壩，施工期水流緩慢，滿(mǎn)足土石圍堰施工條件。

（3）對(duì)河床基底無(wú)特殊要求，無(wú)需水下爆破，對(duì)漁業(yè)資源和周邊生態(tài)影響較小，施工完成后一次性挖除清理土石圍堰。

（4）土石圍堰緊靠河岸填筑，采用土石圍堰加咬合樁結(jié)構(gòu)施工，類(lèi)似陸上作業(yè)，質(zhì)量、安全、進(jìn)度可控。

（5）抗滑樁樁底入巖解決了因河床底部斜向發(fā)育、巖層傾角較大，土石圍堰易沿巖層面滑動(dòng)導(dǎo)致穩(wěn)定性差的問(wèn)題。

（6）咬合樁采用旋挖鉆機(jī)鋼護(hù)筒跟進(jìn)容易成孔，相鄰砼樁間部分圓周相嵌形成整體連續(xù)擋土圍護(hù)結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的防滲、防水作用。

（7）土石圍堰施工所需土石就近取材，充分利用橋墩附近隧道洞渣，不需大型機(jī)械設(shè)備，節(jié)省外運(yùn)填筑材料和大型機(jī)械設(shè)備費(fèi)用。

4 土石圍堰+咬合樁設(shè)計(jì)方案

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工狀態(tài)下圍堰及圍護(hù)樁各種工況計(jì)算，在最大水深17.5m、河床巖層傾角53°的江中填筑圍堰，用midas civil 和flac3D 針對(duì)圍堰向河床中滑移這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算，利用理正深基坑7.0 單元計(jì)算對(duì)咬合樁進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，運(yùn)用midas civil 和BIM 技術(shù)對(duì)初步設(shè)計(jì)的支護(hù)方式進(jìn)行數(shù)值模擬分析，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體驗(yàn)算和優(yōu)化，確保圍堰穩(wěn)定和咬合樁結(jié)構(gòu)受力安全可靠，土石圍堰+咬合樁方案設(shè)計(jì)方案如下：

4.1 土石圍堰

自上游開(kāi)始填筑至下游，選用土:石=3:2 的填筑料。水面以上的填土分層夯實(shí)，根據(jù)阿蓬江歷年水文資料、實(shí)測(cè)水面高程和施工時(shí)間（洪水位之前墩身出水），確定堰頂標(biāo)高控制在432.0m，高出正常實(shí)測(cè)水面1.7m。堰頂34m×34m。迎水面坡度1:2，其余面坡度1:1.75，并在圍堰坡腳投放2-3m 高、1m 寬鉛絲示籠壓腳（圖2）。

圖2 土石圍堰斷面圖

4.2 抗滑樁

考慮到河床較陡，存在滲流，施工中存在動(dòng)載，圍堰存在向河中心滑移的可能，故假定回填碎石土破裂面、回填土與傾斜巖層接觸面和回填土破裂面為假定滑動(dòng)面（水位比現(xiàn)測(cè)水位下降3m 之后抗滑推力計(jì)算）。土體會(huì)沿新填碎石土內(nèi)摩擦角為破裂面滑動(dòng)。靠河側(cè)施工21 根鋼筋混凝土抗滑樁，樁徑1m，樁長(zhǎng)28m，入巖5m，相鄰樁間距1.2m。

4.3 鉆孔咬合樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)

填筑圍堰頂面標(biāo)高432m，承臺(tái)底標(biāo)高421.83m，位于地面下10.17m，承臺(tái)尺寸17.6m×13.6m×4m，基坑尺寸18.2×15m，根據(jù)以上設(shè)計(jì)和優(yōu)化，確定咬合樁共100 根樁，包含鋼筋混凝土樁50 根，素樁50 根（圖3）。

深基坑咬合樁施工設(shè)備采用SR360C8 旋挖機(jī)，在圍堰內(nèi)采用全鋼護(hù)筒跟進(jìn)至巖層面成孔灌注混凝土，基坑開(kāi)挖后整個(gè)施工過(guò)程未出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象。

圖3 咬合樁、抗滑樁平面布置示意圖

5 土石圍堰+咬合樁施工應(yīng)用效益對(duì)比

2#墩深水基礎(chǔ)根據(jù)鋼圍堰以往工程經(jīng)驗(yàn)及工程量清單和土石圍堰+咬合樁實(shí)際完工情況，采用雙壁鋼圍堰施工需要大量的鋼材、貝雷梁、混凝土、水下爆破和大型船舶、機(jī)械設(shè)備等，達(dá)到墩柱施工條件需要8 個(gè)月，土石圍堰+咬合樁施工就近取材，利用常規(guī)設(shè)備即可完成施工，達(dá)到墩柱施工條件需要8.5 個(gè)月，工期上滯后15 天但是不影響施工節(jié)點(diǎn)時(shí)間，相對(duì)于雙壁鋼圍堰節(jié)約成本4992657 元（表1）。

表1 土石圍堰+咬合樁與雙壁鋼圍堰施工效益對(duì)比

6 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合阿蓬江左線大橋2#墩深水基礎(chǔ)工程特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選定的土石圍堰+咬合樁施工方案，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)確保了深基坑開(kāi)挖過(guò)程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定，不但解決了現(xiàn)場(chǎng)采用雙壁鋼圍堰難以實(shí)施的問(wèn)題，而且還降低施工難度和安全風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約了工程費(fèi)用，橋梁類(lèi)似深水基礎(chǔ)施工具有一定借鑒意義。