阿蓬江左線大橋深水基礎施工方案比選應用

楊 恩 賀 勇 林 華

（成都大西南鐵路監理有限公司， 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ZDK302+802，全長265.9m，采用（66+120+66）m 預應力混凝土連續梁跨越阿蓬江，其2#主墩基礎位于水中，設計采用雙壁鋼圍堰施工，橋位區域規劃為Ⅶ級航道，設計施工水位H=436.98m，Q1/100=7010m3/s，H1/100=439.21m，V1/1002.9m/s，承臺底標高為421.83m，承臺頂標高為425.83m。

橋區地形呈V 型構造，屬于低山侵蝕、剝蝕地貌，相對高差50～100m，自然橫坡5～40°，2#墩靠岸側方向地勢陡峭、植被發育，河床覆蓋層為〈2-1〉Q4al+pl淤泥質軟土，下伏〈15-2〉W2 泥質灰巖，巖層產狀N26°E/53°NW（48°）（圖1）。

施工前經過現場實際調查和測量，橋址區兩岸無任何通道，該河段船舶只通行小型客渡船、小型漁船，水面寬90m，實測水位為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 厚淤泥質軟土，泥質灰巖河床底部呈斜向發育。

圖1 2#墩位處立面及地質資料圖

2 原設計方案施工存在的困難

根據橋址區現場實際條件和調查測量結果，發現如果按照原設計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，河段內沒有通行大型船只，鋼圍堰浮運缺少底節拼裝場地也缺乏浮運條件，同時無大噸位牽引拖船和浮吊。

（2）采用鋼棧橋及水上施工作業平臺組裝鋼圍堰，原位拼裝、吊裝就位，由于河床覆蓋層厚度約0～1.5m 的淤泥質軟土無法維持鋼管樁承載力和穩定，下伏泥質灰巖巖層傾角53°且河床面自然坡度較陡，鋼管樁施工入巖難度大，鋼管樁、鋼平臺及自制起吊系統的穩定性存在一定安全隱患和風險。

（3）2 號墩位岸邊地勢陡峭,修建施工便道只有沿江邊開挖邊坡而建，施工場地狹窄與進場鄉村道路高差達100m 左右，大噸位吊車進場通行條件受限，無法到達，故難以實現陸上拼裝和吊裝。

（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，費用高。如果采用在鋼圍堰側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題，因高差太大施工過程中如何保證圍堰的穩定性是個難題，施工安全風險大，而且還需大量砼填填于封底砼之下。

（5）橋位河段區域屬于濕地保護區，河道內魚繁殖基地較多，水下爆破對漁業資源和生態影響較大。

綜合分析，按照原設計采用鋼棧橋、水上作業平臺、雙壁鋼圍堰方案施工難度較大，現場基本上不具備施工條件。因此，根據現場實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基坑鎖口鋼管樁，之后施工橋樁，開挖基坑，在基坑內施工承臺及下部墩柱。

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基坑混凝土咬合樁，之后施工橋墩樁基礎，開挖基坑，在基坑內施工承臺及下部墩身。

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，后施工鋼筋混凝土沉井并使之下沉，沉井就位后，開挖基坑，在基坑內施工承臺及下部墩柱。

方案4：土圍堰+鋼板樁支護方案：在土圍堰上施工橋墩樁基礎，后施工鋼板樁，開挖基坑，在基坑內施工承臺及下部墩柱。

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，故整個圍護結構的穩定性不能保證。

方案2：采用土石圍堰，承臺基坑采用鋼筋混凝土咬合樁圍護，其樁尖入巖深度和基坑圍護結構剛度足以保證施工安全，在河床坡腳滑移側增設一排抗滑樁，增強結構穩定性，但施工咬合樁和抗滑樁施做時間較長，圍護結構投入均為一次性不可回收。

方案3：基坑深度大，土石圍堰填筑時密實度難以達到要求，加上墩位處河床基巖高差較大，在沉井下沉過程中容易發生管涌，不均勻下沉引起傾斜、偏移、扭轉等問題，河床底部泥質灰巖需要大量爆破施工使沉井下沉，影響漁業資源，存在較大的安全風險，。

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

3.3 方案確定

針對以上4 個方案，綜合考慮決定2#墩深水基礎采用方案2 即土石圍堰+咬合樁，在河床坡腳滑移側增設一排抗滑樁，該方案優點如下:

（1）該方案為常規設備，便于進場及停放就位，安全風險可控。

（2）2#墩下游漁灘電站為溢水壩，施工期水流緩慢，滿足土石圍堰施工條件。

（3）對河床基底無特殊要求，無需水下爆破，對漁業資源和周邊生態影響較小，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構施工，類似陸上作業，質量、安全、進度可控。

（5）抗滑樁樁底入巖解決了因河床底部斜向發育、巖層傾角較大，土石圍堰易沿巖層面滑動導致穩定性差的問題。

（6）咬合樁采用旋挖鉆機鋼護筒跟進容易成孔，相鄰砼樁間部分圓周相嵌形成整體連續擋土圍護結構，具有較強的防滲、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，不需大型機械設備，節省外運填筑材料和大型機械設備費用。

4 土石圍堰+咬合樁設計方案

結合現場實際施工狀態下圍堰及圍護樁各種工況計算，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 針對圍堰向河床中滑移這個問題進行設計驗算，利用理正深基坑7.0 單元計算對咬合樁進行初步設計，運用midas civil 和BIM 技術對初步設計的支護方式進行數值模擬分析，對結構進行整體驗算和優化，確保圍堰穩定和咬合樁結構受力安全可靠，土石圍堰+咬合樁方案設計方案如下：

4.1 土石圍堰

自上游開始填筑至下游，選用土:石=3:2 的填筑料。水面以上的填土分層夯實，根據阿蓬江歷年水文資料、實測水面高程和施工時間（洪水位之前墩身出水），確定堰頂標高控制在432.0m，高出正常實測水面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面（水位比現測水位下降3m 之后抗滑推力計算）。土體會沿新填碎石土內摩擦角為破裂面滑動。靠河側施工21 根鋼筋混凝土抗滑樁，樁徑1m，樁長28m，入巖5m，相鄰樁間距1.2m。

4.3 鉆孔咬合樁圍護結構

填筑圍堰頂面標高432m，承臺底標高421.83m，位于地面下10.17m，承臺尺寸17.6m×13.6m×4m，基坑尺寸18.2×15m，根據以上設計和優化，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備采用SR360C8 旋挖機，在圍堰內采用全鋼護筒跟進至巖層面成孔灌注混凝土，基坑開挖后整個施工過程未出現滲漏水現象。

圖3 咬合樁、抗滑樁平面布置示意圖

5 土石圍堰+咬合樁施工應用效益對比

2#墩深水基礎根據鋼圍堰以往工程經驗及工程量清單和土石圍堰+咬合樁實際完工情況，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、機械設備等，達到墩柱施工條件需要8 個月，土石圍堰+咬合樁施工就近取材，利用常規設備即可完成施工，達到墩柱施工條件需要8.5 個月，工期上滯后15 天但是不影響施工節點時間，相對于雙壁鋼圍堰節約成本4992657 元（表1）。

表1 土石圍堰+咬合樁與雙壁鋼圍堰施工效益對比

6 結語

結合阿蓬江左線大橋2#墩深水基礎工程特點和現場實際情況，選定的土石圍堰+咬合樁施工方案，通過優化設計確保了深基坑開挖過程中圍護結構的安全穩定，不但解決了現場采用雙壁鋼圍堰難以實施的問題，而且還降低施工難度和安全風險，節約了工程費用，橋梁類似深水基礎施工具有一定借鑒意義。