深水斜巖橋梁下部結構施工技術研究

趙銀波ZHAO Yin-bo

（中鐵一局集團橋梁工程有限公司，渭南 714000）

0 引言

隨著社會生產力的發展、科技的進步以及產業結構的調整，城市化的腳步也在加快，城市人口不斷增加，主城區己無法滿足人民日常生活需求，通過擴大城市面積劃分新的行政區域解決發展與需求的矛盾。新區的設置首要是解決交通問題，跨江跨河區域橋梁成為主角。橋梁設計需滿足承重、通航、美觀等方面的要求，承重問題的解決主要由橋梁的下部結構完成，在既有的江河上水中墩下部結構施工成為技術難題，為解決此問題出現了多種組合施工方式，如浮橋+浮箱+鋼平臺組合、鋼板樁圍堰、鋼圍堰、鋼棧橋+鋼平臺+圍堰等。

在眾多組合施工方式中，根據地質、環保、通航、投資、工期等因素制約，需根據項目自身進行最優選擇，浮橋+浮箱+鋼平臺組合適用于地勢較為平坦，水流較緩且水深較淺的小型河流，同時橋梁較小，但施工過程中安全壓力大，大型設備及材料運輸無法直接到達作業面，從而增加工期、成本；鋼板樁圍堰適用于淺水或無水軟基地段施工，施工速度較快，由于所需材料均為成品且市場存有量大容易形成規模施工，節約工期、成本，但受地質條件影響較大、局限性較大而不被廣泛應用；雙壁鋼圍堰適用于深水區域施工，承壓能力強，安全性能高，但由于其體積龐大、重量較大需在現場進行拼裝，對施工場地要求較高，需配置大型吊裝設備同時實施，由此誕生了棧橋+鋼平臺+圍堰組合施工方式。此組合方式通過棧橋解決河岸高差較大場地受限的問題，為施工用材料、設備提供進出通道，鋼平臺連接棧橋形成工作平臺解決了大型設備吊裝圍堰所需場地，從而提高鋼圍堰安裝質量，為下部結構施工提供有力保障，實現了安全、工期、質量目標，結合本項目地質及現場條件本文就深水斜巖橋梁下部結構采用搭設棧橋、鋼平臺、圍堰組合進行施工的方法及關鍵技術進行詳細闡述。

1 項目概況

本項目工程位于滁州市中新蘇滁高新技術產業開發區內，東至來安，西接市區的花園路。全長1547m，其中主線橋梁長度850m，寬24.5～52.6m，含雨水、污水、供電管線、人行道磚、濱河南北路與主橋連接的觀景平臺等。主橋承臺為整體式矩形，其中主橋墩承臺結構尺寸為8.5*11.5m（順×橫），厚3.5m，承臺封底厚度2.0m，承臺樁基礎為8根φ1.5m鉆孔灌注樁（詳見圖1）。

圖1 主橋橋墩承臺立面圖

2 深水斜巖橋梁下部結構施工方法及關鍵技術

水中樁位采用搭設棧橋、鋼平臺、圍堰輔助施工，其余在陸地上采用平整場地埋設護筒的施工方法。樁基成孔采用反循環回旋鉆機。或回旋鉆無法正常鉆進的樁基采用沖擊鉆成孔，本文就水中墩下部結構施工進行闡述。

2.1 施工準備

2.1.1 技術準備 仔細研究并熟悉相關的設計圖紙、施工規范、圖紙會審、設計變更、地勘報告等資料，與設計單位完成交樁工作，同步進行控制網設置。根據設計圖紙坐標、高程進行軸位放樣，同時復核施工區域河床斷面與設計圖紙進行確認。

2.1.2 現場準備 工料機及各種工具應提前進場準備好，大臨設施架設或鋪設完成。根據方案數據進行鋼平臺施工范圍放樣，由于施工范圍處于江面水位較深區域，采用浮標在水面上進行初定位。確定范圍后，為保證鋼平臺承重鋼柱筒穩固的嵌入河床并有一定埋深，對施工區域內存在斜巖位置進行土袋拋填制造覆蓋層。采用編織袋裝填粘土，通過運輸船運至斜巖范圍按預先測定的水流速度由上游分次拋填，過程中隨時測量人造覆蓋層厚度，當達到要求后開始下道工序施工。人造覆蓋層提高了鋼平臺穩定性從而確保了施工安全，同時解決后續樁基施工過程中因斜巖容易造成的偏孔及漏漿問題。

2.2 棧橋施工

搭設171m長8m寬棧橋過河，棧橋設計水位標高按鋼管樁按十年一遇水位10.5m考慮1.2m安全儲備（即設計控制水位+11.7m），棧橋全長171m，寬8m，含2m人行道，南岸所有材料及設備均從北岸進場。棧橋起于P11#墩大里程側約K0+911處線路左側，止于P13#-P14#墩之間約K1+118處線路左側，標準跨度12m，設置制動墩，鋼棧橋與主體結構下層邊對邊水平距離按照25cm控制（詳見圖2）。

圖2 棧橋、平臺布置圖

棧橋結構自下往上依次為：φ630×10mm鋼管樁基礎+雙拼I45b承重梁+6排貝雷主梁+[20a型鋼與8mm花紋鋼板組成的定型橋面板。鋼管樁長度25m（具體以標高與貫入度雙控），采用50t履帶式打拔機釣魚法施工，采用定向架定向，貝雷梁、承重梁、橋面板采用履帶吊架設。

P12#墩水中基礎及承臺施工搭設固定式鋼平臺，平面尺寸為29.5×18=531m2，結構自下往上依次為：φ630×10mm鋼管樁基礎+雙拼I45b承重梁+共計30排貝雷主梁+I32型鋼分配梁+[28槽鋼倒扣。鋼管樁長度25m，采用50t履帶式打拔機釣魚法施工，定向架定向，貝雷梁、承重梁、橋面板采用履帶吊架設。

2.3 鋼平臺施工

結合現場地形情況，12墩孔樁作業平臺采用固定式鋼平臺。平臺采用螺旋鋼管樁、貝雷梁及型鋼進行搭設，鋼平臺尺寸為29.5×24m，滿足罐車、履帶吊、沖擊鉆等機械設備通行及作業。

鋼平臺結構自下往上依次為：φ630×10mm鋼管樁基礎+雙拼I56b承重梁+6排貝雷主梁+I32型鋼分配梁+[28槽鋼面板。鋼管樁長度約25m（打入泥質粉砂巖泥巖），采用50t履帶式打拔機釣魚法施工，采用定向架定向，貝雷梁、承重梁、橋面板采用履帶吊架設。

2.4 水中鉆孔樁施工

本項目橋梁鉆孔樁基礎樁徑為φ1.0m、φ1.2m、φ1.5m三種類型，樁長25～37m。結合樁基的孔徑、孔深、水文地質、施工環境等因數，綜合考慮比選，采用回旋鉆鉆機+沖擊鉆成孔施工（在非工程樁位置采用回旋鉆試鉆）。卷制焊接鉆孔樁護筒，材質為Q235a（厚度0.8cm）鋼板，鋼護筒的內徑根據設計樁基直樁徑加0.2m進行。護筒埋深≧2.5m，護筒頂高出地面0.3m（水中墩鋼護筒長度根據施工時河流水深而定）。護筒下沉埋設首先利用其自身重量自然下沉，當自重無法下沉時可使用振動錘擊加壓，埋設時先在樁位處挖出一個與護筒外徑相同的圓坑整平夯實，然后設置鋼護筒（水中墩鋼護筒采用振動錘打入河床3m以下）。

2.4.1 水中鋼護筒的接長 鋼護筒的接長使用滾輪式胎架，將卷制焊接好的單個鋼護筒吊至胎架上進行組裝，兩節鋼護筒拼接縫采用馬板在護筒內固位，馬板按30度間隔進行設置，單個鋼護筒的縱縫與兩節鋼護筒對接橫縫必須互相錯開，間距≧1m，每個鋼護筒軸線彎曲值≦5mm，相連兩護筒直徑偏差＜5mm，對接錯臺≦3mm，在組裝過程中，每組裝一節應進行一次同軸度檢查，同軸度應＜5mm。

分段組拼完成且檢查相關參數符合要求后進行環縫焊接，環縫焊接前先清理坡口，然后進行焊接，焊接一定長度后轉動護筒，再次焊接，直至環縫滿焊。

鋼護筒的埋設精度直接影響樁位精度，為確保水中樁位符合設計要求，鋼護筒的下沉埋設須利用雙層井字型導向架進行控制。上下層井字架分別與鉆孔平臺上或平臺下的受力水平撐、剪刀撐或螺旋鋼管樁相聯，兩層井字架之間要有一定的距離，一般不小于2m。為保證入河床覆蓋層瞬間鋼護筒的垂直度，必要時可以己設置好的雙層井字架上或下再加設一層井字架形成三點一線控制系統，利用設置在井字型導向架上的倒鏈控制鋼護筒頂面標高，若倒鏈收放速度和高度在同一標高，則鋼護筒垂直度符合要求，否則及時進行糾偏。

2.4.2 護筒的振動下沉 鋼護筒在導向架引導下準確著床就位后，采用90型振動錘（激振力580kN）振動下沉。根據現場實際情況選用汽車吊或履帶吊進行振動錘起吊作業并進行對位，在鋼護筒頂面對準護筒壁放下振動錘液壓鉗加壓鉗緊，使之與護筒成為一體，當振動錘振動時液壓鉗與鋼護筒同頻受力，振動下沉時起吊設置根據護筒下沉情況松繩，使鋼護筒在振動力及自重力作用下下沉，進行現場量測下沉深度和貫入度是否達標，達不到設計及規范要求時繼續振動下沉直到達標。若下沉過程中護筒長度不足時進行現場接長；若遇軟巖或夾有粗砂的孔位時可先用鉆機進行開孔并鉆進一定深度（3m左右）再進行下沉，直止鋼護筒下沉到不透水層且深度符合規范要求（大于等于3m）。護筒下沉就位且達到要求后對高出或低于平臺的孔位進行切割或焊接（鋼護筒一般高出平臺面40cm），切割或接長到位后將鋼護筒與平臺聯結成整體以防止坍孔時護筒掉落或傾斜偏位。鋼護筒振動下沉過程中，采用全站儀對水面以上的護筒垂直度進行檢驗，鋼護筒的垂直度應小于1/150，若垂直度傾斜較大時，及時進行糾正。

2.4.3 鉆孔施工 同一個墩臺上的幾根樁應分開施工，即必須采用跳樁法施工。

鉆進實施過程要不斷的觀察和量測孔內泥漿，若不符合要求時隨時進行調整或補充以保證孔內泥漿有足夠的壓力。開鉆時，根據地質情況嚴格控制進尺整度，進入護筒刃角處，鉆進速度應采用慢速低檔，使泥漿充分擠入刃角處形成堅固的泥皮護壁。進尺超過刃角下1m后，結合地質情況以正常鉆進速度進尺。如果發現漏漿時應停止進尺同時提起鉆錐，測量泥漿指標，根據測量數據進行粘土補充，使用鉆錐正反轉將膠泥擠入漏漿點進行封堵。

結合鉆桿長度、鉆頭長度、孔位預設高程量測數據等參數進行計算成孔深度，若未達到設計高程繼續鉆進，若達到設計高程，技術人員立即使用相關儀器對成孔直徑和垂直度進行自檢。所有指標自檢合格后開始清孔，清孔采用反循環方法將孔底沉渣清理干凈，清孔過程中手摸孔內排出的泥漿中的鉆渣顆粒，當無2～3mm顆粒時進行泥漿比重、含砂率、粘度、膠體率測定，若以上四項指標中泥漿比重≧1.05且≦1.1、含砂率＜2%、粘度在≧17且≦20s、膠體率≧98%時達到規范要求，方可進入下道工序施工。

2.4.4 水下混凝土灌注 水下混凝土澆注前必須完成所有準備工作，首先對首盤混凝土使用的儲料斗進行濕潤，如采用泵送也需對泵管進行濕潤，其次混凝土及輔助設備均以到達現場，最后在導管上口處安裝隔水裝置并固定好，安裝完成后向儲料斗內倒入或泵送混凝土直止達到首盤澆注量后開始澆注水下混凝土。首盤混凝土拔球開始澆注后必須連續進行。在砼灌注過程中，隨時進行導管埋置深度測量，埋深控制在2～6m。首盤混凝土澆注量依據樁徑、導管埋深、導管內混凝土方量通過計算所得，計算如下：

V=πD2/4*（H1+H2）+πd2/4*h1

V－首盤混凝土數量（m3）；D－設計樁徑，取1.50m；d－導管直徑，取0.30m；H1－孔底與導管底距離，取0.30m；H2－導管初次埋置深度，一般取1.0m；

h1－孔內混凝土達到導管初次埋置深度時，導管內混凝土與導管外混凝土壓力平衡時所需的高度（m），按下式計算：h1=Hw*rw/rc

rw－孔內泥漿的重度，取12kN/m3；Hw－孔內泥漿的深度，取37.5m；rc－混凝土拌合物的重度，取24kN/m3。

根據上式經計算所得1.5m樁徑首盤混凝土澆注量為：V=2.9m3。

2.5 圍堰施工

承臺圍堰形式根據現場地質和水文情況選擇，主墩11-13號墩承臺采用鋼板樁圍堰施工。11號墩位于現狀河堤大壩，為保證防汛需求，施工前對堤壩改線。改線后降低承臺邊緣外擴9m范圍內地面標高至+11m，承臺西側順接便道，便道坡度不大于8%。11－13號墩承臺的施工方法為鋼板樁圍堰，圍堰平面尺寸采用12.2×15.2m，鋼板樁長度24m，4道圍檁。

2.6 水中承臺施工

2.6.1 水中承臺基坑開挖 為加快承臺開挖速度，水中承臺基坑開挖采用高壓射水吸泥、機械、人工聯合作業。射水吸泥作業為主要施工工序，采用多組吸泥機和高壓水槍邊沖邊吸配合完成。作業區域內按組進行統一編碼、專人指揮觀察，根據吸泥機的出泥情況同時結合現場施工經驗，隨時進行吸泥機的移位、提升、下降等工作。

2.6.2 內支撐安裝步驟 安裝支撐牛腿在圍堰上用于設置鋼圍囹，牛腿安裝時需進行測量放線保證其頂面位于同一水平面上。為確保鋼管樁受力過大向上拱起造成圍囹向上滑移，需加設反向牛腿進行固定。安裝鋼圍囹，并焊接角撐，角撐兩側加焊三角板以增強其穩定性。安裝短內支撐鋼管。首先量取圍囹間實際距離，據此確定調整節長度，并在現場加工。待各個節段連接完成后，進行整體吊裝，安裝中注意調整兩端高度以保證鋼管水平受力。安裝長內支撐鋼管。量取圍囹間實際距離，根據量測數據確定調整節長度現場進行加工。安裝時先在短支撐上放置抱箍（拉線控制所有抱箍在一條直線上），然后整體吊裝長支撐鋼管。

2.6.3 封底混凝土施工 封底混凝土施工時，結合基底土質情況超挖0.5～1m。然后采用泵車按照先上游后下游進行圍堰底部附近澆筑封底混凝土，封底混凝土標高必須進行嚴格控制，為確保承臺結構尺寸符合設計要求，其頂面高程小于等于承臺底設計高程，頂面需平整且做拉毛處理以保證封底混凝土與承臺混凝土的粘結性。

2.6.4 承臺施工 樁基樁頭鑿除采用環切法然后整體破除工藝，確保深入承臺的樁頭具有完整性。完成承臺模板工程、鋼筋工程、預埋件設置施工后，用高壓水對模板內遺留的施工碎屑和其他附著物進行沖洗并清理干凈進行自檢，自檢合格后報監理工程師驗收合格。方可進行下道工序混凝土澆注。承臺混凝土應一次灌注完成。本項目承臺混凝土屬大體積混凝土，澆注前在承臺鋼筋網內安裝冷卻管，澆注時嚴格控制混凝土入模溫度，澆注完成后采用土工布或薄膜覆蓋養護，從澆注前到澆注完全過程控制混凝土水化熱，防止混凝土過熱產生裂紋影響結構受力。

3 結束語

棧橋+鋼平臺+圍堰組合方式在中新蘇滁高新區九梓大橋及接線工程橋梁下部結構施工中成功應用，與其它組合方式對比，解決河岸高差較大場地受限的問題，為施工用材料、設備提供進出通道，鋼平臺連接棧橋形成工作平臺解決了大型設備吊裝圍堰所需場地，同時減少對河道的污染及滿足通航要求，經過施工要點及關鍵技術控制最終實現工期提前、環保達標、滿足通航、安全穩固、成本節約，為同類施工積累經驗及參考數據。