秋浦河大橋根式錨碇基礎施工關鍵技術

紀厚強，羅曉光，任偉新，盧 戀

(1.安徽省交通控股集團有限公司，安徽 合肥 230088；2.合肥工業大學，安徽 合肥 230009)

1 工程概況

秋浦河大橋位于安徽省，處于秋浦河木閘—池口河段，距下游寧安鐵路秋浦河橋約7.8km，大橋起點位于萬寶圩，路線向南延伸至秋浦河北岸，跨越秋浦河后止于南岸山坡，全長1 215m，是池州長江公路大橋工程的重要組成部分。秋浦河大橋主橋采用(98+270)m雙塔雙跨結合梁懸索橋，北錨碇采用根式錨碇[1-2]，是根式錨碇在實體工程中的首次運用。

根式錨碇采用16根φ5.0m根式空心樁，設計樁長為26.0m，樁基底部3.0m和頂部6.0m為實心段，其余為空心段，空心段壁厚90cm。單根空心樁內設置6層根鍵，單層根鍵平面呈十字形分布，上、下根鍵層間距為2.0m，上、下2層根鍵以45°交錯布置。根鍵長1.8m，端頭設計為刃尖形，單根重約750kg。承臺高5.5m，錨體包括錨塊、鞍部及壓重塊。秋浦河大橋總體布置如圖1所示，根式錨碇基礎(北錨碇)結構形式如圖2所示，錨碇中根式樁橫截面布置如圖3所示。

圖1 秋浦河大橋總體布置(單位：m)

圖2 秋浦河大橋北錨碇結構形式(單位：cm)

圖3 根式樁基礎橫截面布置(單位：cm)

北錨碇位于秋浦河沖積平原上，錨碇處工程場地為常年積水水塘，水深2.5m左右，地面高程8.000～11.000m，局部存在高1m陡坎。橋區覆蓋層主要為耕植土及河堤填筑土、陸地及河底表層新近沉積層、第四系全新統沖積層和第四系上更新統殘積層，下伏基巖為白堊系下統楊灣組泥質粉砂巖、礫巖。北錨碇根式空心樁主要經歷地層為種植土、粉質黏土、淤泥質粉質黏土、粉土、圓礫土及弱膠結礫巖；根鍵頂進所經歷的地層主要有粉土(中密狀態)、圓礫土(中密～密實狀態)。

2 根式錨碇承載機理及施工方案

2.1 承載機理

根式錨碇由群樁根式基礎及上部錨體組成[3]，其中根式基礎采用頂進工藝將根鍵植入土體[4-5]。與傳統的重力式錨碇依靠錨碇自身重力及錨體與周圍土體的摩擦阻力抵抗主纜拉力不同[6-8]，根式錨碇通過群樁根式基礎中的水平根鍵將應力擴散至周圍土體，以充分調動根式錨碇范圍及周邊影響區域土體承載力來抵抗主纜力[9-11]。數值分析結果表明[12]：在施工及運營階段，根式錨碇均可滿足規范的穩定性及變位要求[13-15]。

2.2 總體施工方案

秋浦河大橋北錨碇總體施工方案流程為：場地回填與干振復合樁處理→埋設護筒→開鉆→成孔→終孔、檢查孔深、孔徑、垂直度→第1次清孔→成孔檢測→外層鋼筋籠下放→根鍵頂進→第2次清孔→安裝內模系統→內層鋼筋籠下放→安放導管→第 3次清孔→樁身混凝土澆筑→拆除內模→樁頭填芯→分層、分塊澆筑承臺→施工承臺后澆段→分層、分塊澆筑錨塊、鞍部及壓重塊→施工錨體后澆段→施工錨室側墻→施工錨室頂蓋板→根式錨碇成型。

由根式錨碇總體施工方案可知，相較于重力式錨碇施工中有大型基坑開挖、支護等繁雜且危險的工序[16-18]，根式錨碇工序簡單明確，具有顯著優勢。

2.3 根式錨碇施工重點

1)根鍵制作及頂進施工 根式錨碇主要由樁身及樁身根鍵提供水平及豎向拉拔抗力。根鍵預制質量、頂進施工質量及相應機械設備的性能參數等是決定根式錨碇施工成型并達到規范及設計要求的重點之一。

2)環形薄壁水下混凝土灌注 根式錨碇采用現澆根式空心樁基礎，由于其環向薄壁構造需采用內、外模，內模及環向布置的根鍵與樁身固結區會阻礙混凝土流動。因此，環形薄壁水下混凝土澆筑工藝是施工的一個重點。

3)承臺及錨體大體積混凝土施工 根式錨碇承臺及錨體屬于大體積混凝土結構，控制其施工質量是保證錨碇結構耐久性的關鍵之一。

3 施工關鍵技術

3.1 根鍵制作及頂進施工

3.1.1根鍵制作

預制模板采用專業加工廠制作的鋼模，底模固定在混凝土底座上，底模預留根鍵吊裝位置；側模板在鋼筋骨架吊放到位后安裝，與底模通過螺栓連接固定；根鍵尾部包裹鋼套；根鍵內鋼套保證各拼縫順直，并采取相應措施防止變形。加工時采用同一套模架，做到加工尺寸統一。外鋼套加工完成后進行止水橡膠安裝，安裝時必須將外鋼套固定在專用固定架上，確保止水橡膠安裝前后鋼套保持原狀不變形；根鍵鋼筋骨架在胎架上預綁扎成型，并與底部鋼板和頂部鋼刃刀連接固定；最后進行根鍵混凝土一次澆筑成型，經養護后集中存放。

3.1.2鋼筋籠根鍵預留孔精度控制措施

根式空心樁鋼筋籠采用鋼胎架長線匹配法預制，需保證根鍵預留孔處主筋沿樁長順直度，并在籠內設置定位板。

在根鍵預留孔平面位置，鋼胎架邊緣按主筋位置設置支托主筋的凹槽，并在鋼筋籠制作過程中使用根據鋼筋間距制作的梳齒板校準與復核主筋間距，并在每節鋼筋籠頂部以不同顏色標識單、雙層根鍵對應位置的兩側主筋，防止混淆；在根鍵預留孔豎向位置，主筋通長連接后，精確量測根鍵設計位置，將其標識在主筋上，然后再焊接根鍵預留孔兩側箍筋。

3.1.3根式空心樁鉆孔施工

φ5.0m根式空心樁采用ZJD4000回旋鉆成孔。因樁長較短，使用特制鉆頭一次成孔至設計樁徑。為控制超大直徑孔精度，在鉆進過程中使用全站儀復測鉆桿垂直度≥3次。鉆進過程類型分為護筒內鉆進、覆蓋層內鉆進、弱巖層內鉆進，在不同地質類型中鉆進施工方法及注意事項如表1所示。

表1 成孔工藝

3.1.4根鍵頂進施工裝備

根鍵頂進采用特別研發的φ5.0m根式空心樁專用頂進設備。該設備主體為經過改造后的125t履帶式起重機與專用頂進裝置，整個設備由125t履帶式起重機、旋挖鉆機動力頭、鉆桿、深度顯示系統、頂進裝置與過油體等組成。其中，根鍵頂進裝置主要由框架體、滑動體、根鍵導向、可伸縮根鍵托盤、豎直油缸、電控系統、液壓控制系統等組成?；瑒芋w中包含三級水平油缸，通過三級頂進完成一次根鍵頂進施工。

其工作原理為：125t履帶式起重機特殊加工1節臂桿，其上固定旋挖鉆的動力頭與旋挖鉆桿，作為根鍵頂進的提升與下放設備，通過履帶式起重機抬臂桿和趴臂桿、卷揚系統提升和下放鉆桿、回轉和動力頭轉動等操作實現平面和豎向定位。鉆桿上套裝過油體，鉆桿底端通過銷軸連接專用頂進裝置，通過過油體將履帶式起重機液壓系統的油壓通過油管傳送至頂進裝置千斤頂，從而實現根鍵水下頂進的機械化施工，大大提高施工效率及施工安全性。

3.1.5根鍵頂進施工工藝

1)頂進裝置就位與對中 125t履帶式起重機攜帶專用頂進裝置行走至孔邊后，通過轉動履帶式起重機和調整臂桿角度，使頂進裝置與鋼筋籠中心重合。對中方法為：下放頂進裝置至孔口，量測3根聲測管至頂進裝置外側的距離，前后、左右調整旋挖鉆鉆桿，使其偏差控制在1cm以內，完成對中，如圖4所示。

圖4 頂進裝置對中示意

2)根鍵安裝 利用研發的輔助根鍵安裝匹配平臺進行根鍵安裝。安裝時，將匹配平臺放置在履帶式起重機回轉范圍內并調平固定，根鍵底面涂抹黃油后利用起重機吊放至滑臺上，對準頂進裝置滑槽入口，然后機械推入頂進裝置滑槽。

3)根鍵頂進位置精度控制措施 根鍵平面位置定位采用在根鍵預留孔兩側設置固定的鋼管作為導向進行控制(鋼管設置時，底部無根鍵區采用套環固定、根鍵區通長設置、頂部臨時焊接固定，以方便回收利用)。平面定位時，動力頭旋轉鉆桿進行微調，使頂進裝置上的滑槽套入聲測管。豎向定位時，先設置深度零點：以護筒頂面為參照設置水平標高控制線作為豎向深度零點，通過各層根鍵與護筒頂面的位置關系和水平標高控制線與護筒的位置關系，計算出各層根鍵相對于水平標高控制線的深度。然后復核鉆桿下放深度：鉆桿自身有測深功能，操作室設置有鉆桿下放深度感應裝置，在儀表盤上直接顯示鉆桿下放深度，同時鋼筋籠根鍵預留口位置安裝有磁鐵，根鍵頂進裝置上設置有磁感應器，裝置下至對應位置后，感應裝置指示燈亮，確保鉆桿下放至精確位置、保證根鍵順利頂進。

4)根鍵頂進 每次對稱自平衡頂進2根根鍵，每對根鍵頂進分3級進行。①第1級 根鍵裝置到達位置深度后，一級水平油缸開始向外頂出，一級油缸行程全部伸出時行程指示燈點亮，將根鍵頂入孔壁19mm；②第2級 豎直油缸帶動水平油缸組件向下運動，控制系統將二級油缸精確定位于與根鍵中心同一水平位置，駕駛室內位置指示燈點亮，二級水平油缸開始向外伸出，行程伸出完成后，油缸行程指示燈點亮，將根鍵頂入孔壁400mm；③第3級 豎直油缸帶動水平油缸組件繼續向下運動，控制系統將三級水平油缸精確定位于與根鍵中心同一水平位置，這時三級水平油缸位置指示燈點亮，此時開始向外伸出，行程走完后，油缸行程指示燈點亮，將根鍵頂入孔壁1 250mm。

5)頂進到位控制措施 在頂進裝置上設置感應裝置，在根鍵頂進到位后，觸發感應裝置，表示根鍵頂進到位。

3.2 環形薄壁水下混凝土澆筑

環形薄壁水下混凝土澆筑工藝采取以下措施保證澆筑質量。

1)澆筑措施 ①根據根鍵分區情況，均勻布設8根導管，相鄰導管間距為1.6m，縮短混凝土流動距離，減小混凝土面高差；②導管盡量對稱布設，使環形區域四周混凝土流動距離大致均等，保證混凝土流動的一致性，降低混凝土頂面高差；③8根導管同步封底；④設置1個大集料斗，大集料斗通過溜槽向8根導管對應設置的8個小料斗同步供料，且每個溜槽上設有開關，可控制混凝土流量，保證8根導管同步澆筑，使混凝土面抬升速度一致。

2)混凝土性能控制 選用優質外加劑，保證水下混凝土工作性能；選用5～20mm連續級配碎石，增強混凝土流動性；混凝土坍落度嚴格控制在200～220mm；2h混凝土坍落度損失控制在20mm。

3)導管安裝 由于薄壁工作空間的限制，導管過大易卡導管，導管過小不利于混凝土澆筑，因此下料選擇φ273×8導管，安裝時避開根鍵位置。

3.3 承臺及錨體大體積混凝土施工工藝

3.3.1承臺大體積混凝土施工

北錨碇承臺為45.5m×45.5m矩形承臺，厚度為5.5m，單個承臺混凝土可達11 386.4m3，根據設計要求，并結合大體積混凝土施工經驗，經承臺混凝土溫控計算，承臺豎向分3層澆筑，澆筑厚度分別為1.5，2.0，2.0m。第1層一次性連續澆筑1.5m；后2層采用分塊澆筑的方式，在承臺中間位置分別預留1道寬度為2m的微膨脹混凝土后澆段。每層根據溫控計算結果布設冷卻水管。

3.3.2錨體大體積混凝土施工

錨體混凝土采用懸臂提升模板分層、分塊澆筑施工。錨塊與壓重塊間設置后澆段。錨碇后澆段均為微膨脹C30混凝土，其他結構均為普通C30混凝土?；炷僚浜媳葍炦x水泥、骨料及外加劑等摻料。澆筑時選擇氣溫較低時間，并采取措施降低混凝土入模溫度。根據溫控計算結果布設冷卻水管，同時進行溫度監控?？刂泼繉踊炷练謱訚仓g歇期，并在每層澆筑完畢后注意保溫養護。

4 結語

根式錨碇基礎適用于軟土地區，為一種新型錨碇基礎。秋浦河大橋北錨碇采用了根式錨碇基礎，為該類型錨碇基礎的首次工程應用。在根式錨碇基礎施工過程中，采用干振復合樁軟基處理、成套根鍵制作及頂進施工工藝。環形薄壁水下混凝土灌注工藝及承臺、錨體大體積混凝土施工工藝成功解決了根式錨碇基礎施工的關鍵工藝問題。

該橋北錨碇于2018年8月29日施工完成，并于2019年7月10日完成秋浦河大橋的成橋荷載試驗。經監測，相對于北錨碇原始位置，在成橋荷載試驗中的最大主纜力工況下，錨碇最大豎向位移僅為2mm，最大水平位移僅為8mm，達到了設計及規范要求，可供今后懸索橋根式群樁錨碇基礎施工借鑒和參考。