某高速公路跨渭河特大橋樁基防沖刷下切防護施工技術要點探討

韓 拓，張琳鵬，翟金萍

（1.陜西丞海水務工程有限公司,陜西 西安 710000；2.西安景天水利水電勘察設計咨詢有限公司,陜西 西安 710000）

1 工程概況

某高速公路跨渭河特大橋,橋梁上部結構形式為簡支連續預應力混凝土連續箱梁和現澆鋼筋混凝土連續箱梁,下部為柱式橋墩,埋置式橋臺,基礎均采用鉆孔灌注摩擦樁基礎。該橋上下游河道內自橋梁建成后水流沖刷引起河床下切,致使位于主河槽中的橋墩（1#樁、2#樁、3#樁）樁基外露,墩柱的設置壓縮了主槽行洪面積,導致下游河道流速增大,增大了下游橋墩的局部沖刷深度,加劇了原橋梁樁基外露速度。為防止河道在發生洪水時進一步下切,橋梁樁柱造成進一步沖深,因此需要制定一套樁基防護技術,保障橋梁安全度汛和行車安全。

2 工程地質條件

鉆孔取原狀土樣68件,擾動樣176件、現場做標貫試驗87次,依據地基土（亞粘土）成因,分層統計地基上的物理力學性質指標,統計結果見表1。

表1 物理力學性質指標統計表

橋位區各類地基土其成因不同,沉積時代及顆粒配等差異工程特性明顯不同。河漫灘及階地上部,沖積相亞砂土及亞粘土,一般含水量較高,力學強度較低。河漫灘及階地中下部,沖積相亞粘土則較硬,土質致密均勻、壓縮性中等,力學強度高。厚度較大的中粗砂及礫石則呈飽和狀態,中密～密實。地基承載力較高。

3 樁基防護施工技術比選

基于不同原理,將沖刷防護措施分為主動防護和被動防護。其中：主動防護,即旨在改變或減小水流原來的水力特性,降低來流強度,或使其改變流向,即減弱向下射流和馬蹄形旋渦對橋梁基礎的沖刷效應；被動防護,即旨在橋梁基礎周圍的河床鋪設保護層,提高橋梁基礎對來流剪切應力的抵抗力,以保護下層易受沖刷的泥沙[1]。

1）方案一：水下加強樁基基礎。

2）方案二：橋下游修建鉛絲籠石護擋+護擋前拋石+護擋前吹填落淤。

方案一采用深水無底鋼套圍堰,其施工復雜,風險大,成本高[2]。方案二在橋下游設置鉛絲籠石護擋,再對其前方拋填以加固防護。優點是可以采用大型吊裝設備,“人材機”高強度施工配合,可快速完成防護任務,滿足度汛要求。缺點是橋下拋填施工精度低,質量控制難度和強度大。

該項目臨近汛期,擬盡快實施防護方案,經過綜合考量,采取方案二：在橋的下游采用修筑鉛絲籠石護擋,在護擋前進行拋石,后在護擋前及至橋的上游縱向30 m進行吹填落淤,使整個拋石區域充填泥沙密實,可減緩或者消除樁基河床下切的可能。

4 樁基防沖刷下切防護施工技術要點

4.1 修筑鉛絲籠石護擋

4.1.1 制作賓格石籠

在200 t吊車實施吊裝范圍內,人工裝填賓格石籠網兜（規格2 m×1 m×1 m）,鉛絲石籠所選石料應為配級良好的石料,塊石粒徑控制在30 cm～50 cm,剔除最長邊小于網眼的塊石,內隔板應垂直放置并應與格賓石籠面板綁扎、絞合,再行封蓋。采用高鍍鋅鉛絲單根纏繞成雙股,由頂部角端扎緊兩條主邊框鉛絲,再向下每間隔200 mm捆結,直至底部角端,確保在吊裝時牢固。

4.1.2 石籠水下修筑鉛絲籠石護擋

鉛絲籠石護擋在橋下游鋪砌,人工配合機械將已裝填的格賓石籠網兜,從3 號樁基開始鋪砌。鋪砌高度沿河床底至原設計沖刷線高程；對于河床兩側超出原設計沖刷線高程的灘面進行單層鉛絲石籠砌護,砌護高度為1 m,砌護范圍至現狀主槽岸坡處。鉛絲石籠沿水流方向砌護寬度為45 m,迎水側和背水側坡比均為1∶3。按照每一排鉛絲石籠的位置線依次進行鋪砌,且需錯茬鋪砌。設置鉛絲籠石護擋的橫斷面見圖1。

圖1 鉛絲籠石護擋的橫斷面圖

4.2 樁柱的防護

在橋樁柱周圍4 m范圍內填充沙袋,沙袋高度1.5 m,以防止拋石過程中石塊對樁柱造成撞擊。

4.3 橋下拋填石料

采用“總量控制,局部調整”的原則施工,從拋投量和拋投均勻性兩方面有效控制施工質量[2]。根據施工范圍和船型,布設定位網格,計算出GPS在施工坐標系下定位位置,自航拋石運輸船送入施工區域,GPS引導運輸船攪纜初步駐位,兩臺GPS流動站分別測定船首和船尾的施工坐標,同時調整船位到指定位置,準確駐位。拋填以前應進行試拋,找到拋填石料的漂移方向和距離,以確定拋石位置。首先對橋下游進行拋填,利用施工控制網根據運輸船寬度將施工區域分為若干網格,運輸船順堤軸線方向利用船上GPS引導駐位。測深儀自動測量目標區的拋填前高程,計算機自動指示網格內拋填數量。施工中隨時測量、補拋,拋填完畢后,移船進行下一網格拋填。橋下拋填塊石與橋墩之間間隔4 m,采用拋填沙袋的方式進行鋪砌,橋下拋填塊石前先拋填沙袋,以避免拋填過程中石塊直接撞擊橋墩。見圖2、圖3船上拋石應準確定位,自下而上拋投,并及時探測水下拋石深度、厚度；施工完成后應定期對墩柱下拋石的情況進行監測。

圖2 樁基防護技術縱斷面圖

圖3 樁基防護平面圖

4.4 吹填回淤

河床鋪砌完成后,在迎水面利用吹填的方式實施回淤封填,回淤高度與橋下鉛絲籠石護擋高度一致。根據相關規范條例要求：任何單位和個人不得在橋梁跨越的河道上下游的下列范圍內采砂,橋長500 m以上的鐵路橋梁,河道上游500 m,下游3000 m。該項目吹填工程施工宜采用順流施工方式,因此選擇橋上游500 m以上區域實施吹填。吹填取料區域選取,應選取泥沙顆粒粗,土含量低的區域。并且取料后,不可改變河勢。

吹填回淤是利用產自芬蘭的WATER MASTER IV型作業船,在橋上游500 m以上區域,布設排泥管輸送至2 號橋墩周圍。該設備流量效率600 m3/h,經過現場在管道的前后段濃度取樣,吹填工藝泥沙濃度在32.5%～33.3%,泥沙產量195 m3/h。吹填落淤過程中,每2 小時對管口落淤的厚度和速率進行至少1 次的抽檢,以便調整管口位置和作業船的工作效率。根據設計要求,吹填回淤的厚度為橋下厚度0.8 m、橋上游1m。經過現場的吹填試驗,決定分兩次分層回填,從而滿足設計要求的吹填高程、吹填平整度。

5 結論和建議

本次橋梁樁基基床防止下切防護工程,所實施的修筑橋下游的鉛絲籠石護擋、護擋前的拋石回填和吹填回淤的技術運用,是水利工程和公路工程技術的一次結合。工程完工后,歷經二次洪水的考驗,經過現場測量和觀測,樁基的基床下切得到了有效控制,順利完成了橋梁安全度汛,同時也保障了公路行車安全。通過本工程的實施,提出幾點建議：

1）養護單位應在汛期到來前對大橋的上下游影響行洪的物體、林木和高稈作物等進行及時清理。

2）大橋橋下所進行的任何土方作業,在完工后,應校核行洪斷面,確保原有斷面不減少,否則將會增加樁基河床的下切,對橋梁造成安全隱患。

3）加強對橋梁基礎沖刷監測技術的應用和普及,日常做好現場監測數據[3]的采集,可較好指導橋梁養護運營單位,及時采取防護措施,以防患于未然,為同類工程樁基沖刷防護提供借鑒。